WO2021020599A1 - 안테나를 구비하는 전자 기기 - Google Patents

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WO2021020599A1
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cone
antenna
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electronic device
cone antenna
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유승우
이주희
정준영
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엘지전자 주식회사
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    • H04M1/026—Details of the structure or mounting of specific components

Definitions

  • the present invention relates to an electronic device having a broadband antenna. More particularly, it relates to an electronic device including a cone antenna operating from a low frequency band to a 5 GHz band.
  • Electronic devices can be divided into mobile/portable terminals and stationary terminals depending on whether they can be moved. Again, electronic devices can be divided into handheld terminals and vehicle mounted terminals depending on whether the user can directly carry them.
  • the functions of electronic devices are diversifying. For example, there are functions of data and voice communication, taking pictures and videos through a camera, recording voice, playing music files through a speaker system, and outputting images or videos to the display unit.
  • Some terminals add an electronic game play function or perform a multimedia player function.
  • recent mobile terminals can receive multicast signals providing visual content such as broadcasting and video or television programs.
  • Such electronic devices are diversified, they are implemented in the form of a multimedia player with complex functions such as, for example, taking photos or videos, playing music or video files, and receiving games and broadcasts. have.
  • wireless communication systems using LTE communication technology have recently been commercialized in electronic devices, providing various services.
  • wireless communication systems using 5G communication technology are expected to be commercialized and provide various services. Meanwhile, some of the LTE frequency bands may be allocated to provide 5G communication services.
  • the mobile terminal may be configured to provide 5G communication services in various frequency bands. Recently, attempts have been made to provide a 5G communication service using a Sub6 band below 6GHz band. However, in the future, it is expected to provide 5G communication service using millimeter wave (mmWave) band in addition to Sub6 band for faster data rate.
  • mmWave millimeter wave
  • a broadband antenna operating in both the LTE frequency band and the 5G Sub6 frequency band in the electronic device.
  • a broadband antenna such as a cone antenna has a problem in that the overall antenna size increases and the weight increases.
  • a broadband antenna such as a cone antenna may be implemented in a three-dimensional structure compared to a conventional planar antenna. Accordingly, there is a problem in that no specific arrangement structure has been suggested for how to arrange the three-dimensional cone antenna in an electronic device.
  • Another object is to provide an electronic device having a broadband antenna element operating from a low frequency band to a 5 GHz band.
  • Another object of the present invention is to provide an electronic device in which a plurality of antenna elements operating from a low frequency band to a 5 GHz band are disposed.
  • Another object of the present invention is to provide an antenna structure capable of reducing the size of an antenna element operating from a low frequency band to a 5 GHz band.
  • an electronic device having an antenna is provided.
  • the electronic device is provided between the first substrate and the second substrate, the upper part is connected to the first substrate, the lower part is connected to the second substrate, and the cone radiator having an opening in the upper part; A metal patch formed on the first substrate and spaced apart from the upper opening; And a cone antenna including a shorting pin formed to electrically connect the metal patch and the ground layer of the second substrate.
  • the electronic device may further include a transceiver circuit connected to the cone radiator through a feeder and controlling to emit a signal through the cone antenna. Accordingly, the metal patch is disposed only on one side of the upper opening of the cone antenna, thereby minimizing the total antenna size.
  • the shorting pin is formed as one shorting pin between the metal patch and the second substrate, and a null of the radiation pattern of the cone antenna is generated by the one shorting pin. Can be prevented.
  • the power feeding part is formed on the second substrate and configured to transmit the signal through a lower opening, and the power feeding part has an end portion corresponding to the shape of the lower opening. It can be configured in a ring shape.
  • a fastener configured to be connected to the second substrate through the inside of the end of the power supply unit, the second substrate and the cone radiator formed with the power supply unit through the fastener Can be fixed.
  • the metal patch is disposed only on one side to surround a partial area of the upper opening of the cone antenna, so that the size of the cone antenna including the metal patch may be minimized.
  • the metal patch may be disposed on both one side and the other side corresponding to the one side so as to surround the entire upper opening of the cone antenna.
  • one of the non-metallic supports is formed on the metal patch disposed on the other side, and is formed on the metal patch disposed on the one side. It is possible to prevent the generation of null of the radiation pattern.
  • the metal patch is formed as a rectangular patch having an outer side shape of a square shape, and an inner side shape of the rectangular patch is a shape of an outline of the upper opening. It is formed in a circular shape so as to correspond to and may be formed so that the signal radiated from the cone antenna is coupled through the inside of the square patch.
  • the metal patch is formed as a circular patch having an outer shape of a circular shape
  • the inner shape of the circular patch is formed in a circular shape to correspond to the outer shape of the upper opening
  • the cone antenna The signal radiated from may be formed to be coupled through the inside of the circular patch.
  • the metal patch may include: a first metal patch formed on the left side of the upper opening to surround the upper opening of the cone antenna; And a second metal patch formed on the right side of the upper opening to surround the upper opening of the cone antenna.
  • the first metal patch and the second metal patch are formed to separate a metal pattern, and correspond to an outer rim forming the upper opening so that the cone antenna operates as a broadband antenna.
  • the first metal patch and the second metal patch may not be formed in the region.
  • the cone antenna may be formed in a tapered conical shape such that an upper diameter is greater than a lower diameter, and the cone antenna may be formed in a hollow cone shape.
  • the cone antenna may include an outer rib configured to form the upper opening of the cone antenna and connect the cone antenna to the first substrate; And a fastener configured to connect the outer rim and the first substrate. Meanwhile, the cone antenna may be mechanically fastened to the first substrate through two fasteners on an area opposite the outer rim.
  • An electronic device having an antenna according to another aspect of the present invention is formed to connect a first substrate and a second substrate spaced apart from the first substrate by a predetermined distance, and includes an upper aperture and a lower aperture. ) Having a cone radiator, a metal patch formed on the first substrate and spaced apart from the upper opening; And a cone antenna formed on the second substrate and including a feeder configured to transmit a signal through the lower opening.
  • the electronic device may further include a transceiver circuit connected to the cone radiator through the feeder and controlling to emit a signal through the cone antenna.
  • the cone antenna may be implemented as a plurality of cone antennas disposed on the upper left, upper right, lower left, and lower right of the electronic device.
  • a processor for controlling an operation of the transmission/reception unit circuit may be included, and the processor may control the transmission/reception unit to perform multiple input/output (MIMO) through the plurality of cone antennas.
  • MIMO multiple input/output
  • a shorting pin may be further provided to connect the metal patch and the ground of the second substrate.
  • an end portion of the power feeding part may be formed in a ring shape so as to correspond to the shape of the lower opening.
  • the shorting pin is formed as one shorting pin between the metal patch and the second substrate, and a null of the radiation pattern of the cone antenna is generated by the one shorting pin. Can be prevented.
  • a fastener configured to be connected to the second substrate through the inside of the end of the power supply unit, the second substrate and the cone radiator formed with the power supply unit through the fastener Can be fixed.
  • the metal patch is disposed only on one side to surround a partial area of the upper opening of the cone antenna, so that the size of the cone antenna including the metal patch may be minimized.
  • the weight of the electronic device can be reduced by arranging a hollow cone antenna on the electronic device.
  • a broadband antenna can be disposed in an electronic device by connecting a cone antenna having a shorting pin and a metal patch between the upper and lower substrates in the electronic device.
  • the metal patch is disposed only on one side of the upper opening of the cone antenna, thereby minimizing the total antenna size.
  • a broadband antenna having an optimal structure according to the antenna operating frequency and design conditions by disposing metal patches of various shapes around the upper opening of the cone antenna.
  • the antenna characteristics can be optimized while minimizing the total antenna size by optimizing the area where the metal patch is disposed in the upper area of the cone antenna and the number of shorting pins.
  • FIGS. 1B and 1C are conceptual views of an example of an electronic device related to the present disclosure viewed from different directions.
  • FIG. 2 shows a configuration of a wireless communication unit of an electronic device capable of operating in a plurality of wireless communication systems according to the present invention.
  • FIG. 3 shows an example of a configuration in which a plurality of antennas of an electronic device according to the present invention can be disposed.
  • FIG. 4A shows a perspective view of a three-dimensional structure of a cone antenna according to the present invention. Meanwhile, FIG. 4B shows a side view of a 3D structural diagram of a cone antenna according to the present invention.
  • 5A and 5B are front views of a cone antenna having a Cone with single shorting pin structure according to the present invention.
  • 6A and 6B illustrate an electronic device having a cone antenna having a cone with two shorting pin structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A shows a radiation pattern for a symmetrical structure such as a cone antenna with two shorting pins.
  • FIG. 7B shows a radiation pattern for a structure such as a cone antenna having one shorting pin.
  • FIG. 8 shows a fastening structure of a feeding part for feeding a cone antenna and a cone antenna according to the present invention, and a feeding part corresponding to a shape of a cone antenna for feeding the cone antenna.
  • 9A and 9B illustrate reflection coefficient characteristics of a cone antenna having a circular patch and a shorting pin according to an embodiment of the present invention.
  • 10A and 10B illustrate reflection coefficient characteristics of a cone antenna having a square patch and a shorting pin according to an embodiment of the present invention.
  • 11A and 11B illustrate reflection coefficient characteristics of a cone antenna having a circular patch and a shorting pin according to another embodiment of the present invention.
  • 12A and 12B illustrate a change in reflection coefficient characteristics according to a change in a distance between an upper opening of a cone antenna and a metal patch.
  • 13A and 13B show reflection coefficient characteristics according to a change in a lower diameter of a cone antenna according to the present invention.
  • 16A and 16B illustrate changes in reflection coefficient characteristics according to changes in the shape of a metal patch in the cone antenna structure according to the present invention.
  • 17A and 17B illustrate changes in reflection coefficient characteristics according to the location of a shorting pin in the cone antenna structure according to the present invention.
  • 18A and 18B illustrate changes in reflection coefficient characteristics according to the short-circuit fin formation structure in the cone antenna structure according to the present invention.
  • 19A to 19C show changes in reflection coefficient characteristics and gains according to a change in the number of shorting pins according to the present invention.
  • 20A shows a shape of an electronic device having a plurality of cone antennas according to the present invention.
  • 20B shows the structure of an electronic device including a plurality of cone antennas, a transceiver circuit, and a processor according to the present invention.
  • Electronic devices described herein include a mobile phone, a smart phone, a laptop computer, a digital broadcasting terminal, a personal digital assistants (PDA), a portable multimedia player (PMP), a navigation system, and a slate PC.
  • PDA personal digital assistants
  • PMP portable multimedia player
  • slate PC slate PC
  • Tablet PC tablet PC
  • ultrabook ultrabook
  • wearable device wearable device, for example, smartwatch, glass-type terminal (smart glass), HMD (head mounted display)
  • HMD head mounted display
  • FIG. 1A is a block diagram illustrating an electronic device related to the present invention
  • FIGS. 1B and 1C are conceptual views of an example of an electronic device related to the present disclosure viewed from different directions.
  • the electronic device 100 includes a wireless communication unit 110, an input unit 120, a sensing unit 140, an output unit 150, an interface unit 160, a memory 170, a control unit 180, and a power supply unit 190. ), etc.
  • the components shown in FIG. 1A are not essential for implementing an electronic device, and thus an electronic device described in the present specification may have more or fewer components than the components listed above.
  • the wireless communication unit 110 may be configured between the electronic device 100 and the wireless communication system, between the electronic device 100 and other electronic devices 100, or between the electronic device 100 and an external server. It may include one or more modules that enable wireless communication between. In addition, the wireless communication unit 110 may include one or more modules that connect the electronic device 100 to one or more networks.
  • the one or more networks may be, for example, a 4G communication network and a 5G communication network.
  • the wireless communication unit 110 may include at least one of a 4G wireless communication module 111, a 5G wireless communication module 112, a short-range communication module 113, and a location information module 114.
  • the 4G wireless communication module 111 may transmit and receive 4G base stations and 4G signals through a 4G mobile communication network. At this time, the 4G wireless communication module 111 may transmit one or more 4G transmission signals to the 4G base station. In addition, the 4G wireless communication module 111 may receive one or more 4G reception signals from the 4G base station.
  • an uplink (UL) multi-input multi-output (MIMO) may be performed by a plurality of 4G transmission signals transmitted to the 4G base station.
  • a downlink (DL) multi-input multiple output (MIMO) may be performed by a plurality of 4G reception signals received from a 4G base station.
  • the 5G wireless communication module 112 may transmit and receive 5G base stations and 5G signals through a 5G mobile communication network.
  • the 4G base station and the 5G base station may have a non-stand-alone (NSA) structure.
  • the 4G base station and the 5G base station may have a co-located structure disposed at the same location within a cell.
  • the 5G base station may be disposed in a separate location from the 4G base station in a stand-alone (SA) structure.
  • SA stand-alone
  • the 5G wireless communication module 112 may transmit and receive 5G base stations and 5G signals through a 5G mobile communication network. In this case, the 5G wireless communication module 112 may transmit one or more 5G transmission signals to the 5G base station. In addition, the 5G wireless communication module 112 may receive one or more 5G received signals from the 5G base station.
  • the 5G frequency band may use the same band as the 4G frequency band, and this may be referred to as LTE re-farming.
  • the 5G frequency band the Sub6 band, which is a band below 6GHz, may be used.
  • a millimeter wave (mmWave) band may be used as a 5G frequency band to perform broadband high-speed communication.
  • the electronic device 100 may perform beam forming to expand communication coverage with a base station.
  • uplink MIMO may be performed by a plurality of 5G transmission signals transmitted to the 5G base station.
  • downlink (DL) MIMO may be performed by a plurality of 5G reception signals received from the 5G base station.
  • the wireless communication unit 110 may be in a dual connectivity (DC) state with a 4G base station and a 5G base station through the 4G wireless communication module 111 and the 5G wireless communication module 112.
  • DC dual connectivity
  • the dual connection between the 4G base station and the 5G base station may be referred to as EN-DC (EUTRAN NR DC).
  • EUTRAN is an Evolved Universal Telecommunication Radio Access Network, which means 4G wireless communication system
  • NR is New Radio, which means 5G wireless communication system.
  • a 4G reception signal and a 5G reception signal may be simultaneously received through the 4G wireless communication module 111 and the 5G wireless communication module 112.
  • the short range communication module 113 is for short range communication, and includes BluetoothTM, Radio Frequency Identification (RFID), Infrared Data Association (IrDA), Ultra Wideband (UWB), ZigBee, and NFC. Near field communication may be supported by using at least one of (Near Field Communication), Wi-Fi (Wireless-Fidelity), Wi-Fi Direct, and Wireless USB (Wireless Universal Serial Bus) technologies.
  • the short-range communication module 114 may be configured between the electronic device 100 and a wireless communication system, between the electronic device 100 and other electronic devices 100, or between the electronic device 100 and other electronic devices 100 through wireless area networks. ) And a network in which the other electronic device 100 or an external server is located may support wireless communication.
  • the local area wireless communication network may be a wireless personal area network (Wireless Personal Area Networks).
  • short-range communication between electronic devices may be performed using the 4G wireless communication module 111 and the 5G wireless communication module 112.
  • short-range communication may be performed between electronic devices through a device-to-device (D2D) method without passing through a base station.
  • D2D device-to-device
  • carrier aggregation using at least one of the 4G wireless communication module 111 and 5G wireless communication module 112 and the Wi-Fi communication module 113 for transmission speed improvement and communication system convergence (convergence)
  • carrier aggregation using at least one of the 4G wireless communication module 111 and 5G wireless communication module 112 and the Wi-Fi communication module 113 for transmission speed improvement and communication system convergence (convergence)
  • 4G + WiFi carrier aggregation may be performed using the 4G wireless communication module 111 and the Wi-Fi communication module 113.
  • 5G + WiFi carrier aggregation may be performed using the 5G wireless communication module 112 and the Wi-Fi communication module 113.
  • the location information module 114 is a module for obtaining a location (or current location) of an electronic device, and a representative example thereof is a GPS (Global Positioning System) module or a WiFi (Wireless Fidelity) module.
  • a GPS module Global Positioning System
  • WiFi Wireless Fidelity
  • the electronic device may acquire the location of the electronic device using a signal transmitted from a GPS satellite.
  • the location of the electronic device may be obtained based on information of the Wi-Fi module and a wireless access point (AP) that transmits or receives a wireless signal.
  • AP wireless access point
  • the location information module 114 may perform any function among other modules of the wireless communication unit 110 in order to obtain data on the location of the electronic device as a substitute or additionally.
  • the location information module 114 is a module used to obtain the location (or current location) of the electronic device, and is not limited to a module that directly calculates or obtains the location of the electronic device.
  • the electronic device may acquire the location of the electronic device based on information of the 5G wireless communication module and a 5G base station transmitting or receiving a wireless signal.
  • the 5G base station in the mmWave band is deployed in a small cell having a narrow coverage, it is advantageous to obtain the location of the electronic device.
  • the input unit 120 includes a camera 121 or an image input unit for inputting an image signal, a microphone 122 for inputting an audio signal, or an audio input unit, and a user input unit 123 for receiving information from a user, for example, , A touch key, a mechanical key, etc.).
  • the voice data or image data collected by the input unit 120 may be analyzed and processed as a user's control command.
  • the sensing unit 140 may include one or more sensors for sensing at least one of information in the electronic device, information on surrounding environments surrounding the electronic device, and user information.
  • the sensing unit 140 includes a proximity sensor 141, an illumination sensor 142, a touch sensor, an acceleration sensor, a magnetic sensor, and gravity.
  • G-sensor for example, camera (see 121)), microphone (microphone, see 122), battery gauge, environmental sensor (for example, barometer, hygrometer, thermometer, radiation detection sensor, It may include at least one of a heat sensor, a gas sensor, etc.), and a chemical sensor (eg, an electronic nose, a healthcare sensor, a biometric sensor, etc.). Meanwhile, the electronic device disclosed in this specification may combine and utilize information sensed by at least two or more of these sensors.
  • the output unit 150 is for generating an output related to visual, auditory or tactile sense, and includes at least one of the display unit 151, the sound output unit 152, the hap tip module 153, and the light output unit 154 can do.
  • the display unit 151 may implement a touch screen by forming a layer structure or integrally with the touch sensor.
  • the touch screen may function as a user input unit 123 that provides an input interface between the electronic device 100 and a user, and may provide an output interface between the electronic device 100 and a user.
  • the interface unit 160 serves as a passage between various types of external devices connected to the electronic device 100.
  • the interface unit 160 connects a wired/wireless headset port, an external charger port, a wired/wireless data port, a memory card port, and a device equipped with an identification module. It may include at least one of a port, an audio input/output (I/O) port, an input/output (video I/O) port, and an earphone port.
  • the electronic device 100 may perform appropriate control related to the connected external device in response to the connection of the external device to the interface unit 160.
  • the memory 170 stores data supporting various functions of the electronic device 100.
  • the memory 170 may store a plurality of application programs (application programs) driven by the electronic device 100, data for operation of the electronic device 100, and commands. At least some of these application programs may be downloaded from an external server through wireless communication. In addition, at least some of these application programs may exist on the electronic device 100 from the time of delivery for basic functions of the electronic device 100 (eg, incoming calls, outgoing functions, message receiving, and outgoing functions). Meanwhile, the application program may be stored in the memory 170, installed on the electronic device 100, and driven by the controller 180 to perform an operation (or function) of the electronic device.
  • the controller 180 In addition to the operation related to the application program, the controller 180 generally controls the overall operation of the electronic device 100.
  • the controller 180 may provide or process appropriate information or functions to a user by processing signals, data, information, etc. input or output through the above-described components or by driving an application program stored in the memory 170.
  • the controller 180 may control at least some of the components examined together with FIG. 1A. Furthermore, in order to drive the application program, the controller 180 may operate by combining at least two or more of the components included in the electronic device 100 with each other.
  • the power supply unit 190 receives external power and internal power under the control of the controller 180 and supplies power to each of the components included in the electronic device 100.
  • the power supply unit 190 includes a battery, and the battery may be a built-in battery or a replaceable battery.
  • At least some of the respective components may operate in cooperation with each other to implement an operation, control, or control method of an electronic device according to various embodiments described below.
  • the operation, control, or control method of the electronic device may be implemented on the electronic device by driving at least one application program stored in the memory 170.
  • the disclosed electronic device 100 includes a bar-shaped terminal body.
  • the present invention is not limited thereto, and may be applied to various structures such as a watch type, a clip type, a glass type, or a folder type in which two or more bodies are relatively movably coupled, a flip type, a slide type, a swing type, and a swivel type. .
  • a description of a specific type of electronic device may be generally applied to other types of electronic devices.
  • the terminal body may be understood as a concept referring to the electronic device 100 as at least one aggregate.
  • the electronic device 100 includes a case (for example, a frame, a housing, a cover, etc.) forming an exterior. As shown, the electronic device 100 may include a front case 101 and a rear case 102. Various electronic components are disposed in an inner space formed by the combination of the front case 101 and the rear case 102. At least one middle case may be additionally disposed between the front case 101 and the rear case 102.
  • a case for example, a frame, a housing, a cover, etc.
  • the electronic device 100 may include a front case 101 and a rear case 102.
  • Various electronic components are disposed in an inner space formed by the combination of the front case 101 and the rear case 102.
  • At least one middle case may be additionally disposed between the front case 101 and the rear case 102.
  • a display unit 151 is disposed on the front of the terminal body to output information. As illustrated, the window 151a of the display unit 151 may be mounted on the front case 101 to form the front surface of the terminal body together with the front case 101.
  • electronic components may be mounted on the rear case 102 as well.
  • Electronic components that can be mounted on the rear case 102 include a removable battery, an identification module, and a memory card.
  • a rear cover 103 for covering the mounted electronic component may be detachably coupled to the rear case 102. Accordingly, when the rear cover 103 is separated from the rear case 102, the electronic components mounted on the rear case 102 are exposed to the outside. Meanwhile, a part of the side surface of the rear case 102 may be implemented to operate as a radiator.
  • the rear cover 103 when the rear cover 103 is coupled to the rear case 102, a part of the side surface of the rear case 102 may be exposed. In some cases, when the rear case 102 is combined, the rear case 102 may be completely covered by the rear cover 103. Meanwhile, the rear cover 103 may be provided with an opening for exposing the camera 121b or the sound output unit 152b to the outside.
  • the electronic device 100 includes a display unit 151, first and second sound output units 152a and 152b, a proximity sensor 141, an illuminance sensor 142, a light output unit 154, and first and second sound output units.
  • Cameras 121a and 121b, first and second operation units 123a and 123b, microphone 122, interface unit 160, and the like may be provided.
  • the display unit 151 displays (outputs) information processed by the electronic device 100.
  • the display unit 151 may display execution screen information of an application program driven by the electronic device 100, or UI (User Interface) and GUI (Graphic User Interface) information according to such execution screen information. .
  • two or more display units 151 may exist depending on the implementation form of the electronic device 100.
  • a plurality of display units may be spaced apart or integrally disposed on one surface, or may be disposed on different surfaces, respectively.
  • the display unit 151 may include a touch sensor that senses a touch on the display unit 151 so as to receive a control command by a touch method. Using this, when a touch is made to the display unit 151, the touch sensor detects the touch, and the controller 180 may be configured to generate a control command corresponding to the touch based on this.
  • Content input by the touch method may be letters or numbers, or menu items that can be indicated or designated in various modes.
  • the display unit 151 may form a touch screen together with a touch sensor, and in this case, the touch screen may function as a user input unit 123 (see FIG. 1A). In some cases, the touch screen may replace at least some functions of the first manipulation unit 123a.
  • the first sound output unit 152a may be implemented as a receiver that transmits a call sound to the user's ear, and the second sound output unit 152b is a loud speaker that outputs various alarm sounds or multimedia reproduction sounds. ) Can be implemented.
  • the light output unit 154 is configured to output light for notifying when an event occurs. Examples of the event include message reception, call signal reception, missed call, alarm, schedule notification, e-mail reception, and information reception through an application.
  • the controller 180 may control the light output unit 154 to terminate the light output.
  • the first camera 121a processes an image frame of a still image or moving picture obtained by an image sensor in a photographing mode or a video call mode.
  • the processed image frame may be displayed on the display unit 151 and may be stored in the memory 170.
  • the first and second manipulation units 123a and 123b are an example of a user input unit 123 that is operated to receive a command for controlling the operation of the electronic device 100, and may also be collectively referred to as a manipulating portion. have.
  • the first and second operation units 123a and 123b may be employed in any manner as long as the user operates while receiving a tactile feeling such as touch, push, and scroll.
  • the first and second manipulation units 123a and 123b may also be employed in a manner in which the first and second manipulation units 123a and 123b are operated without a user's tactile feeling through proximity touch, hovering touch, or the like.
  • the electronic device 100 may be provided with a fingerprint recognition sensor for recognizing a user's fingerprint, and the controller 180 may use fingerprint information detected through the fingerprint recognition sensor as an authentication means.
  • the fingerprint recognition sensor may be embedded in the display unit 151 or the user input unit 123.
  • the microphone 122 is configured to receive a user's voice and other sounds.
  • the microphone 122 may be provided in a plurality of locations and configured to receive stereo sound.
  • the interface unit 160 becomes a passage through which the electronic device 100 can be connected to an external device.
  • the interface unit 160 is a connection terminal for connection with other devices (eg, earphones, external speakers), a port for short-range communication (eg, an infrared port (IrDA Port), a Bluetooth port (Bluetooth Port), a wireless LAN port, etc.], or at least one of a power supply terminal for supplying power to the electronic device 100.
  • the interface unit 160 may be implemented in the form of a socket for accommodating an external card such as a subscriber identification module (SIM) or a user identity module (UIM), or a memory card for storing information.
  • SIM subscriber identification module
  • UIM user identity module
  • a second camera 121b may be disposed on the rear surface of the terminal body.
  • the second camera 121b has a photographing direction substantially opposite to that of the first camera 121a.
  • the second camera 121b may include a plurality of lenses arranged along at least one line.
  • the plurality of lenses may be arranged in a matrix format.
  • Such a camera may be referred to as an array camera.
  • an image may be photographed in various ways using a plurality of lenses, and an image of better quality may be obtained.
  • the flash 124 may be disposed adjacent to the second camera 121b.
  • the flash 124 illuminates light toward the subject when photographing the subject with the second camera 121b.
  • a second sound output unit 152b may be additionally disposed on the terminal body.
  • the second sound output unit 152b may implement a stereo function together with the first sound output unit 152a, and may be used to implement a speakerphone mode during a call.
  • At least one antenna for wireless communication may be provided in the terminal body.
  • the antenna may be embedded in the terminal body or may be formed in a case. Meanwhile, a plurality of antennas connected to the 4G wireless communication module 111 and the 5G wireless communication module 112 may be disposed on the side of the terminal.
  • the antenna may be formed in a film type and attached to the inner surface of the rear cover 103, or a case including a conductive material may be configured to function as an antenna.
  • each of the plurality of antennas is implemented as an array antenna, a plurality of array antennas may be disposed in the electronic device.
  • mmWave millimeter wave
  • the terminal body is provided with a power supply unit 190 (see FIG. 1A) for supplying power to the electronic device 100.
  • the power supply unit 190 may include a battery 191 built in the terminal body or configured to be detachable from the outside of the terminal body.
  • the electronic device includes a first power amplifier 210, a second power amplifier 220, and an RFIC 250.
  • the electronic device may further include a modem 400 and an application processor (AP) 450.
  • the modem 400 and the application processor AP 450 may be physically implemented in one chip, and may be logically and functionally separated.
  • the present invention is not limited thereto and may be implemented in the form of physically separated chips depending on the application.
  • the electronic device includes a plurality of low noise amplifiers (LNAs) 410 to 440 in the receiver.
  • LNAs low noise amplifiers
  • the first power amplifier 210, the second power amplifier 220, the controller 250, and the plurality of low noise amplifiers 310 to 340 are all operable in the first communication system and the second communication system.
  • the first communication system and the second communication system may be a 4G communication system and a 5G communication system, respectively.
  • the RFIC 250 may be configured as a 4G/5G integrated type, but is not limited thereto and may be configured as a 4G/5G separate type according to an application.
  • the RFIC 250 is configured as a 4G/5G integrated type, it is advantageous in terms of synchronization between 4G/5G circuits and has an advantage that control signaling by the modem 400 can be simplified.
  • the RFIC 250 when configured as a 4G/5G separate type, it may be referred to as a 4G RFIC and a 5G RFIC, respectively.
  • the RFIC 250 when the 5G band and the 4G band have a large difference in bands, such as when the 5G band is configured as a millimeter wave band, the RFIC 250 may be configured as a 4G/5G separate type. In this way, when the RFIC 250 is configured as a 4G/5G separate type, there is an advantage that RF characteristics can be optimized for each of the 4G band and the 5G band.
  • the RFIC 250 is configured as a 4G/5G separate type, the 4G RFIC and the 5G RFIC are logically and functionally separated, and physically, it is possible to be implemented in one chip.
  • the application processor (AP, 450) is configured to control the operation of each component of the electronic device. Specifically, the application processor (AP, 450) may control the operation of each component of the electronic device through the modem 400.
  • the modem 400 may be controlled through a power management IC (PMIC) for low power operation of an electronic device. Accordingly, the modem 400 may operate the power circuit of the transmitter and the receiver through the RFIC 250 in a low power mode.
  • PMIC power management IC
  • the application processor (AP) 450 may control the RFIC 250 through the modem 400 as follows. For example, if the electronic device is in the idle mode, the RFIC through the modem 400 so that at least one of the first and second power amplifiers 110 and 120 operates in a low power mode or is turned off. 250 can be controlled.
  • the application processor (AP, 450) may control the modem 400 to provide wireless communication capable of low power communication.
  • the application processor (AP) 450 may control the modem 400 to enable wireless communication with the lowest power. Accordingly, even though the throughput is slightly sacrificed, the application processor (AP, 450) may control the modem 400 and the RFIC 250 to perform short-range communication using only the short-range communication module 113.
  • the modem 400 may be controlled to select an optimal wireless interface.
  • the application processor (AP, 450) may control the modem 400 to receive through both the 4G base station and the 5G base station according to the remaining battery capacity and available radio resource information.
  • the application processor (AP, 450) may receive the remaining battery level information from the PMIC, the available radio resource information from the modem 400. Accordingly, if the remaining battery capacity and available radio resources are sufficient, the application processor (AP, 450) may control the modem 400 and the RFIC 250 to receive reception through both the 4G base station and the 5G base station.
  • the transmitting unit and the receiving unit of each radio system may be integrated into one transmitting and receiving unit. Accordingly, there is an advantage in that a circuit part integrating two types of system signals can be removed from the RF front-end.
  • the front-end components can be controlled by the integrated transceiver, the front-end components can be integrated more efficiently than when the transmission/reception system is separated for each communication system.
  • the multiple transmission/reception system as shown in FIG. 2 has the advantage of enabling efficient resource allocation since it is possible to control other communication systems as needed, and thereby minimize system delay.
  • the first power amplifier 210 and the second power amplifier 220 may operate in at least one of the first and second communication systems.
  • the first and second power amplifiers 220 can operate in both the first and second communication systems.
  • one of the first and second power amplifiers 210 and 220 may operate in the 4G band and the other may operate in the millimeter wave band. have.
  • 4x4 MIMO can be implemented using four antennas as shown in FIG. 2.
  • 4x4 DL MIMO may be performed through downlink (DL).
  • the first to fourth antennas ANT1 to ANT4 may be configured to operate in both the 4G band and the 5G band.
  • the 5G band is a millimeter wave (mmWave) band
  • the first to fourth antennas ANT1 to ANT4 may be configured to operate in any one of the 4G band and the 5G band.
  • each of a plurality of separate antennas may be configured as an array antenna in the millimeter wave band.
  • 2x2 MIMO can be implemented using two antennas connected to the first power amplifier 210 and the second power amplifier 220 among the four antennas.
  • 2x2 UL MIMO (2 Tx) may be performed through uplink (UL).
  • a transmission signal may be branched in each of one or two transmission paths, and the branched transmission signal may be connected to a plurality of antennas.
  • a switch-type splitter or power divider is built into the RFIC corresponding to the RFIC 250, so that separate parts do not need to be placed outside, thereby improving component mounting performance.
  • I can. Specifically, it is possible to select the transmission unit (TX) of two different communication systems by using a single pole double throw (SPDT) type switch inside the RFIC corresponding to the control unit 250.
  • TX transmission unit
  • SPDT single pole double throw
  • an electronic device capable of operating in a plurality of wireless communication systems according to the present invention may further include a duplexer 231, a filter 232, and a switch 233.
  • the duplexer 231 is configured to separate signals in the transmission band and the reception band from each other.
  • the signal of the transmission band transmitted through the first and second power amplifiers 210 and 220 is applied to the antennas ANT1 and ANT4 through the first output port of the duplexer 231.
  • signals in the reception band received through the antennas ANT1 and ANT4 are received by the low noise amplifiers 310 and 340 through the second output port of the duplexer 231.
  • the filter 232 may be configured to pass a signal in a transmission band or a reception band and block signals in the remaining bands.
  • the filter 232 may include a transmission filter connected to the first output port of the duplexer 231 and a reception filter connected to the second output port of the duplexer 231.
  • the filter 232 may be configured to pass only the signal of the transmission band or only the signal of the reception band according to the control signal.
  • the switch 233 is configured to transmit only either a transmission signal or a reception signal.
  • the switch 233 may be configured in the form of a single pole double throw (SPDT) so as to separate a transmission signal and a reception signal in a time division multiplexing (TDD) scheme.
  • the transmission signal and the reception signal are signals of the same frequency band, and accordingly, the duplexer 231 may be implemented in the form of a circulator.
  • the switch 233 is applicable to a frequency division multiplexing (FDD) scheme.
  • the switch 233 may be configured in the form of a Double Pole Double Throw (DPDT) so as to connect or block a transmission signal and a reception signal, respectively.
  • DPDT Double Pole Double Throw
  • the switch 233 is not necessarily required.
  • the electronic device may further include a modem 400 corresponding to a control unit.
  • the RFIC 250 and the modem 400 may be referred to as a first control unit (or a first processor) and a second control unit (a second processor), respectively.
  • the RFIC 250 and the modem 400 may be implemented as physically separate circuits.
  • the RFIC 250 and the modem 400 may be physically divided into one circuit logically or functionally.
  • the modem 400 may perform control and signal processing for transmission and reception of signals through different communication systems through the RFIC 250.
  • the modem 400 may be obtained through control information received from a 4G base station and/or a 5G base station.
  • the control information may be received through a physical downlink control channel (PDCCH), but is not limited thereto.
  • PDCCH physical downlink control channel
  • the modem 400 may control the RFIC 250 to transmit and/or receive signals through the first communication system and/or the second communication system at a specific time and frequency resource. Accordingly, the RFIC 250 may control transmission circuits including the first and second power amplifiers 210 and 220 to transmit a 4G signal or a 5G signal in a specific time period. Further, the RFIC 250 may control receiving circuits including the first to fourth low noise amplifiers 310 to 340 to receive a 4G signal or a 5G signal in a specific time period.
  • the 5G frequency band may include a Sub6 band and/or an LTE frequency band higher than the LTE frequency band.
  • a broadband antenna eg, a cone antenna operable from a low frequency band to about 5 GHz band.
  • FIG. 3 shows an example of a configuration in which a plurality of antennas of an electronic device according to the present invention can be disposed.
  • a plurality of antennas 1110a to 1110d or 1150B may be disposed on the rear surface of the electronic device 100.
  • a plurality of antennas 1110S1 and 1110S2 may be disposed on the side of the electronic device 100.
  • the electronic device may be implemented in a communication relay apparatus, a small cell base station, or a base station in addition to the user terminal (UE).
  • the communication relay device may be a Customer Premises Equipment (CPE) capable of providing 5G communication services indoors.
  • the cone antenna according to the present invention may be mounted on a vehicle other than electronic devices to provide 4G communication service and 5G communication service.
  • CPE Customer Premises Equipment
  • a plurality of antennas eg, cone antennas
  • ANT 1 to ANT 4 may be disposed on the side or rear surface of the electronic device 100.
  • each of the plurality of antennas 1110a to 1110d may be configured with one cone antenna.
  • the electronic device can communicate with the base station through any one of the plurality of cone antennas 1110a to 1110d.
  • the electronic device may perform multiple input/output (MIMO) communication with the base station through two or more of the plurality of cone antennas 1110a to 1110d.
  • MIMO multiple input/output
  • At least one signal may be transmitted or received through a plurality of cone antennas 1110S1 and 1110S2 on the side of the electronic device 100.
  • at least one signal may be transmitted or received through a plurality of cone antennas 1110S1 to 1110S4 on the side of the electronic device 100.
  • the electronic device can communicate with the base station through any one of the plurality of cone antennas 1110S1 to 1110S4.
  • the electronic device may perform multiple input/output (MIMO) communication with the base station through two or more of the plurality of cone antennas 1110S1 to 1110S4.
  • MIMO multiple input/output
  • the present invention may transmit or receive at least one signal through a plurality of cone antennas 1110a to 1110d, 1150B, 1110S1 to 1110S4 on the back and/or side of the electronic device 100.
  • the electronic device can communicate with the base station through any one of the plurality of cone antennas 1110a to 1110d, 1150B, and 1110S1 to 1110S4.
  • the electronic device may perform multiple input/output (MIMO) communication with the base station through two or more of the plurality of cone antennas 1110a to 1110d, 1150B, and 1110S1 to 1110S4.
  • MIMO multiple input/output
  • FIGS. 4A and 4B show a detailed structure of a broadband antenna (eg, a cone antenna) operable from a low frequency band to about 5 GHz band according to the present invention.
  • a broadband antenna eg, a cone antenna
  • FIG. 4A shows a perspective view of a three-dimensional structure of a cone antenna according to the present invention.
  • FIG. 4B shows a side view of a 3D structural diagram of a cone antenna according to the present invention.
  • an electronic device including an antenna according to the present invention includes a cone antenna 1100.
  • the cone antenna 1100 is configured to include a first substrate S1 corresponding to an upper substrate, a second substrate S2 corresponding to a lower substrate, and a cone radiator 1100R. It is possible.
  • the cone antenna 1100 may be configured to further include a metal patch 1101, a shorting pin 1102, and a power supply unit 1105.
  • the cone antenna 1100 may be configured to further include a fastener 1104 that is fixed to the first substrate S1 through an outer rim 1103 and an outer rim 1103.
  • the cone antenna 1100 may be configured to further include a non-metal supporter 1106 and a fastener 1107 for fastening the power supply unit 1105.
  • the fasteners 1104 and 1107 may be implemented as fasteners such as screws having a predetermined diameter.
  • the second substrate S2 may be spaced apart from the first substrate S1 at a predetermined interval, and may include a ground layer GND.
  • the cone radiator 1100R may be disposed to be provided between the first substrate S1 and the second substrate S2. Specifically, the cone radiator 1100R may vertically connect the first substrate S1 and the second substrate S2 to connect the first substrate S1 and the second substrate S2.
  • the cone radiator 1100R may be configured to have an upper portion connected to the first substrate S1, a lower portion connected to the second substrate S2, and having an upper aperture at the upper portion.
  • the metal patch 1101 is formed on the first substrate S1 and may be formed to be spaced apart from the upper opening. Specifically, the metal patch 1101 may be formed in a circular shape such that the inner side shape corresponds to the shape of the outline of the upper opening. Through this, a signal radiated from the cone radiator 1100R may be formed to be coupled through the inside of the metal patch 1101.
  • the metal patch 1101 may be disposed only on one side to surround a partial area of the upper opening of the cone antenna 1100. Accordingly, the total size of the cone antenna 1100 including the metal patch 1101 can be minimized.
  • a shorting pin 1102 is formed to electrically connect the metal patch 1101 and the ground layer GND of the second substrate S2.
  • the shorting pin 1102 may be implemented in a structure in which a fastener such as a screw having a predetermined diameter is inserted into a structure such as a dielectric material.
  • the cone antenna in order to arrange a plurality of cone antennas in an electronic device, the cone antenna needs to be implemented with a small size.
  • the cone antenna structure according to the present invention may be referred to as "Cone with shorting pin” or “Cone with shorting supporter”.
  • the number of shorting pins or shorting supporters may be one or two.
  • the number of shorting pins or shorting supports is not limited thereto and may be changed according to an application.
  • one or two shorting pins or shorting supporters may be implemented to reduce the size of the antenna.
  • the shorting pin 1102 may be formed as one shorting pin between the metal patch 1101 and the second substrate S2.
  • a single shorting pin 1102 it is possible to prevent a null radiation pattern of the cone antenna from being generated. The operating principle and technical features thereof will be described in detail in FIGS. 7A and 7B.
  • a general cone antenna has a problem in that reception performance is degraded because a null of a radiation pattern is generated at a bore site in the elevation angle direction.
  • the null of the radiation pattern can be removed from the bore site in the elevation direction. Accordingly, in the present invention, there is an advantage that reception performance can be improved in almost all directions.
  • a cone antenna having one shorting pin includes a power supply unit 1105-a cone radiator 1100R-a metal patch 1101-a short pin 1102-a ground layer GND. Form a current path.
  • the radiation pattern is null at the bore site in the elevation direction ( null) can be prevented from being generated.
  • the power supply unit 1105 is formed on the second substrate S2 and is configured to transmit a signal through a lower aperture.
  • the power feeding part 1105 may have an end portion formed in a ring shape so as to correspond to the shape of the lower opening.
  • the cone antenna according to the present invention includes at least one non-metal supporter 1106 ) May be further included.
  • the non-metallic support 1106 is configured to vertically connect the first substrate S1 and the second substrate S2 to support the first substrate S1 and the second substrate S2.
  • the non-metallic support 1106 is the upper left, upper right, and lower left of the first and second substrates S1 and S2 to vertically connect and support the first and second substrates S1 and S2. And it may be disposed in the lower right.
  • the present invention is not limited thereto, and may be changed to various structures capable of supporting the first substrate S1 and the second substrate S2 according to the application.
  • the outer rim 1103 is integrally formed with the cone radiator 1100R, and may be connected to the first substrate S1 through the fastener 1104.
  • the outer rim 1103 may be implemented as two outer rims on opposite points of the cone radiator 1100R.
  • the fastener 1107 may be configured to be connected to the second substrate S2 through the inside of the end (ie, ring shape) of the power supply unit 1105. Accordingly, the second substrate S2 on which the power supply unit 1105 is formed and the cone radiator 1100R may be fixed through the fastener 1107. Accordingly, the fastener 1107 serves to fix the cone radiator 1100R to the second substrate S2 together with the role of a feeder that transmits signals to the cone radiator 1100R.
  • FIGS. 5A and 5B are front views of a cone antenna having a Cone with single shorting pin structure according to the present invention.
  • the Cone with single shorting pin structure is a cone antenna implemented by one shorting pin (or shorting support).
  • FIG. 5A shows a shape in which a circular metal patch is disposed on one side of an upper opening of the cone radiator.
  • FIG. 5B shows a shape in which a rectangular metal patch is disposed on one side of an upper opening of the cone radiator.
  • an electronic device includes a cone antenna 1100.
  • the electronic device may further include a transceiver circuit 1250.
  • the cone antenna 1100 is formed between a first substrate as an upper substrate and a second substrate as a lower substrate.
  • the cone antenna 1100 may include metal patches 1101, 1101 ′, 1101a and 1101b and a shorting pin 1102.
  • the metal patch 1101 may be formed in a peripheral area of one side of the upper aperture of the cone antenna 1100.
  • the metal patch 1101 may be formed on the first substrate.
  • the cone antenna 1100 may refer to only a hollow cone antenna or may refer to an entire antenna structure including the metal patch 1101.
  • the metal patches 1101, 1101 ′, 1101a, and 1101b may be formed in a peripheral area of the upper opening of the cone antenna 1100 and may be disposed on the first substrate. Accordingly, the metal patch 1101 may be disposed at a position spaced apart from the upper opening of the cone antenna 1100 in the z-axis by the thickness of the first substrate.
  • the metal patch 1101 is disposed on the first substrate as described above, there is an advantage in that the size of the cone antenna 1100 can be further reduced.
  • a first substrate having a predetermined dielectric constant is disposed in an upper region of the cone antenna 1100 including the metal patch 1101, there is an advantage that the size of the cone antenna 1100 can be further reduced.
  • the metal patches 1101, 1101 ′, 1101a, and 1101b may be formed in a peripheral area of the upper opening of the cone antenna 1100 and may be disposed under the first substrate. Accordingly, the metal patch 1101 may be spaced apart from the upper opening of the cone antenna 1100 at a predetermined interval on the same plane on the z-axis.
  • the first substrate may operate as a radome of the con antenna 1100 including the metal patch 1101. Accordingly, there is an advantage in that the cone antenna 1100 including the metal patch 1101 can be protected from the outside, and a gain of the cone antenna 1100 can be increased.
  • the shorting pin 1102 is configured to connect the metal patches 1101, 1101', 1101a, 1101b and the ground layer GND formed on the second substrate. In this way, by the shorting pin 1102 configured to connect the metal patch 1101 and the ground layer GND formed on the second substrate, there is an advantage that the size of the cone antenna 1100 can be reduced. Meanwhile, the number of shorting pins 1102 may be one or two. The case where the number of shorting pins 1102 is 1 may be most advantageous from the viewpoint of miniaturization of the cone antenna 1100. Accordingly, the shorting pin 1102 may be formed as one shorting pin between the metal patch and the second substrate, which is a lower substrate.
  • the number of shorting pins is not limited thereto, and two or more shorting pins may be used from the viewpoint of performance and structural stability of the cone antenna 1100.
  • some of the remaining pins may be implemented as a non-metal supporting pin in a non-metal type.
  • the transmission/reception unit circuit 1250 may be connected to the cone radiator 1100R through the power supply unit 1105 and control to emit a signal through the cone antenna 1100.
  • the transmission/reception unit circuit 1250 may include a power amplifier 210 and a low noise amplifier 310 at a front end as shown in FIG. 2.
  • the transceiver circuit 1250 may control the power amplifier 210 to radiate a signal amplified through the power amplifier 210 through the cone antenna 1100.
  • the transceiver circuit 1250 may control the low noise amplifier 310 to amplify a signal received from the cone antenna 1100 through the low noise amplifier 310.
  • elements inside the transceiver circuit 1250 may be controlled to transmit and/or receive signals through the cone antenna 1100 of the transceiver circuit 1250.
  • the transceiver circuit 1250 may control a signal to be transmitted and/or received through at least one of the plurality of cone antennas.
  • a case in which the transceiver circuit 1250 transmits or receives a signal through only one cone antenna may be referred to as 1 Tx or 1 Rx, respectively.
  • a case in which the transceiver circuit 1250 transmits or receives signals through two or more cone antennas may be referred to as n Tx or n Rx according to the number of antennas.
  • a case in which the transceiver circuit 1250 transmits or receives signals through two cone antennas may be referred to as 2 Tx or 2 Rx.
  • a case in which the transceiver circuit 1250 transmits or receives the first and second signals having the same data through two cone antennas may be referred to as 1 Tx or 2 Rx.
  • a case in which the transceiver circuit 1250 transmits or receives the first and second signals having the same data through two cone antennas may be referred to as a diversity mode.
  • the shape of the metal patch 1101 may be configured in the form of a circular patch as shown in FIG. 5A.
  • the shape of the metal patch 1101 may be configured as a rectangular patch as shown in FIG. 5B.
  • the shape of the metal patch 1101 may be implemented in the form of a circular patch or an arbitrary polygonal patch in terms of antenna miniaturization and performance depending on the application.
  • the degree of the polygon increases in an arbitrary polygonal patch shape, it may be approximated to a circular patch shape.
  • the metal patch 1101 may be formed as a circular patch having a circular shape in an outer side shape. Meanwhile, the inner side shape of the circular patch may be formed in a circular shape to correspond to the shape of the outline of the upper opening. Accordingly, since the signal radiated from the cone antenna is formed to be coupled through the inside of the circular patch 1101, there is an advantage that antenna performance can be optimized.
  • the metal patch 1101 ′ may be formed as a rectangular patch having an outer side shape of a square shape. Meanwhile, the inner side shape of the square patch may be formed in a circular shape to correspond to the shape of the outline of the upper opening. Accordingly, since the signal radiated from the cone antenna is formed to be coupled through the inside of the square patch 1101, there is an advantage that antenna performance can be optimized.
  • a resonance length may be formed by openings of the metal patches 1101 and 1101' having an opening size larger than that of the upper opening of the cone antenna. Accordingly, a signal radiated from the cone antenna 1100 may be coupled through the inside of the metal patches 1101 and 1101'. Accordingly, there is an advantage in that the cone antenna 1100 can be miniaturized by openings of the metal patches 1101 and 1101' having a larger opening size than the upper opening of the cone antenna.
  • the length and width of the cone antenna 1100 may be implemented as 0.13 x 0.14l. Accordingly, it is possible to reduce the size to about 1/4 times the size of a typical patch antenna of 0.5L. On the other hand, it is possible to reduce the size by about 1/2 times the size of the patch antenna having a shorting pin, 0.25L. In this regard, since the length and width of the cone antenna 1100 including the metal patch 1101, that is, L x W is 0.13 x 0.14 l, the size of the upper opening of the cone antenna 1100 can be smaller than this. .
  • the metal patch 1101 may be formed only in a partial region to surround a partial region of the upper opening of the cone antenna 1100. Accordingly, there is an advantage that the size of the cone antenna 1100 including the metal patch 1101 can be minimized.
  • the height, length, and width of the cone antenna 1100 may be implemented as 0.06 x 0.13 x 0.14l. Accordingly, the cone antenna 1100 according to the present invention having the metal patch 1101 and the shorting pin 1102 has an advantage that the height can be reduced compared to the conventional cone antenna. Accordingly, the cone antenna 1100 having the metal patch 1101 and the shorting pin 1102 according to the present invention has the advantage of reducing the antenna size on the xy plane and reducing the antenna height on the z axis.
  • FIGS. 6A and 6B are front views of a cone antenna including a circular patch and a shorting pin according to another embodiment of the present invention.
  • the cone antenna 1100a may include a circular patch 1101a and two shorting pins 1102a.
  • the cone antenna 1100a may connect the first substrate and the second substrate with two shorting pins 1102a and the remaining non-metal support pins.
  • FIGS. 6A and 6B illustrate an electronic device including a cone antenna having a cone with two shorting pin structure according to an embodiment of the present invention.
  • the Cone with two shorting pin structure is a cone antenna implemented by two shorting pins (or shorting supports).
  • the structures of FIGS. 6A and 6B are not limited to the Cone with two shorting pin structure, and may be a Cone with single shorting pin structure.
  • one of the two support structures may be implemented as a shorting pin and the other as a non-metallic support.
  • one of the shorting pins 1102a of FIG. 6A may be replaced with the non-metallic support 1106 of FIG. 4A.
  • one of the non-metallic supports 1106 may be formed on a metal patch disposed on the other side.
  • the electronic device includes a cone antenna 1100a.
  • the electronic device may further include a transceiver circuit 1250.
  • the cone antenna 1100a is formed between a first substrate as an upper substrate and a second substrate as a lower substrate.
  • the cone antenna 1100a may include a metal patch 1101a and a shorting pin 1102a.
  • the metal patch 1101a may be formed in a peripheral area of the upper aperture of the cone antenna 1100a.
  • the metal patch 1101 may be formed on the first substrate.
  • the metal patch 1101a may be implemented as a circular patch to surround the entire upper opening of the cone antenna 1100a.
  • the present invention is not limited thereto, and the metal patch 1101a may be implemented as a circular patch surrounding a part of the upper opening of the cone antenna 1100a. Accordingly, the circular patch may be formed on both sides of the upper opening of the cone antenna 1100a or may be formed on one side.
  • the circular patch 1101a may be formed in the entire area so as to surround the entire area of the upper opening of the cone antenna 1100a.
  • a metal patch such as the circular patch 1101a may be disposed on both one side and the other side corresponding to the one side so as to surround the entire upper opening of the cone antenna.
  • the cone antenna 1100a having the symmetrical circular patch 1101a and the shorting pin 1102a may have a slightly increased overall size than a case with a metal patch disposed only on one side.
  • the cone antenna 1100a including the symmetrical circular patch 1101a and the shorting pin 1102a has an advantage that the radiation pattern is symmetrical and can be implemented with a broadband characteristic.
  • the circular patch 1101a may be formed only in a partial region to surround a partial region of the upper opening. Accordingly, there is an advantage that the size of the cone antenna 1100a including the metal patch 1101a can be minimized.
  • the metal patch 1101a may be formed in a peripheral region of the upper opening of the cone antenna 1100a and may be disposed on the first substrate. Accordingly, the metal patch 1101a may be disposed at a position spaced apart from the upper opening of the cone antenna 1100a in the z-axis by the thickness of the first substrate. In this way, when the metal patch 1101a is disposed on the first substrate, there is an advantage that the size of the cone antenna 1100a can be further reduced. Specifically, since a first substrate having a predetermined dielectric constant is disposed in an upper region of the cone antenna 1100 including the metal patch 1101a, there is an advantage that the size of the cone antenna 1100 can be further reduced.
  • the metal patch 1101 may be formed in a peripheral area of the upper opening of the cone antenna 1100a and may be disposed under the first substrate. Accordingly, the metal patch 1101a may be spaced apart from the upper opening of the cone antenna 1100a at a predetermined interval on the same plane on the z-axis. In this way, when the metal patch 1101a is disposed under the first substrate, the first substrate may operate as a radome of the cone antenna 1100a including the metal patch 1101a. Accordingly, there is an advantage that the cone antenna 1100a including the metal patch 1101a can be protected from the outside, and a gain of the cone antenna 1100a can be increased.
  • the shorting pin 1102a is configured to connect the metal patch 1101a and the ground layer GND formed on the second substrate. As described above, the shorting pin 1102a configured to connect the metal patch 1101a and the ground layer GND formed on the second substrate has an advantage that the size of the cone antenna 1100a can be reduced.
  • the transceiver circuit 1250 is connected to the cone antenna 1100b and may control to emit a signal through the cone antenna 1100b. A detailed description in this regard is replaced by the description in FIGS. 5A and 5B.
  • the metal patch 1101a may be formed as a circular patch having a circular shape in an outer side shape. Meanwhile, the inner side shape of the circular patch may be formed in a circular shape so as to correspond to the shape of the outline of the upper opening. Accordingly, since the signal radiated from the cone antenna is formed to be coupled through the inside of the circular patch 1101a, there is an advantage that antenna performance can be optimized.
  • a resonance length may be formed by an opening of the metal patch 1101a having a larger opening size than the upper opening of the cone antenna. Accordingly, a signal radiated from the cone antenna 1100a may be coupled through the inside of the circular patch 1101a. Accordingly, there is an advantage in that the cone antenna 1100a can be miniaturized by the opening of the circular patch 1101a having a larger opening size than the upper opening of the cone antenna.
  • the length and width of the cone antenna 1100a may be implemented as 0.22 x 0.22l. Accordingly, it is possible to reduce the size by about 1/2 times the size of a typical patch antenna of 0.5L. On the other hand, it can be implemented with a size smaller than 0.25L, which is the size of a patch antenna having a shorting pin.
  • the length and width of the cone antenna 1100a including the circular patch 1101a, that is, L x W is 0.22 x 0.22l, the size of the upper opening of the cone antenna 1100a can be smaller than this. .
  • the height, length, and width of the cone antenna 1100a may be implemented as 0.07 x 0.22 x 0.22l. Accordingly, the cone antenna 1100a according to the present invention having the circular patch 1101a and the shorting pin 1102a has the advantage that the height can be reduced compared to the conventional cone antenna. Accordingly, the cone antenna 1100a having the circular patch 1101a and the shorting pin 1102a according to the present invention has the advantage of reducing the antenna size on the xy plane and reducing the antenna height on the z axis.
  • FIG. 6B illustrates an electronic device including a cone antenna having a cone with two shorting pin structure according to another embodiment of the present invention.
  • the Cone with two shorting pin structure is a cone antenna implemented by two shorting pins (or shorting supports).
  • the structures of FIGS. 6A and 6B are not limited to the Cone with two shorting pin structure, and may be a Cone with single shorting pin structure.
  • one of the two support structures may be implemented as a shorting pin and the other as a non-metallic support.
  • one of the shorting pins 1102b of FIG. 6B may be replaced with the non-metallic support 1106 of FIG. 4A.
  • one of the non-metallic supports 1106 may be formed on the metal patch 1101b1 disposed on the other side.
  • the electronic device includes a cone antenna 1100b.
  • the electronic device may further include a transceiver circuit 1250.
  • the cone antenna 1100b is formed between a first substrate as an upper substrate and a second substrate as a lower substrate.
  • the cone antenna 1100a may include a metal patch 1101b and a shorting pin 1102b.
  • the metal patch 1101b may be formed in a peripheral area of the upper aperture of the cone antenna 1100b.
  • the metal patch 1101 may be formed on the first substrate.
  • the metal patch 1101b may be implemented as a square patch so as to surround the entire upper opening of the cone antenna 1100b.
  • the present invention is not limited thereto, and the metal patch 1101b may be implemented as a rectangular patch surrounding a part of the upper opening of the cone antenna 1100b. Accordingly, the square patch may be formed on both sides of the upper opening of the cone antenna 1100a or may be formed on one side.
  • the rectangular patch 1101b may be formed in substantially the entire area to surround the upper opening area of the cone antenna 1100a.
  • the square patch 1101b may not be formed in the area around the fastener 1104 supporting the cone antenna 1100b. Accordingly, the square patch 1101b may be disposed in the left area and the right area of the cone antenna 1100b, respectively.
  • the metal patch 1101b may include a first metal patch 1101b1 and a second metal patch 1101b2.
  • the first metal patch 1101b1 may be formed on the left side of the upper opening to surround the upper opening of the cone antenna 1100b.
  • the second metal patch 1101b2 may be formed on the right side of the upper opening to surround the upper opening of the cone antenna 1100b.
  • the first metal patch 1101b and the second metal patch 1101b2 are formed so that the metal pattern is separated, so that the total antenna size can be reduced.
  • the metal patch 1101b may partially operate as a radiator. Accordingly, due to the influence of the metal patch 1101b having a narrower bandwidth than the cone antenna 1100b, the bandwidth may be partially limited due to unwanted resonance.
  • the first metal patch 1101b and the second metal patch 1101b2 may be formed to separate metal patterns. Accordingly, the cone antenna 1100b in which the metal pattern is separated by the first metal patch 1101b and the second metal patch 1101b2 may operate as a broadband antenna. Accordingly, the first metal patch 1101b and the second metal patch 1101b2 may not be formed in a region corresponding to the outer rim 1103 forming the upper opening.
  • the cone antenna 1100b having a symmetrical square patch 1101b and a shorting pin 1102b disposed in the left and right areas, respectively, has a slightly increased width than when a metal patch disposed on only one side is provided. can do.
  • the width W of the asymmetrical rectangular patch structure of FIG. 5 is 0.13L
  • the width W of the symmetrical rectangular patch structure of FIG. 6B is 0.14L. That is, the increase in the width W of the symmetrical rectangular patch structure is not substantially large.
  • the cone antenna 1100b including the symmetrical square patch 1101b and the shorting pin 1102b has an advantage that the radiation pattern is symmetrical and can be implemented with a broadband characteristic.
  • the square patch 1101b may be formed in a peripheral region of the upper opening of the cone antenna 1100b and may be disposed on the first substrate. Accordingly, the metal patch 1101b may be disposed at a position spaced apart from the upper opening of the cone antenna 1100b in the z-axis by the thickness of the first substrate.
  • the metal patch 1101b is disposed on the first substrate as described above, there is an advantage that the size of the cone antenna 1100b can be further reduced.
  • a first substrate having a predetermined dielectric constant is disposed in an upper region of the cone antenna 1100 including the metal patch 1101b, so that the size of the cone antenna 1100b can be further reduced.
  • the square patch 1101b may be formed in a peripheral area of the upper opening of the cone antenna 1100b and may be disposed under the first substrate. Accordingly, the metal patch 1101b may be spaced apart from the upper opening of the cone antenna 1100b at a predetermined interval on the same plane on the z-axis.
  • the first substrate may operate as a radome of the cone antenna 1100b including the metal patch 1101b. Accordingly, there is an advantage in that the cone antenna 1100b including the metal patch 1101b can be protected from the outside, and a gain of the cone antenna 1100b can be increased.
  • the shorting pin 1102b is configured to connect between the metal patch 1101a and the ground layer GND formed on the second substrate.
  • the shorting pin 1102a configured to connect the metal patch 1101a and the ground layer GND formed on the second substrate has an advantage that the size of the cone antenna 1100a can be reduced.
  • the transceiver circuit 1250 is connected to the cone antenna 1100b and may control to emit a signal through the cone antenna 1100b. Detailed description in this regard is replaced with the description in FIG. 5.
  • the rectangular patch 1101b may be formed as a rectangular patch having an outer side shape of a square shape. Meanwhile, the inner side shape of the square patch may be formed in a circular shape so as to correspond to the shape of the outline of the upper opening. Accordingly, since the signal radiated from the cone antenna is formed to be coupled through the inside of the square patch 1100b, there is an advantage that antenna performance can be optimized.
  • a resonance length may be formed by a circular opening of the rectangular patch 1101b having an opening size larger than that of the upper opening of the cone antenna. Accordingly, a signal radiated from the cone antenna 1100b may be coupled through the inside of the rectangular patch 1101b. Accordingly, there is an advantage that the cone antenna 1100b can be miniaturized by the circular opening of the square patch 1101b having an opening size larger than that of the upper opening of the cone antenna.
  • the length and width of the cone antenna 1100b may be implemented as 0.14 x 0.14l. Accordingly, it is possible to reduce the size to about 1/4 times the size of a typical patch antenna of 0.5L. On the other hand, it is possible to reduce the size by about 1/2 times the size of the patch antenna having a shorting pin, 0.25L. In this regard, since the length and width of the cone antenna 1100b including the circular patch 1101b, that is, L x W is 0.14 x 0.14l, the size of the upper opening of the cone antenna 1100b can be smaller than this. .
  • the height, length and width of the cone antenna 1100b may be implemented as 0.07 x 0.14 x 0.14l. Accordingly, the cone antenna 1100b according to the present invention having the square patch 1101b and the shorting pin 1102b has an advantage that the height can be reduced compared to the conventional cone antenna. Accordingly, the cone antenna 1100b having the square patch 1102b and the shorting pin 1102b according to the present invention has the advantage of reducing the antenna size on the xy plane and reducing the antenna height on the z axis.
  • the cone antennas 1100, 1100a, and 1100b according to FIGS. 5A to 6B may be formed in a tapered conical shape such that an upper diameter is greater than a lower diameter.
  • the cone antennas 1100, 1100a, and 1100b according to FIGS. 5A to 6B are formed in the shape of a hollow cone to reduce the weight of an electronic device provided with the cone antennas 1100, 1100a, and 1100b. .
  • the cone antennas 1100, 1100a, and 1100b according to FIGS. 5A to 6B may be configured to include an outer rim 1103 and a fastener 1104.
  • the outer rim 1103 may form upper openings of the cone antennas 1100, 1100a, and 1100b.
  • the outer rim 1103 may be configured to connect the first substrate, which is an upper substrate, to the cone antennas 1100, 1100a, and 1100b.
  • the fastener 1104 is configured to connect the outer rim 1103 and the first substrate, which is an upper substrate.
  • the cone antennas 1100, 1100a, and 1100b may be mechanically fastened to the first substrate through the two fasteners 1104 on the area opposite the outer rim 1103.
  • the shorting pins 1102, 1102a, and 1102b according to FIGS. 5A to 6B may be formed in the center of the other side corresponding to the boundary of the metal patches 1101, 1101a and 1102a. Accordingly, the size of the cone antennas 1100, 1100a, and 1100b including the metal patches 1101, 1101a, and 1102a can be minimized.
  • the number of shorting pins 1102 may be implemented as one. Accordingly, there is an advantage in that the total antenna size can be reduced by one shorting pin 1102 and the metal patch 1101 disposed only on one side of the cone antenna 1100.
  • the number of shorting pins 1102a and 1102b is 2 Can be implemented with dogs.
  • increasing the number of shorting pins 1102a and 1102b is advantageous in terms of improving overall antenna characteristics and structural stability.
  • the electronic device having the cone antenna according to the present invention has excellent reception performance in almost all directions through the cone antenna.
  • the radiation pattern of the cone antenna has excellent reception performance even at the bore site in the elevation direction.
  • FIG. 7A shows the radiation pattern for a symmetrical structure, such as a cone antenna with two shorting pins.
  • FIG. 7B shows a radiation pattern for a structure such as a cone antenna having one shorting pin.
  • a null of a radiation pattern is generated at a bore site in a direction of an elevation angle, thereby deteriorating reception performance.
  • the null of the radiation pattern can be removed from the bore site in the elevation direction.
  • a cone antenna having one shorting pin includes a power supply unit 1105-a cone radiator 1100R-a metal patch 1101-a short pin 1102-a ground layer GND. Form a current path.
  • the radiation pattern is null at the bore site in the elevation direction ( null) can be prevented from being generated.
  • the null of the radiation pattern may be removed from the bore site in the elevation direction. Accordingly, in the present invention, there is an advantage that reception performance can be improved in almost all directions.
  • an electronic device having a cone antenna 1100, 1100a, 1100b having a metal patch 1101, 1101a, 1101b and a shorting pin 1102, 1102a, 1102b according to an aspect of the present invention has been described.
  • an electronic device including cone antennas 1100, 1100a, and 1100b including metal patches 1101, 1101a, and 1101b and a power supply unit 1105 according to another aspect of the present invention will be described.
  • the power supply unit 1105 is formed on a second substrate, which is a lower substrate, and is configured to transmit a signal through the lower portions of the cone antennas 100, 1100a, and 1100b.
  • the electronic device according to the present invention may further include a transceiver circuit 1250.
  • cone antennas 1100, 1100a and 1100b are formed between a first substrate as an upper substrate and a second substrate as a lower substrate.
  • the cone antennas 1100, 1100a, 1100b may include metal patches 1101, 1101a, 1101b, shorting pins 1102, 1102a, 1102b, and a power supply unit 1105.
  • the metal patches 1101, 1101a, 1101b may be formed in a peripheral area of one side of the upper opening of the cone antennas 1100, 1100a, 1100b.
  • the metal patch 1101 may be formed on the first substrate.
  • the metal patches 1101, 1101a, 1101b may be formed in a peripheral area of the upper opening of the cone antennas 1100, 1100a, 1100b, and may be disposed on the first substrate. Accordingly, the metal patches 1101, 1101a, and 1101b may be disposed at positions spaced apart from the upper openings of the cone antennas 1100, 1100a, and 1100 in the z-axis by the thickness of the first substrate. In this way, when the metal patches 1101, 1101a, and 1101b are disposed on the first substrate, there is an advantage that the size of the cone antennas 1100, 1100a, and 1100b can be further reduced.
  • a first substrate having a predetermined dielectric constant is disposed in the upper region of the cone antennas 1100, 1100a, 1100 including the metal patches 1101, 1101a, 1101b, and the size of the cone antennas 1100, 1100a, 1100b
  • a first substrate having a predetermined dielectric constant is disposed in the upper region of the cone antennas 1100, 1100a, 1100 including the metal patches 1101, 1101a, 1101b, and the size of the cone antennas 1100, 1100a, 1100b
  • the metal patches 1101, 1101a, and 1101b may be formed in a peripheral region of the upper opening of the cone antennas 1100, 1100a, and 1100b, and may be disposed under the first substrate. Accordingly, the metal patches 1101, 1101a, 1101b may be spaced apart from the upper openings of the cone antennas 1100, 1100a, 1100b on the same plane on the z-axis by a predetermined interval. In this way, when the metal patches 1101, 1101a, and 1101b are disposed under the first substrate, the first substrate may operate as a radome of the cone antennas 1100, 1100a, and 1100b.
  • the cone antennas 1100, 1100a, and 1100b including the metal patches 1101, 1101a, and 1101b can be protected from the outside.
  • the shorting pins 1102, 1102a, and 1102b are configured to connect between the metal patches 1101, 1101a, and 1101b and the ground layer GND formed on the second substrate. In this way, the total antenna size can be reduced by the shorting pins 1102, 1102a, and 1102b configured to connect the metal patches 1101, 1101a, 1101b and the ground layer GND formed on the second substrate. Meanwhile, the number of shorting pins 1102, 1102a, and 1102b may be one or two.
  • the transceiver circuit 1250 is connected to the cone antenna 1100 and may control to emit a signal through the cone antennas 1100, 1100a, and 1100b.
  • the transceiver circuit 1250 may control a signal to be transmitted and/or received through at least one of the plurality of cone antennas.
  • a case in which the transceiver circuit 1250 transmits or receives a signal through only one cone antenna may be referred to as 1 Tx or 1 Rx, respectively.
  • n Tx or n Rx a case in which the transceiver circuit 1250 transmits or receives signals through two or more cone antennas.
  • a case in which the transceiver circuit 1250 transmits or receives signals through two cone antennas may be referred to as 2 Tx or 2 Rx.
  • a case in which the transceiver circuit 1250 transmits or receives the first and second signals having the same data through two cone antennas may be referred to as 1 Tx or 2 Rx.
  • a case in which the transceiver circuit 1250 transmits or receives the first and second signals having the same data through two cone antennas may be referred to as a diversity mode.
  • the shape of the metal patches 1101 and 1101b may be configured as a rectangular patch.
  • the shape of the metal patch 1101a may be implemented in the form of a circular patch or an arbitrary polygonal patch in terms of antenna miniaturization and performance depending on the application.
  • the degree of the polygon increases in an arbitrary polygonal patch shape, it may be approximated to a circular patch shape.
  • the power supply unit 1105 may be formed in a shape corresponding to the shape of the cone antennas 100, 1100a, 1100b on the second substrate, which is the lower substrate.
  • FIG. 8 shows a fastening structure of a feeding part for feeding a cone antenna and a cone antenna according to the present invention, and a feeding part corresponding to a shape of a cone antenna for feeding the cone antenna.
  • the power supply unit 1105 has a shape corresponding to the shape of the cone antennas 1000, 1100a, and 1100b on a second substrate that is a lower substrate, that is, the end of the power supply unit 1105 May be formed in a ring shape.
  • the power supply unit 1105 transmits a signal through the lower portion of the cone antennas 100, 1100a, 1100b, and the upper opening of the cone antennas 100, 1100a, 1100b and through the metal patches 1101, 1101a, 1101b. It can emit a signal.
  • FIGS. 9A and 9B show reflection coefficient characteristics of a cone antenna including a circular patch and a shorting pin according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9A shows the reflection coefficient characteristics of a solid cone antenna having a circular patch and a shorting pin.
  • FIG. 9B shows the reflection coefficient characteristics of a hollow cone antenna having a circular patch and a shorting pin.
  • the cone antenna having the circular patch and shorting pin of FIG. 9B corresponds to the cone antenna 1100a having the circular patch 1101a and shorting pin 1102a of FIG. 6.
  • the number of shorting pins 1102a is two.
  • the reflection coefficients of the solid cone antenna and the hollow cone antenna have good characteristics of -7 dB or less in a broadband from 0.6 GHz to 5 GHz.
  • the reflection coefficients of the solid cone antenna and the hollow cone antenna have very similar characteristics in the broadband range from 0.6GHz to 5GHz. Accordingly, in the present invention, in order to reduce the weight of an electronic device having at least one cone antenna, a hollow cone antenna may be employed.
  • the operating frequencies of the solid cone antenna and the hollow cone antenna of FIGS. 9A and 9B start from 617 MHz.
  • the dimensions of the solid cone antenna and the hollow cone antenna are shown in Table 1 below.
  • Cone height 34 mm (0.07 ⁇ ) Antenna height: 35 mm (0.07 ⁇ ) Cone size: 70 mm (0.14 ⁇ ) Antenna size: 100 ⁇ 100 mm (0.21 ⁇ 0.21 ⁇ ) Volume of cone antenna with two shorting pins on circular patch (H ⁇ L ⁇ W): 0.07 ⁇ 0.21 ⁇ 0.21 ⁇
  • FIGS. 10A and 10B illustrate reflection coefficient characteristics of a cone antenna including a square patch and a shorting pin according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10A shows reflection coefficient characteristics of a solid cone antenna having a square patch and a shorting pin.
  • FIG. 10B shows reflection coefficient characteristics of a hollow cone antenna having a square patch and a shorting pin.
  • the cone antenna having the square patch and shorting pin of FIG. 10B corresponds to the cone antenna 1100 having the square patch 1101 and shorting pin 1102 of FIG. 6.
  • the number of shorting pins 1102a is one.
  • the reflection coefficients of the solid cone antenna and the hollow cone antenna have good characteristics of -7 dB or less in a broadband from 1.4 GHz to 5 GHz.
  • the reflection coefficients of the solid cone antenna and the hollow cone antenna have similar characteristics in the broadband range from 1.4GHz to 5GHz. More specifically, in the high frequency band around 5GHz, the reflection coefficient characteristic of the hollow cone antenna is better than that of the solid cone antenna. Accordingly, in the present invention, in order to improve the reflection coefficient characteristic in a high frequency band while reducing the weight of an electronic device having at least one cone antenna, a hollow cone antenna may be employed.
  • the operating frequency of the solid cone antenna and the hollow cone antenna of FIGS. 10A and 10B starts from 1.4 GHz.
  • dimensions of the solid cone antenna and the hollow cone antenna are shown in Table 1 below.
  • FIGS. 11A and 11B illustrate reflection coefficient characteristics of a cone antenna including a circular patch and a shorting pin according to another embodiment of the present invention.
  • 11A and 11B show reflection coefficient characteristics of a hollow cone antenna having a circular patch and a shorting pin.
  • FIG. 9B shows reflection coefficient characteristics of a cone antenna operating from a first frequency (614 MHz).
  • FIGS. 11A and 11B show reflection coefficient characteristics of a cone antenna operating from a second frequency (800 MHz) and a third frequency (1400 MHz), respectively.
  • a cone antenna having a circular patch and two shorting pins is from a first frequency (614 MHz), a second frequency (800 MHz), and a third frequency (1400 MHz), respectively. It can be seen that it can operate up to 5GHz.
  • cone antennas operating from a first frequency (614 MHz), a second frequency (800 MHz), and a third frequency (1400 MHz) are each of a first type cone antenna having a circular patch, a second type cone antenna, and a third type. It will be referred to as a cone antenna.
  • Table 3 dimensions of the first type cone antenna, the second type cone antenna, and the third type cone antenna having circular patches are shown in Table 3 below. Also, for comparison purposes, Table 3 also presents the dimensions of a cone antenna with a square patch and one shorting pin.
  • the cone antenna 1100 having a rectangular patch 1101 structure having one shorting pin 1102 of FIG. 5B may be implemented with the smallest size at a corresponding frequency.
  • the cone antenna 1100 having a square patch 1101 structure having one shorting pin 1102 of FIG. 5B is a cone antenna 1100 having a circular patch 1101a structure having two shorting pins 1102a of FIG. 6 ( 1100a), about 25% reduction in size (0.21 ⁇ to 0.15 ⁇ ) is possible.
  • FIGS. 12A and 12B illustrate changes in reflection coefficient characteristics according to a change in the distance between the upper opening of the cone antenna and the metal patch.
  • the distance between the upper opening of the cone antenna and the metal patch was changed to 1 mm, 4 mm, and 7 mm by 3 mm.
  • the metal patch 1101a may be disposed on the bottom surface of the first substrate, which is an upper substrate.
  • the outer rim 1103 of the cone antenna 1100a may be connected to the first substrate through the fastener 1104.
  • FIG. 12B shows a change in reflection coefficient characteristics according to a change in the distance between the upper opening and the metal patch when the upper opening of the cone antenna and the metal patch are disposed on different layers.
  • the metal patch 1101a may be disposed on a front surface of a first substrate, which is an upper substrate.
  • the outer rim 1103 of the cone antenna 1100a may be connected to the first substrate through the fastener 1104. Accordingly, the metal patch 1101a may be disposed above the cone antenna 1100a by the thickness of the first substrate.
  • the change of the reflection coefficient is not large according to the change in the distance between the upper opening of the cone antenna and the metal patch. Accordingly, it can be seen that the level of coupling between the cone antenna 1100a and the metal patch 1101a is almost negligible. However, in the low frequency band, the coupling between the cone antenna 1100a and the metal patch 1101a may affect the low frequency resonance. Therefore, it is necessary to maintain the interval above a certain level according to the lowest frequency among the operating bands of the cone antenna 1100a, for example, the first frequency (614MHz) or the third frequency (1400MHz).
  • FIG. 13A and 13B show reflection coefficient characteristics according to a change in a lower diameter of a cone antenna according to the present invention.
  • FIG. 13A shows reflection coefficient characteristics for a cone antenna having a circular patch and two shorting pins operating from a first frequency (614 MHz).
  • FIG. 13B shows reflection coefficient characteristics for a cone antenna having a single shorting pin and a square patch operating from a third frequency (1400 MHz).
  • FIG. 13B corresponds to the cone antenna 1100 having a single shorting pin 1102 and a square patch 1101 of FIGS. 5A and 5B.
  • 13A and 13B the lower diameter of the cone antenna was changed to 1 mm, 3 mm, and 5 mm by 2 mm.
  • FIG. 14 shows a reflection coefficient characteristic according to a change in an upper diameter of a cone antenna according to the present invention.
  • the size of the upper diameter of the cone antenna 1100 was changed by 5 mm to 10 mm, 15 mm, and 20 mm, respectively.
  • the matching characteristics of the mid band are changed.
  • the cone antennas 1100, 1100a, and 1100b according to the present invention have the advantage of being able to operate in a low frequency band by increasing the size of the coupled metal patch without increasing the size of the cone antenna itself. Accordingly, there is an advantage in that an electronic device having at least one cone antenna can operate up to a low frequency band without increasing the size of the cone antenna itself. Accordingly, there is an advantage in that the weight and thickness of the electronic device including at least one cone antenna can be reduced while operating in a wide band.
  • FIG. 15 shows reflection coefficient characteristics according to a change in diameter of a shorting pin in a circular patch structure.
  • the number of shorting pins was two, and the diameters of the shorting pins were changed by 2 mm to 1 mm, 3 mmm, and 5 mm.
  • a change in the diameter of the shorting pin has a great influence on the matching characteristics of the low frequency band.
  • the change in the diameter of the shorting pin has a great influence on the resonance frequency of the low frequency band.
  • the characteristics in the low frequency band are improved, but the characteristics in the intermediate frequency and high frequency bands are somewhat deteriorated.
  • the diameter of the shorting pin increases beyond a certain diameter, it is possible to be equivalent to being electrically shorted in a low frequency band.
  • unwanted radiation may be generated by the shorting pin itself in the intermediate frequency and high frequency bands.
  • the present invention it is possible to select an optimum shorting pin diameter for improving performance in a low frequency band while maintaining a certain level of reflection coefficient characteristics in an intermediate frequency and a high frequency band.
  • the shorting pin diameter is set to 5 mm, thereby improving performance in a low frequency band including the first frequency.
  • the cone antenna operating from the third frequency (1400MHz) by setting the shorting pin diameter to 1mm or 3mm, it is possible to improve performance in the intermediate and high frequency bands.
  • two different shorting pins may be disposed at different positions, and any one shorting pin may be selected through a switching element.
  • the structure of the square patch 1101 having one shorting pin 1102 of FIG. 5B may be modified to include a square patch 1101 having two shorting pins (first and second shorting pins).
  • the diameter of the first shorting pin may be set to a first diameter (eg, 5 mm) in order to improve low frequency band characteristics.
  • the diameter of the second shorting pin may be configured as a second diameter (eg, 1mm or 3mm) in order to improve the characteristics of the intermediate and high frequency bands.
  • the first and second shorting pins may be configured to be connected to the square patch 1101 on one side and the other side opposite to the square patch 1101.
  • first and second switches may be provided to connect the first and second shorting pins to the square patch 1101. At this time, as only the first switch is turned on, the first shorting pin is connected to the square patch 1101 to improve characteristics in a low frequency band.
  • the second shorting pin is connected to the square patch 1101 to improve characteristics in intermediate and high frequency bands.
  • a switching type shorting pin structure can be used in a circular patch structure as well as a square patch structure.
  • FIGS. 16A and 16B show a change in reflection coefficient characteristics according to a change in a shape of a metal patch in the cone antenna structure according to the present invention.
  • 16A is a comparison of reflection coefficient characteristics in a cone antenna structure having two shorting pins.
  • FIG. 16A is a comparison of reflection coefficient characteristics when the metal patch is circular or square, particularly square.
  • FIG. 16B is a comparison of reflection coefficient characteristics in a cone antenna structure having one shorting pin. Specifically, FIG. 16B is a comparison of reflection coefficient characteristics when the metal patch is a circle or a square, particularly a square. 16A and 16B, the cone antenna can be configured to operate from a third frequency (1400 MHz).
  • the square patch when two shorting pins are adopted, it can be seen that the square patch resonates in a lower band than the circular patch, so that the overall bandwidth characteristic is better. In addition, it can be seen that the square patch has better bandwidth characteristics in the high frequency band than the circular patch.
  • the size of the circular patch is generally smaller compared to the square patch.
  • the size of the cone antenna itself increases, so that the total antenna size may rather increase. Therefore, a rectangular patch structure that is advantageous in terms of the overall antenna size may be more advantageous.
  • 17A and 17B illustrate changes in reflection coefficient characteristics according to the location of a shorting pin in the cone antenna structure according to the present invention.
  • 17A illustrates a change in reflection coefficient characteristics according to relative shorting pin positions (outer, middle, and inner) in a region inside the circular patch in a circular patch structure having two shorting pins.
  • FIG. 17B shows a change in reflection coefficient characteristics according to a relative shorting pin position (center, edge) in an inner region of the rectangular patch in a rectangular patch structure having one shorting pin.
  • the location of the shorting pin affects the low and intermediate frequency bands. Specifically, when the shorting pin is disposed in the outer region of the circular patch, it is possible to improve the bandwidth performance in the intermediate frequency band. On the other hand, when the shorting pin is disposed in the inner region of the circular patch, the resonance characteristic is improved in the low frequency band. Accordingly, in the cone antenna operating from the first frequency (614 MHz), it is advantageous that the location of the shorting pin is disposed inside the metal patch. On the other hand, in the cone antenna operating from the third frequency (1400 MHz), it is advantageous that the location of the shorting pin is disposed outside the metal patch.
  • the structure of FIG. 17B is a ring antenna of a square patch structure having one shorting pin operating from a third frequency (1400 MHz).
  • 18A and 18B illustrate changes in reflection coefficient characteristics according to the short-circuit fin formation structure in the cone antenna structure according to the present invention. Specifically, a structure in which the shorting pin is connected in a straight form to a first substrate as an upper substrate and a second substrate as a lower substrate in a tilted form is compared.
  • FIG. 18A is a cone antenna structure that operates from a first frequency (614 MHz)
  • FIG. 18B is a cone antenna structure that operates from a third frequency (1400 MHz).
  • the shape in which the shorting pin is tilted may be a shape corresponding to a slope of a line connecting the upper opening and the lower opening of the cone antenna.
  • the reflection coefficient characteristic is better on average over the entire frequency band when the shorting pin is connected in a straight line shape than when the short pin is connected in a tilt form. Accordingly, in the short effect due to the shorting pin, a contributing component providing a shorting effect for a metal patch may be dominant than a contributing component providing a shorting effect for a cone antenna.
  • FIG. 19A to 19C show changes in reflection coefficient characteristics and gains according to a change in the number of shorting pins according to the present invention.
  • FIG. 19A shows a change in reflection coefficient characteristics according to a change in the number of shorting pins.
  • FIG. 19A is a simulation result of the cone antenna 1000a including the circular patch 1101a as shown in FIG. 5A or 6A. Meanwhile, as the number of shorting pins increases to two, three, and four, the shorting pins may be disposed at intervals of 180 degrees, 120 degrees, and 90 degrees. Meanwhile, when the number of shorting pins is one, the shape of the circular patch 1101a may be formed only on one side.
  • the reflection coefficient changes significantly in the low frequency band according to the change in the number of shorting pins.
  • double resonance occurs, and the cone antenna exhibits broadband characteristics.
  • the number of shorting pins is increased to 3 or 4, double resonance does not occur and the cone antenna exhibits narrow band characteristics.
  • FIG. 19B shows a change in the minimum resonance frequency Frmin according to an increase in the number of shorting pins.
  • the minimum resonance frequency increases. Therefore, as the number of shorting pins increases from 1 to 4, the total bandwidth decreases.
  • the number of shorting pins is one, if the minimum resonance frequency is 1.1 GHz, the cone antenna can operate from 1.1 GHz to 5 GHz.
  • the minimum resonance frequency is 1.1 GHz
  • the cone antenna can operate from 1.4 GHz to 5 GHz.
  • the number of shorting pins is 4
  • the minimum resonant frequency is 3.2GHz
  • the cone antenna can operate from 3.2GHz to 5GHz.
  • FIG. 19C shows a gain characteristic according to a change in the number of shorting pins for each frequency.
  • the cone antenna gain decreases in a low frequency band. Therefore, in order to reduce the overall antenna size while maintaining the cone antenna gain constant in the low frequency band, one or two shorting pins can be used.
  • FIG. 20A shows a shape of an electronic device including a plurality of cone antennas according to the present invention.
  • FIG. 20B shows a structure of an electronic device including a plurality of cone antennas, a transceiver circuit, and a processor according to the present invention.
  • the electronic device may include four cone antennas, that is, a first cone antenna 1100-1 to a fourth cone antenna 1100-4.
  • the number of cone antennas can be changed to various numbers depending on the application.
  • the first cone antenna 1100-1 to the fourth cone antenna 1100-4 may be implemented in the same shape for the same antenna performance.
  • the first cone antenna 1100-1 to the fourth cone antenna 1100-4 may be implemented in different shapes for optimum antenna performance and optimum arrangement structure.
  • the electronic device may be implemented in a communication relay apparatus, a small cell base station, or a base station in addition to the user terminal (UE).
  • the communication relay device may be a Customer Premises Equipment (CPE) capable of providing 5G communication services indoors.
  • CPE Customer Premises Equipment
  • the electronic device includes a plurality of cone antennas, for example, a first cone antenna 1100-1 to a fourth cone antenna 1100-4.
  • the electronic device may further include a transceiver circuit 1250.
  • the electronic device may further include a processor 1400.
  • the processor 1400 may be a baseband processor configured to control the transceiver circuit 1250.
  • the cone antennas 1100-1 to 1100-4 are metal patches 1101, 1101', 1101a, 1101b, and the cone radiator 1100R. It may be provided with the front (1105).
  • the cone radiator 1100R is formed to connect the first substrate S1 and the first substrate S1 and the second substrate S2 spaced apart by a predetermined interval. Further, the cone radiator 1100R may be configured to have an upper aperture and a lower aperture.
  • the metal patches 1101, 1101', 1101a, and 1101b are formed on the first substrate S1 and may be formed to be spaced apart from the upper opening.
  • the power supply unit 1105 may be formed on the second substrate S2, and an end portion may be formed in a ring shape so as to correspond to the shape of the lower opening so as to transmit signals through the lower opening.
  • the cone antennas 1100-1 to 1100-4 may further include shorting pins 1102, 1102a, and 1102b.
  • the shorting pins 1102, 1102a, 1102b are configured to connect the metal patches 1101, 1101a, 1101b and the ground layer GND formed on the second substrate.
  • the shorting pin 1102 may be formed as one shorting pin between the metal patches 1100 and 1100 ′ and the second substrate S2. By such a single shorting pin 1102, it is possible to prevent a null radiation pattern of the cone antenna from being generated.
  • the power supply unit 1105 may be configured in a ring shape corresponding to the shape of the lower region of the cone antennas 1100-1 to 1100-4.
  • the cone antenna 1100 according to the present invention may further include a fastener 1107 configured to be connected to the second substrate S2 through the inside of the end of the power supply unit 1105. Accordingly, the second substrate S2 on which the power supply unit 1105 is formed and the cone radiator 1100R may be fixed through the fastener 1107.
  • the metal patches 1101 ′ and 1101b may be formed as rectangular patches having an outer side shape of a square shape.
  • the metal patch 1101a may be formed as a circular patch having a circular shape in an outer side shape.
  • the inner side shape of the rectangular patches 1101 ′ and 1101b may be formed in a circular shape to correspond to the shape of the outline of the upper opening. Accordingly, the inner shape of the square patches 1101' and 1101b is formed in a circular shape so that the signals radiated from the cone antennas 1100-1 to 1100-4 are coupled through the inside of the square patches 1101' and 1101b. I can.
  • the metal patches 1101 and 1101 ′ may be formed only in a partial region to surround a partial region of the upper opening of the cone antennas 1100-1 to 1100-4. Accordingly, the size of the entire antenna including the cone antennas 1100-1 to 1100-4 including the metal patches 1101 and 1101' can be minimized.
  • the cone antennas 1100-1 to 1100-4 may be configured to be formed between a first substrate serving as an upper substrate and a second substrate serving as a lower substrate.
  • the transceiver circuit 1250 may be connected to the cone antennas 1100-1 to 1100-4 and control to radiate a signal through at least one of the cone antennas 1100-1 to 1100-4.
  • the transmission/reception unit circuit 1250 may be connected to the cone radiator 1100R through the power supply unit 1105 and control to radiate a signal through the cone antenna 1100.
  • the metal patches 1101, 1101a, and 1101b may be formed (arranged) in a peripheral area of one side of the upper aperture of the cone antennas 1100-1 to 1100-4.
  • the power supply unit 1105 is formed on the second substrate and is configured to transmit a signal through the lower portions of the cone antennas 1100-1 to 1100-4.
  • the cone antennas 1100-1 to 1100-4 may be disposed on the upper left, upper right, lower left, and upper right of the electronic device. It is preferable that the arrangement of the cone antennas 1100-1 to 1100-4 is configured such that the separation distance between each other in the electronic device is maximized. Accordingly, mutual interference between the cone antennas 1100-1 to 1100-4 is minimized, which is advantageous during a multiple input/output (MIMO) or diversity operation.
  • MIMO multiple input/output
  • the processor 1400 may be configured to control the operation of the transceiver circuit 1250.
  • the processor 1400 may control the transceiver circuit 1250 to perform multiple input/output (MIMO) through the cone antennas 1100-1 to 1100-4.
  • MIMO multiple input/output
  • the weight of the electronic device can be reduced by arranging a hollow cone antenna on the electronic device.
  • a broadband antenna can be disposed in an electronic device by connecting a cone antenna having a shorting pin and a metal patch between the upper and lower substrates in the electronic device.
  • the metal patch is disposed only on one side of the upper opening of the cone antenna, thereby minimizing the total antenna size.
  • a broadband antenna having an optimal structure according to the antenna operating frequency and design conditions by disposing metal patches of various shapes around the upper opening of the cone antenna.
  • the antenna characteristics can be optimized while minimizing the total antenna size by optimizing the area where the metal patch is disposed in the upper area of the cone antenna and the number of shorting pins.
  • designing and driving a plurality of cone antennas and a configuration for controlling them can be implemented as computer-readable codes on a medium on which a program is recorded.
  • the computer-readable medium includes all types of recording devices storing data that can be read by a computer system. Examples of computer-readable media include HDD (Hard Disk Drive), SSD (Solid State Disk), SDD (Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, etc. There is also a carrier wave (eg, transmission over the Internet).
  • the computer may include a control unit of the terminal. Therefore, the detailed description above should not be construed as restrictive in all respects and should be considered as illustrative. The scope of the present invention should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.

Landscapes

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  • Telephone Set Structure (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 안테나를 구비하는 전자 기기는 1 기판과 상기 제2 기판 사이에 구비되고,　상부는 상기 제1 기판과 연결되고, 하부는 상기 제2 기판과 연결되며,　상부에 개구부를 구비한　콘 방사체; 상기 제1 기판에 형성되며, 상기 상부 개구부에 이격되게 형성된 금속 패치; 및 상기 금속 패치와 상기 제2기판의 상기 그라운드 층을 전기적으로 연결하도록 형성된 단락 핀을 포함하는 콘 안테나를 구비한다. 또한, 상기 전자 기기는 상기 콘 방사체에 급전부를 통해 연결되고, 상기 콘 안테나를 통해 신호를 방사하도록 제어하는 송수신부 회로(transceiver circuit)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 금속 패치를 콘 안테나의 상부 개구부의 일 측에만 배치하여, 전체 안테나 크기를 최소화할 수 있다.

Description

안테나를 구비하는 전자 기기
본 발명은 광대역 안테나를 구비하는 전자 기기에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 저주파수 대역에서 5GHz 대역까지 동작하는 콘 안테나를 구비하는 전자 기기에 관한 것이다.
전자기기(electronic devices)는 이동 가능여부에 따라 이동 단말기(mobile/portable terminal) 및 고정 단말기(stationary terminal)으로 나뉠 수 있다. 다시 전자기기는 사용자의 직접 휴대 가능 여부에 따라 휴대(형) 단말기(handheld terminal) 및 거치형 단말기(vehicle mounted terminal)로 나뉠 수 있다.
전자기기의 기능은 다양화되고 있다. 예를 들면, 데이터와 음성통신, 카메라를 통한 사진촬영 및 비디오 촬영, 음성녹음, 스피커 시스템을 통한 음악파일 재생 그리고 디스플레이부에 이미지나 비디오를 출력하는 기능이 있다. 일부 단말기는 전자게임 플레이 기능이 추가되거나, 멀티미디어 플레이어 기능을 수행한다. 특히 최근의 이동 단말기는 방송과 비디오나 텔레비전 프로그램과 같은 시각적 컨텐츠를 제공하는 멀티캐스트 신호를 수신할 수 있다.
이와 같은 전자기기는 기능이 다양화됨에 따라 예를 들어, 사진이나 동영상의 촬영, 음악이나 동영상 파일의 재생, 게임, 방송의 수신 등의 복합적인 기능들을 갖춘 멀티미디어 기기(Multimedia player) 형태로 구현되고 있다.
이러한 전자기기의 기능 지지 및 증대를 위해, 단말기의 구조적인 부분 및/또는 소프트웨어적인 부분을 개량하는 것이 고려될 수 있다.
상기 시도들에 더하여, 최근 전자기기는 LTE 통신 기술을 이용한 무선 통신 시스템이 상용화되어 다양한 서비스를 제공하고 있다. 또한, 향후에는 5G 통신 기술을 이용한 무선 통신 시스템이 상용화되어 다양한 서비스를 제공할 것으로 기대된다. 한편, LTE 주파수 대역 중 일부를 5G 통신 서비스를 제공하기 위하여 할당될 수 있다.
이와 관련하여, 이동 단말기는 5G 통신 서비스를 다양한 주파수 대역에서 제공하도록 구성될 수 있다. 최근에는 6GHz 대역 이하의 Sub6 대역을 이용하여 5G 통신 서비스를 제공하기 위한 시도가 이루어지고 있다. 하지만, 향후에는 보다 빠른 데이터 속도를 위해 Sub6 대역 이외에 밀리미터파(mmWave) 대역을 이용하여 5G 통신 서비스를 제공할 것으로 예상된다.
이에 따라, LTE 주파수 대역과 5G Sub6 주파수 대역에서 모두 동작하는 광대역 안테나가 전자 기기에 배치될 필요가 있다. 하지만, 콘 안테나와 같은 광대역 안테나는 전체 안테나 크기가 증가하고 무게가 증가하는 문제점이 있다.
또한, 콘 안테나와 같은 광대역 안테나를 기존의 평면형 안테나(planar antenna)에 비해 입체 구조로 구현될 수 있다. 따라서, 이러한 입체 구조의 콘 안테나를 어떠한 방식으로 전자 기기 내에 배치할 지 구체적인 배치 구조가 제시된 바 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 저주파수 대역에서 5GHz 대역까지 동작하는 광대역 안테나 소자를 구비하는 전자 기기를 제공하기 위한 것이다
본 발명의 다른 일 목적은, 저주파수 대역에서 5GHz 대역까지 동작하는 복수 개의 안테나 소자가 배치된 전자 기기를 제공하기 위한 것이다
본 발명의 다른 일 목적은, 저주파수 대역에서 5GHz 대역까지 동작하는 안테나 소자의 크기를 감소시킬 수 있는 안테나 구조를 제공하기 위한 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 안테나를 구비하는 전자 기기가 제공된다. 상기 전자 기기는 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 구비되고,　상부는 상기 제1 기판과 연결되고, 하부는 상기 제2 기판과 연결되며,　상부에 개구부를 구비한　콘 방사체; 상기 제1 기판에 형성되며, 상기 상부 개구부에 이격되게 형성된 금속 패치; 및 상기 금속 패치와 상기 제2기판의 상기 그라운드 층을 전기적으로 연결하도록 형성된 단락 핀을 포함하는 콘 안테나를 구비한다. 또한, 상기 전자 기기는 상기 콘 방사체에 급전부를 통해 연결되고, 상기 콘 안테나를 통해 신호를 방사하도록 제어하는 송수신부 회로(transceiver circuit)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 금속 패치를 콘 안테나의 상부 개구부의 일 측에만 배치하여, 전체 안테나 크기를 최소화할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 단락 핀은 상기 금속 패치와 상기 제2 기판 사이에 하나의 단락 핀으로 형성되고, 상기 하나의 단락 핀에 의해, 상기 콘 안테나의 방사 패턴의 널(null)이 생성되는 것을 방지할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 기판 상에 형성되고, 하부 개구부를 통해 상기 신호를 전달하도록 구성된 상기 급전부를 더 포함하고, 상기 급전부는 상기 하부 개구부의 형상에 대응되도록 단부(end portion)가 링 형상으로 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 급전부 단부의 내부를 통해 상기 제2 기판과 연결되도록 구성된 체결구(fastener)를 더 포함하고, 상기 체결구를 통해 상기 급전부가 형성된 상기 제2 기판과 상기 콘 방사체가 고정될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 패치는 상기 콘 안테나의 상부 개구의 일부 영역을 둘러싸도록 일 측에만 배치되어, 상기 금속 패치를 포함한 상기 콘 안테나의 크기를 최소화할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 패치는 상기 콘 안테나의 상부 개구 전체 영역을 둘러싸도록 일 측(one side) 및 상기 일 측에 대응되는 타 측(other side)에 모두 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 지지하도록 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 수직하게 연결하도록 구성된 적어도 하나의 비-금속 지지체(non-metal supporter)를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 비-금속 지지체 중 하나는, 상기 타 측에 배치된 금속 패치 상에 형성되고, 상기 일 측에 배치된 금속 패치 상에 형성된 하나의 단락 핀에 의해, 상기 콘 안테나의 방사 패턴의 널(null)이 생성되는 것을 방지할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 패치는 외측 형상(outer side shape)이 사각형 형태인 사각 패치(rectangular patch)로 형성되고, 상기 사각 패치의 내측 형상(inner side shape)은 상기 상부 개구부의 외곽선의 형상에 대응되도록 원형으로 형성되어, 상기 콘 안테나로부터 방사되는 신호가 상기 사각 패치의 내측을 통해 커플링되도록 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 패치는 외곽 형상이 원형 형태인 원형 패치(circular patch)로 형성되고, 상기 원형 패치의 내측 형상은 상기 상부 개구부의 외측 형상에 대응되도록 원형으로 형성되어, 상기 콘 안테나로부터 방사되는 신호가 상기 원형 패치의 내측을 통해 커플링되도록 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 패치는 상기 콘 안테나의 상부 개구부를 둘러싸도록 상기 상부 개구부의 좌측에 형성되는 제1 금속 패치; 및 상기 콘 안테나의 상부 개구부를 둘러싸도록 상기 상부 개구부의 우측에 형성되는 제2 금속 패치를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 금속 패치와 상기 제2 금속 패치는 금속 패턴이 분리되도록 형성되고, 상기 콘 안테나가 광대역 안테나로 동작하도록, 상기 상부 개구부를 형성하는 외곽 림(outer rim)에 대응하는 영역에는 상기 제1 금속 패치와 상기 제2 금속 패치가 형성되지 않도록 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 콘 안테나는 상부 직경이 하부 직경보다 크도록 테이퍼링된(tapered) 원추(conical) 형태로 형성되고, 상기 콘 안테나는 속이 빈(hollow) 원추 형태로 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 콘 안테나는 상기 콘 안테나의 상기 상부 개구부를 형성하고, 상기 콘 안테나를 상기 제1 기판과 연결하도록 구성된 외곽 림(outer rib); 및 상기 외곽 림과 상기 제1 기판을 연결하도록 구성된 체결구(fastener)를 더 포함할 수 있다. 한편, 상기 외곽 림의 대향하는 영역 상에서 2개의 체결구를 통해 상기 콘 안테나를 상기 제1 기판과 기구적으로 체결할 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따른 안테나를 구비하는 전자 기기는, 제1 기판과 상기 제1 기판과 소정 간격으로 이격된 제2 기판을 연결하도록 형성되고, 상부 개구부(upper aperture)와 하부 개구부(lower aperture)를 구비하는 콘 방사체(cone radiator), 상기 제1 기판에 형성되며, 상기 상부 개구부에 이격되게 형성된 금속 패치; 및 상기 제2 기판 상에 형성되고, 상기 하부 개구부를 통해 신호를 전달하도록 구성된 급전부를 포함하는 콘 안테나를 구비한다. 또한, 상기 전자 기기는 상기 콘 방사체에 상기 급전부를 통해 연결되고, 상기 콘 안테나를 통해 신호를 방사하도록 제어하는 송수신부 회로(transceiver circuit)를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 콘 안테나는 상기 전자 기기의 좌측 상부, 우측 상부, 좌측 하부 및 우측 하부 상에 배치된 복수의 콘 안테나들로 구현될 수 있다. 한편, 상기 송수신부 회로의 동작을 제어하는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 복수의 콘 안테나들을 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 상기 송수신부를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 패치와 상기 제2 기판의 그라운드 간을 연결하는 단락 핀(shorting pin)을 더 포함할 수 있다. 한편, 상기 급전부는 상기 하부 개구부의 형상과 대응되도록 단부(end portion)가 링 형상으로 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 단락 핀은 상기 금속 패치와 상기 제2 기판 사이에 하나의 단락 핀으로 형성되고, 상기 하나의 단락 핀에 의해, 상기 콘 안테나의 방사 패턴의 널(null)이 생성되는 것을 방지할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 급전부 단부의 내부를 통해 상기 제2 기판과 연결되도록 구성된 체결구(fastener)를 더 포함하고, 상기 체결구를 통해 상기 급전부가 형성된 상기 제2 기판과 상기 콘 방사체가 고정될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 패치는 상기 콘 안테나의 상부 개구의 일부 영역을 둘러싸도록 일 측에만 배치되어, 상기 금속 패치를 포함한 상기 콘 안테나의 크기를 최소화할 수 있다.
본 발명에 따르면, 속이 빈(hollow) 콘 안테나를 전자 기기에 배치하여 전자 기기의 무게를 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 콘 안테나에 인접 배치된 금속 패치와 하나의 단락 핀으로 연결되어, 거의 모든 방향에서 수신 성능을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 단락 핀과 금속 패치를 구비한 콘 안테나를 전자 기기 내의 상부 기판과 하부 기판 사이에 연결되도록 하여, 광대역 안테나를 전자 기기 내에 배치할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 금속 패치를 콘 안테나의 상부 개구부의 일 측에만 배치하여, 전체 안테나 크기를 최소화할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 다양한 형상의 금속 패치를 콘 안테나의 상부 개구부 주변에 배치하여, 안테나 동작 주파수 및 설계 조건에 따라 최적의 구조의 광대역 안테나를 제공할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 콘 안테나 상부 영역에 금속 패치가 배치되는 영역과 단락 핀의 개수를 최적화하여, 전체 안테나 크기를 최소화하면서 안테나 특성을 최적화할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1a는 본 발명과 관련된 전자 기기를 설명하기 위한 블록도이고, 도 1b 및 1c는 본 발명과 관련된 전자 기기의 일 예를 서로 다른 방향에서 바라본 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기의 무선 통신부의 구성을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 전자 기기의 복수의 안테나들이 배치될 수 있는 구성의 예시를 나타낸다.
도 4a는 본 발명에 따른 콘 안테나의 3차원 구조의 사시도(perspective view)를 나타낸다. 한편, 도 4b는 본 발명에 따른 콘 안테나의 3차원 구조도의 측면도(side view)를 나타낸다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 Cone with single shorting pin 구조의 콘 안테나의 전면도를 나타낸다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 Cone with two shorting pin 구조의 콘 안테나를 구비하는 전자 기기를 나타낸다.
도 7a는 2개의 단락 핀을 구비한 콘 안테나와 같은 대칭 구조에 대한 방사 패턴을 나타낸다. 반면에, 도 7b는 하나의 단락 핀을 구비한 콘 안테나와 같은 구조에 대한 방사 패턴을 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 콘 안테나를 급전하는 급전부와 콘 안테나의 체결 구조와 콘 안테나를 급전하는 콘 안테나의 형상에 대응하는 급전부를 나타낸다.
도 9a와 도 9b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 원형 패치와 단락 핀을 구비하는 콘 안테나의 반사 계수 특성을 나타낸다.
도 10a와 도 10b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 사각 패치와 단락 핀을 구비하는 콘 안테나의 반사 계수 특성을 나타낸다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 원형 패치와 단락 핀을 구비하는 콘 안테나의 반사 계수 특성을 나타낸다.
도 12a 및 도 12b는 콘 안테나의 상부 개구부와 금속 패치 간의 간격 변화에 따른 반사 계수 특성 변화를 나타낸다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명에 따른 콘 안테나의 하부 직경(lower diameter) 변화에 따른 반사 계수 특성을 나타낸다.
도 14는 본 발명에 따른 콘 안테나의 상부 직경(upper diameter) 변화에 따른 반사 계수 특성을 나타낸다.
도 15는 원형 패치 구조에서 단락 핀 직경 변화에 따른 반사 계수 특성을 나타낸다.
도 16a 및 도 16b는 본 발명에 따른 콘 안테나 구조에서 금속 패치 형상 변화에 따른 반사 계수 특성 변화를 나타낸다.
도 17a 및 도 17b는 본 발명에 따른 콘 안테나 구조에서 단락 핀 위치에 따른 반사 계수 특성 변화를 나타낸다.
도 18a 및 도 18b는 본 발명에 따른 콘 안테나 구조에서 단락 핀 형성 구조에 따른 반사 계수 특성 변화를 나타낸다.
도 19a 내지 도 19c는 본 발명에 따른 단락 핀 개수 변화에 따른 반사 계수 특성 및 이득 변화를 나타낸다.
도 20a는 본 발명에 따른 복수의 콘 안테나들을 구비하는 전자 기기의 형상을 나타낸다.
도 20b는 본 발명에 따른 복수의 콘 안테나들, 송수신부 회로 및 프로세서를 구비하는 전자 기기의 구조를 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 발명의 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 1a 내지 도 1c를 참조하면, 도 1a는 본 발명과 관련된 전자 기기를 설명하기 위한 블록도이고, 도 1b 및 1c는 본 발명과 관련된 전자 기기의 일 예를 서로 다른 방향에서 바라본 개념도이다.
상기 전자 기기(100)는 무선 통신부(110), 입력부(120), 센싱부(140), 출력부(150), 인터페이스부(160), 메모리(170), 제어부(180) 및 전원 공급부(190) 등을 포함할 수 있다. 도 1a에 도시된 구성요소들은 전자 기기를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 전자 기기는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 구성요소들 중 무선 통신부(110)는, 전자 기기(100)와 무선 통신 시스템 사이, 전자 기기(100)와 다른 전자 기기(100) 사이, 또는 전자 기기(100)와 외부서버 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 상기 무선 통신부(110)는, 전자 기기(100)를 하나 이상의 네트워크에 연결하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 여기서, 하나 이상의 네트워크는 예컨대 4G 통신 네트워크 및 5G 통신 네트워크일 수 있다.
이러한 무선 통신부(110)는, 4G 무선 통신 모듈(111), 5G 무선 통신 모듈(112), 근거리 통신 모듈(113), 위치정보 모듈(114) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
4G 무선 통신 모듈(111)은 4G 이동통신 네트워크를 통해 4G 기지국과 4G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 이때, 4G 무선 통신 모듈(111)은 하나 이상의 4G 송신 신호를 4G 기지국으로 전송할 수 있다. 또한, 4G 무선 통신 모듈(111)은 하나 이상의 4G 수신 신호를 4G 기지국으로부터 수신할 수 있다.
이와 관련하여, 4G 기지국으로 전송되는 복수의 4G 송신 신호에 의해 상향링크(UL: Up-Link) 다중입력 다중출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output)이 수행될 수 있다. 또한, 4G 기지국으로부터 수신되는 복수의 4G 수신 신호에 의해 하향링크(DL: Down-Link) 다중입력 다중출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output)이 수행될 수 있다.
5G 무선 통신 모듈(112)은 5G 이동통신 네트워크를 통해 5G 기지국과 5G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 여기서, 4G 기지국과 5G 기지국은 비-스탠드 얼론(NSA: Non-Stand-Alone) 구조일 수 있다. 예컨대, 4G 기지국과 5G 기지국은 셀 내 동일한 위치에 배치되는 공통-배치 구조(co-located structure)일 수 있다. 또는, 5G 기지국은 4G 기지국과 별도의 위치에 스탠드-얼론(SA: Stand-Alone) 구조로 배치될 수 있다.
5G 무선 통신 모듈(112)은 5G 이동통신 네트워크를 통해 5G 기지국과 5G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 이때, 5G 무선 통신 모듈(112)은 하나 이상의 5G 송신 신호를 5G 기지국으로 전송할 수 있다. 또한, 5G 무선 통신 모듈(112)은 하나 이상의 5G 수신 신호를 5G 기지국으로부터 수신할 수 있다.
이때, 5G 주파수 대역은 4G 주파수 대역과 동일한 대역을 사용할 수 있고, 이를 LTE 재배치(re-farming)이라고 지칭할 수 있다. 한편, 5G 주파수 대역으로, 6GHz 이하의 대역인 Sub6 대역이 사용될 수 있다.
반면, 광대역 고속 통신을 수행하기 위해 밀리미터파(mmWave) 대역이 5G 주파수 대역으로 사용될 수 있다. 밀리미터파(mmWave) 대역이 사용되는 경우, 전자 기기(100)는 기지국과의 통신 커버리지 확장(coverage expansion)을 위해 빔 포밍(beam forming)을 수행할 수 있다.
한편, 5G 주파수 대역에 관계없이, 5G 통신 시스템에서는 전송 속도 향상을 위해, 더 많은 수의 다중입력 다중출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output)을 지원할 수 있다. 이와 관련하여, 5G 기지국으로 전송되는 복수의 5G 송신 신호에 의해 상향링크(UL: Up-Link) MIMO가 수행될 수 있다. 또한, 5G 기지국으로부터 수신되는 복수의 5G 수신 신호에 의해 하향링크(DL: Down-Link) MIMO가 수행될 수 있다.
한편, 무선 통신부(110)는 4G 무선 통신 모듈(111)과 5G 무선 통신 모듈(112)을 통해 4G 기지국 및 5G 기지국과 이중 연결(DC: Dual Connectivity) 상태일 수 있다. 이와 같이, 4G 기지국 및 5G 기지국과의 이중 연결을 EN-DC(EUTRAN NR DC)이라 지칭할 수 있다. 여기서, EUTRAN은 Evolved Universal Telecommunication Radio Access Network로 4G 무선 통신 시스템을 의미하고, NR은 New Radio로 5G 무선 통신 시스템을 의미한다.
한편, 4G 기지국과 5G 기지국이 공통-배치 구조(co-located structure)이면, 이종 반송파 집성(inter-CA(Carrier Aggregation)을 통해 스루풋(throughput) 향상이 가능하다. 따라서, 4G 기지국 및 5G 기지국과 EN-DC 상태이면, 4G 무선 통신 모듈(111) 및 5G 무선 통신 모듈(112)을 통해 4G 수신 신호와 5G 수신 신호를 동시에 수신할 수 있다.
근거리 통신 모듈(113)은 근거리 통신(Short range communication)을 위한 것으로서, 블루투스(Bluetooth™), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi Direct, Wireless USB(Wireless Universal Serial Bus) 기술 중 적어도 하나를 이용하여, 근거리 통신을 지원할 수 있다. 이러한, 근거리 통신 모듈(114)은, 근거리 무선 통신망(Wireless Area Networks)을 통해 전자 기기(100)와 무선 통신 시스템 사이, 전자 기기(100)와 다른 전자 기기(100) 사이, 또는 전자 기기(100)와 다른 전자 기기(100, 또는 외부서버)가 위치한 네트워크 사이의 무선 통신을 지원할 수 있다. 상기 근거리 무선 통신망은 근거리 무선 개인 통신망(Wireless Personal Area Networks)일 수 있다.
한편, 4G 무선 통신 모듈(111) 및 5G 무선 통신 모듈(112)을 이용하여 전자 기기 간 근거리 통신이 수행될 수 있다. 일 실시 예에서, 기지국을 경유하지 않고 전자 기기들 간에 D2D (Device-to-Device) 방식에 의해 근거리 통신이 수행될 수 있다.
한편, 전송 속도 향상 및 통신 시스템 융합(convergence)을 위해, 4G 무선 통신 모듈(111) 및 5G 무선 통신 모듈(112) 중 적어도 하나와 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다. 이와 관련하여, 4G 무선 통신 모듈(111)과 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 4G + WiFi 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다. 또는, 5G 무선 통신 모듈(112)과 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 5G + WiFi 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다.
위치정보 모듈(114)은 전자 기기의 위치(또는 현재 위치)를 획득하기 위한 모듈로서, 그의 대표적인 예로는 GPS(Global Positioning System) 모듈 또는 WiFi(Wireless Fidelity) 모듈이 있다. 예를 들어, 전자 기기는 GPS모듈을 활용하면, GPS 위성에서 보내는 신호를 이용하여 전자 기기의 위치를 획득할 수 있다. 다른 예로서, 전자 기기는 Wi-Fi모듈을 활용하면, Wi-Fi모듈과 무선신호를 송신 또는 수신하는 무선 AP(Wireless Access Point)의 정보에 기반하여, 전자 기기의 위치를 획득할 수 있다. 필요에 따라서, 위치정보모듈(114)은 치환 또는 부가적으로 전자 기기의 위치에 관한 데이터를 얻기 위해 무선 통신부(110)의 다른 모듈 중 어느 기능을 수행할 수 있다. 위치정보모듈(114)은 전자 기기의 위치(또는 현재 위치)를 획득하기 위해 이용되는 모듈로, 전자 기기의 위치를 직접적으로 계산하거나 획득하는 모듈로 한정되지는 않는다.
구체적으로, 전자 기기는 5G 무선 통신 모듈(112)을 활용하면, 5G 무선 통신 모듈 과 무선신호를 송신 또는 수신하는 5G 기지국의 정보에 기반하여, 전자 기기의 위치를 획득할 수 있다. 특히, 밀리미터파(mmWave) 대역의 5G 기지국은 좁은 커버리지를 갖는 소형 셀(small cell)에 배치(deploy)되므로, 전자 기기의 위치를 획득하는 것이 유리하다.
입력부(120)는, 영상 신호 입력을 위한 카메라(121) 또는 영상 입력부, 오디오 신호 입력을 위한 마이크로폰(microphone, 122), 또는 오디오 입력부, 사용자로부터 정보를 입력받기 위한 사용자 입력부(123, 예를 들어, 터치키(touch key), 푸시키(mechanical key) 등)를 포함할 수 있다. 입력부(120)에서 수집한 음성 데이터나 이미지 데이터는 분석되어 사용자의 제어명령으로 처리될 수 있다.
센싱부(140)는 전자 기기 내 정보, 전자 기기를 둘러싼 주변 환경 정보 및 사용자 정보 중 적어도 하나를 센싱하기 위한 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센싱부(140)는 근접센서(141, proximity sensor), 조도 센서(142, illumination sensor), 터치 센서(touch sensor), 가속도 센서(acceleration sensor), 자기 센서(magnetic sensor), 중력 센서(G-sensor), 자이로스코프 센서(gyroscope sensor), 모션 센서(motion sensor), RGB 센서, 적외선 센서(IR 센서: infrared sensor), 지문인식 센서(finger scan sensor), 초음파 센서(ultrasonic sensor), 광 센서(optical sensor, 예를 들어, 카메라(121 참조)), 마이크로폰(microphone, 122 참조), 배터리 게이지(battery gauge), 환경 센서(예를 들어, 기압계, 습도계, 온도계, 방사능 감지 센서, 열 감지 센서, 가스 감지 센서 등), 화학 센서(예를 들어, 전자 코, 헬스케어 센서, 생체 인식 센서 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한편, 본 명세서에 개시된 전자 기기는, 이러한 센서들 중 적어도 둘 이상의 센서에서 센싱되는 정보들을 조합하여 활용할 수 있다.
출력부(150)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 디스플레이부(151), 음향 출력부(152), 햅팁 모듈(153), 광 출력부(154) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 디스플레이부(151)는 터치 센서와 상호 레이어 구조를 이루거나 일체형으로 형성됨으로써, 터치 스크린을 구현할 수 있다. 이러한 터치 스크린은, 전자 기기(100)와 사용자 사이의 입력 인터페이스를 제공하는 사용자 입력부(123)로써 기능함과 동시에, 전자 기기(100)와 사용자 사이의 출력 인터페이스를 제공할 수 있다.
인터페이스부(160)는 전자 기기(100)에 연결되는 다양한 종류의 외부 기기와의 통로 역할을 수행한다. 이러한 인터페이스부(160)는, 유/무선 헤드셋 포트(port), 외부 충전기 포트(port), 유/무선 데이터 포트(port), 메모리 카드(memory card) 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트(port), 오디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 비디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 이어폰 포트(port) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전자 기기(100)에서는, 상기 인터페이스부(160)에 외부 기기가 연결되는 것에 대응하여, 연결된 외부 기기와 관련된 적절할 제어를 수행할 수 있다.
또한, 메모리(170)는 전자 기기(100)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장한다. 메모리(170)는 전자 기기(100)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application)), 전자 기기(100)의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다. 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 무선 통신을 통해 외부 서버로부터 다운로드 될 수 있다. 또한 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 전자 기기(100)의 기본적인 기능(예를 들어, 전화 착신, 발신 기능, 메시지 수신, 발신 기능)을 위하여 출고 당시부터 전자 기기(100)상에 존재할 수 있다. 한편, 응용 프로그램은, 메모리(170)에 저장되고, 전자 기기(100) 상에 설치되어, 제어부(180)에 의하여 상기 전자 기기의 동작(또는 기능)을 수행하도록 구동될 수 있다.
제어부(180)는 상기 응용 프로그램과 관련된 동작 외에도, 통상적으로 전자 기기(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(180)는 위에서 살펴본 구성요소들을 통해 입력 또는 출력되는 신호, 데이터, 정보 등을 처리하거나 메모리(170)에 저장된 응용 프로그램을 구동함으로써, 사용자에게 적절한 정보 또는 기능을 제공 또는 처리할 수 있다.
또한, 제어부(180)는 메모리(170)에 저장된 응용 프로그램을 구동하기 위하여, 도 1a와 함께 살펴본 구성요소들 중 적어도 일부를 제어할 수 있다. 나아가, 제어부(180)는 상기 응용 프로그램의 구동을 위하여, 전자 기기(100)에 포함된 구성요소들 중 적어도 둘 이상을 서로 조합하여 동작시킬 수 있다.
전원공급부(190)는 제어부(180)의 제어 하에서, 외부의 전원, 내부의 전원을 인가받아 전자 기기(100)에 포함된 각 구성요소들에 전원을 공급한다. 이러한 전원공급부(190)는 배터리를 포함하며, 상기 배터리는 내장형 배터리 또는 교체가능한 형태의 배터리가 될 수 있다.
상기 각 구성요소들 중 적어도 일부는, 이하에서 설명되는 다양한 실시 예들에 따른 전자 기기의 동작, 제어, 또는 제어방법을 구현하기 위하여 서로 협력하여 동작할 수 있다. 또한, 상기 전자 기기의 동작, 제어, 또는 제어방법은 상기 메모리(170)에 저장된 적어도 하나의 응용 프로그램의 구동에 의하여 전자 기기 상에서 구현될 수 있다.
도 1 b 및 1c를 참조하면, 개시된 전자 기기(100)는 바 형태의 단말기 바디를 구비하고 있다. 다만, 본 발명은 여기에 한정되지 않고 와치 타입, 클립 타입, 글래스 타입 또는 2 이상의 바디들이 상대 이동 가능하게 결합되는 폴더 타입, 플립 타입, 슬라이드 타입, 스윙 타입, 스위블 타입 등 다양한 구조에 적용될 수 있다. 전자 기기의 특정 유형에 관련될 것이나, 전자 기기의 특정유형에 관한 설명은 다른 타입의 전자 기기에 일반적으로 적용될 수 있다.
여기에서, 단말기 바디는 전자 기기(100)를 적어도 하나의 집합체로 보아 이를 지칭하는 개념으로 이해될 수 있다.
전자 기기(100)는 외관을 이루는 케이스(예를 들면, 프레임, 하우징, 커버 등)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 전자 기기(100)는 프론트 케이스(101)와 리어 케이스(102)를 포함할 수 있다. 프론트 케이스(101)와 리어 케이스(102)의 결합에 의해 형성되는 내부공간에는 각종 전자부품들이 배치된다. 프론트 케이스(101)와 리어 케이스(102) 사이에는 적어도 하나의 미들 케이스가 추가로 배치될 수 있다.
단말기 바디의 전면에는 디스플레이부(151)가 배치되어 정보를 출력할 수 있다. 도시된 바와 같이, 디스플레이부(151)의 윈도우(151a)는 프론트 케이스(101)에 장착되어 프론트 케이스(101)와 함께 단말기 바디의 전면을 형성할 수 있다.
경우에 따라서, 리어 케이스(102)에도 전자부품이 장착될 수 있다. 리어 케이스(102)에 장착 가능한 전자부품은 착탈 가능한 배터리, 식별 모듈, 메모리 카드 등이 있다. 이 경우, 리어 케이스(102)에는 장착된 전자부품을 덮기 위한 후면커버(103)가 착탈 가능하게 결합될 수 있다. 따라서, 후면 커버(103)가 리어 케이스(102)로부터 분리되면, 리어 케이스(102)에 장착된 전자부품은 외부로 노출된다. 한편, 리어 케이스(102)의 측면 중 일부가 방사체(radiator)로 동작하도록 구현될 수 있다.
도시된 바와 같이, 후면커버(103)가 리어 케이스(102)에 결합되면, 리어 케이스(102)의 측면 일부가 노출될 수 있다. 경우에 따라서, 상기 결합시 리어 케이스(102)는 후면커버(103)에 의해 완전히 가려질 수도 있다. 한편, 후면커버(103)에는 카메라(121b)나 음향 출력부(152b)를 외부로 노출시키기 위한 개구부가 구비될 수 있다.
전자 기기(100)에는 디스플레이부(151), 제1 및 제2 음향 출력부(152a, 152b), 근접 센서(141), 조도 센서(142), 광 출력부(154), 제1 및 제2 카메라(121a, 121b), 제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b), 마이크로폰(122), 인터페이스부(160) 등이 구비될 수 있다.
디스플레이부(151)는 전자 기기(100)에서 처리되는 정보를 표시(출력)한다. 예를 들어, 디스플레이부(151)는 전자 기기(100)에서 구동되는 응용 프로그램의 실행화면 정보, 또는 이러한 실행화면 정보에 따른 UI(User Interface), GUI(Graphic User Interface) 정보를 표시할 수 있다.
또한, 디스플레이부(151)는 전자 기기(100)의 구현 형태에 따라 2개 이상 존재할 수 있다. 이 경우, 전자 기기(100)에는 복수의 디스플레이부들이 하나의 면에 이격되거나 일체로 배치될 수 있고, 또한 서로 다른 면에 각각 배치될 수도 있다.
디스플레이부(151)는 터치 방식에 의하여 제어 명령을 입력 받을 수 있도록, 디스플레이부(151)에 대한 터치를 감지하는 터치센서를 포함할 수 있다. 이를 이용하여, 디스플레이부(151)에 대하여 터치가 이루어지면, 터치센서는 상기 터치를 감지하고, 제어부(180)는 이에 근거하여 상기 터치에 대응하는 제어명령을 발생시키도록 이루어질 수 있다. 터치 방식에 의하여 입력되는 내용은 문자 또는 숫자이거나, 각종 모드에서의 지시 또는 지정 가능한 메뉴항목 등일 수 있다.
이처럼, 디스플레이부(151)는 터치센서와 함께 터치 스크린을 형성할 수 있으며, 이 경우에 터치 스크린은 사용자 입력부(123, 도 1a 참조)로 기능할 수 있다. 경우에 따라, 터치 스크린은 제1조작유닛(123a)의 적어도 일부 기능을 대체할 수 있다.
제1음향 출력부(152a)는 통화음을 사용자의 귀에 전달시키는 리시버(receiver)로 구현될 수 있으며, 제2 음향 출력부(152b)는 각종 알람음이나 멀티미디어의 재생음을 출력하는 라우드 스피커(loud speaker)의 형태로 구현될 수 있다.
광 출력부(154)는 이벤트의 발생시 이를 알리기 위한 빛을 출력하도록 이루어진다. 상기 이벤트의 예로는 메시지 수신, 호 신호 수신, 부재중 전화, 알람, 일정 알림, 이메일 수신, 애플리케이션을 통한 정보 수신 등을 들 수 있다. 제어부(180)는 사용자의 이벤트 확인이 감지되면, 빛의 출력이 종료되도록 광 출력부(154)를 제어할 수 있다.
제1카메라(121a)는 촬영 모드 또는 화상통화 모드에서 이미지 센서에 의해 얻어지는 정지영상 또는 동영상의 화상 프레임을 처리한다. 처리된 화상 프레임은 디스플레이부(151)에 표시될 수 있으며, 메모리(170)에 저장될 수 있다.
제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b)은 전자 기기(100)의 동작을 제어하기 위한 명령을 입력 받기 위해 조작되는 사용자 입력부(123)의 일 예로서, 조작부(manipulating portion)로도 통칭될 수 있다. 제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b)은 터치, 푸시, 스크롤 등 사용자가 촉각적인 느낌을 받으면서 조작하게 되는 방식(tactile manner)이라면 어떤 방식이든 채용될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b)은 근접 터치(proximity touch), 호버링(hovering) 터치 등을 통해서 사용자의 촉각적인 느낌이 없이 조작하게 되는 방식으로도 채용될 수 있다.
한편, 전자 기기(100)에는 사용자의 지문을 인식하는 지문인식센서가 구비될 수 있으며, 제어부(180)는 지문인식센서를 통하여 감지되는 지문정보를 인증수단으로 이용할 수 있다. 상기 지문인식센서는 디스플레이부(151) 또는 사용자 입력부(123)에 내장될 수 있다.
마이크로폰(122)은 사용자의 음성, 기타 소리 등을 입력 받도록 이루어진다. 마이크로폰(122)은 복수의 개소에 구비되어 스테레오 음향을 입력 받도록 구성될 수 있다.
인터페이스부(160)는 전자 기기(100)를 외부기기와 연결시킬 수 있는 통로가 된다. 예를 들어, 인터페이스부(160)는 다른 장치(예를 들어, 이어폰, 외장 스피커)와의 연결을 위한 접속단자, 근거리 통신을 위한 포트[예를 들어, 적외선 포트(IrDA Port), 블루투스 포트(Bluetooth Port), 무선 랜 포트(Wireless LAN Port) 등], 또는 전자 기기(100)에 전원을 공급하기 위한 전원공급단자 중 적어도 하나일 수 있다. 이러한 인터페이스부(160)는 SIM(Subscriber Identification Module) 또는 UIM(User Identity Module), 정보 저장을 위한 메모리 카드 등의 외장형 카드를 수용하는 소켓의 형태로 구현될 수도 있다.
단말기 바디의 후면에는 제2카메라(121b)가 배치될 수 있다. 이 경우, 제2카메라(121b)는 제1카메라(121a)와 실질적으로 반대되는 촬영 방향을 가지게 된다.
제2카메라(121b)는 적어도 하나의 라인을 따라 배열되는 복수의 렌즈를 포함할 수 있다. 복수의 렌즈는 행렬(matrix) 형식으로 배열될 수도 있다. 이러한 카메라는, 어레이(array) 카메라로 명명될 수 있다. 제2카메라(121b)가 어레이 카메라로 구성되는 경우, 복수의 렌즈를 이용하여 다양한 방식으로 영상을 촬영할 수 있으며, 보다 나은 품질의 영상을 획득할 수 있다.
플래시(124)는 제2카메라(121b)에 인접하게 배치될 수 있다. 플래시(124)는 제2카메라(121b)로 피사체를 촬영하는 경우에 피사체를 향하여 빛을 비추게 된다.
단말기 바디에는 제2 음향 출력부(152b)가 추가로 배치될 수 있다. 제2 음향 출력부(152b)는 제1음향 출력부(152a)와 함께 스테레오 기능을 구현할 수 있으며, 통화시 스피커폰 모드의 구현을 위하여 사용될 수도 있다.
단말기 바디에는 무선 통신을 위한 적어도 하나의 안테나가 구비될 수 있다. 안테나는 단말기 바디에 내장되거나, 케이스에 형성될 수 있다. 한편, 4G 무선 통신 모듈(111) 및 5G 무선 통신 모듈(112)와 연결되는 복수의 안테나는 단말기 측면에 배치될 수 있다. 또는, 안테나는 필름 타입으로 형성되어 후면 커버(103)의 내측면에 부착될 수도 있고, 도전성 재질을 포함하는 케이스가 안테나로서 기능하도록 구성될 수도 있다.
한편, 단말기 측면에 배치되는 복수의 안테나는 MIMO를 지원하도록 4개 이상으로 구현될 수 있다. 또한, 5G 무선 통신 모듈(112)이 밀리미터파(mmWave) 대역에서 동작하는 경우, 복수의 안테나 각각이 배열 안테나(array antenna)로 구현됨에 따라, 전자 기기에 복수의 배열 안테나가 배치될 수 있다.
단말기 바디에는 전자 기기(100)에 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(190, 도 1a 참조)가 구비된다. 전원 공급부(190)는 단말기 바디에 내장되거나, 단말기 바디의 외부에서 착탈 가능하게 구성되는 배터리(191)를 포함할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 다중 송신 시스템 구조 및 이를 구비하는 전자 기기, 특히 이종 무선 시스템(heterogeneous radio system)에서 전력 증폭기 및 이를 구비하는 전자 기기와 관련된 실시 예들에 대해 첨부된 도면을 참조하여 살펴보겠다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
도 2는 본 발명에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기의 무선 통신부의 구성을 도시한다. 도 2를 참조하면, 전자 기기는 제1 전력 증폭기(210), 제2 전력 증폭기(220) 및 RFIC(250)를 포함한다. 또한, 전자 기기는 모뎀(Modem, 400) 및 어플리케이션 프로세서(AP: Application Processor, 450)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 모뎀(Modem, 400)과 어플리케이션 프로세서(AP, 450)와 물리적으로 하나의 chip에 구현되고, 논리적 및 기능적으로 분리된 형태로 구현될 수 있다. 하지만, 이에 한정되지 않고 응용에 따라 물리적으로 분리된 chip의 형태로 구현될 수도 있다.
한편, 전자 기기는 수신부에서 복수의 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier, 410 내지 440)을 포함한다. 여기서, 제1 전력 증폭기(210), 제2 전력 증폭기(220), 제어부(250) 및 복수의 저잡음 증폭기(310 내지 340)는 모두 제1 통신 시스템과 제2 통신 시스템에서 동작 가능하다. 이때, 제1 통신 시스템과 제2 통신 시스템은 각각 4G 통신 시스템과 5G 통신 시스템일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, RFIC(250)는 4G/5G 일체형으로 구성될 수 있지만, 이에 한정되지 않고 응용에 따라 4G/5G 분리형으로 구성될 수 있다. RFIC(250)가 4G/5G 일체형으로 구성되는 경우, 4G/5G 회로 간 동기화 (synchronization) 측면에서 유리할 뿐만 아니라, 모뎀(400)에 의한 제어 시그널링이 단순화될 수 있다는 장점이 있다.
한편, RFIC(250)가 4G/5G 분리형으로 구성되는 경우, 4G RFIC 및 5G RFIC로 각각 지칭될 수 있다. 특히, 5G 대역이 밀리미터파 대역으로 구성되는 경우와 같이 5G 대역과 4G 대역의 대역 차이가 큰 경우, RFIC(250)가 4G/5G 분리형으로 구성될 수 있다. 이와 같이, RFIC(250)가 4G/5G 분리형으로 구성되는 경우, 4G 대역과 5G 대역 각각에 대하여 RF 특성을 최적화할 수 있다는 장점이 있다.
한편, RFIC(250)가 4G/5G 분리형으로 구성되는 경우에도 4G RFIC 및 5G RFIC가 논리적 및 기능적으로 분리되고 물리적으로는 하나의 chip에 구현되는 것도 가능하다.
한편, 어플리케이션 프로세서(AP, 450)는 전자 기기의 각 구성부의 동작을 제어하도록 구성한다. 구체적으로, 어플리케이션 프로세서(AP, 450)는 모뎀(400)을 통해 전자 기기의 각 구성부의 동작을 제어할 수 있다.
예를 들어, 전자 기기의 저전력 동작(low power operation)을 위해 전력 관리 IC (PMIC: Power Management IC)를 통해 모뎀(400)을 제어할 수 있다. 이에 따라, 모뎀(400)은 RFIC(250)를 통해 송신부 및 수신부의 전력 회로를 저전력 모드에서 동작시킬 수 있다.
이와 관련하여, 어플리케이션 프로세서(AP, 450)는 전자 기기가 대기 모드(idle mode)에 있다고 판단되면, 모뎀(400)을 통해 RFIC(250)를 다음과 같이 제어할 수 있다. 예를 들어, 전자 기기가 대기 모드(idle mode)에 있다면, 제1 및 제2 전력 증폭기(110, 120) 중 적어도 하나가 저전력 모드에서 동작하거나 또는 오프(off)되도록 모뎀(400)을 통해 RFIC(250)를 제어할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 어플리케이션 프로세서(AP, 450)는 전자 기기가 low battery mode이면, 저전력 통신이 가능한 무선 통신을 제공하도록 모뎀(400)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 전자 기기가 4G 기지국, 5G 기지국 및 액세스 포인트 중 복수의 엔티티와 연결된 경우, 어플리케이션 프로세서(AP, 450)는 가장 저전력으로 무선 통신이 가능하도록 모뎀(400)을 제어할 수 있다. 이에 따라, 스루풋을 다소 희생하더라도 어플리케이션 프로세서(AP, 450)는 근거리 통신 모듈(113)만을 이용하여 근거리 통신을 수행하도록 모뎀(400)과 RFIC(250)를 제어할 수 있다.
또 다른 실시 예에 따르면, 전자 기기의 배터리 잔량이 임계치 이상이면, 최적의 무선 인터페이스를 선택하도록 모뎀(400)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 어플리케이션 프로세서(AP, 450)는 배터리 잔량과 가용 무선 자원 정보에 따라 4G 기지국 및 5G 기지국 모두를 통해 수신할 수 있도록 모뎀(400)을 제어할 수 있다. 이때, 어플리케이션 프로세서(AP, 450)는 배터리 잔량 정보는 PMIC로부터 수신하고, 가용 무선 자원 정보는 모뎀(400)으로부터 수신할 수 있다. 이에 따라, 배터리 잔량과 가용 무선 자원이 충분하면, 어플리케이션 프로세서(AP, 450)는 4G 기지국 및 5G 기지국 모두를 통해 수신할 수 있도록 모뎀(400)과 RFIC(250)를 제어할 수 있다.
한편, 도 2의 다중 송수신 시스템(multi-transceiving system)은 각각의 무선 시스템(radio System)의 송신부와 수신부를 하나의 송수신부로 통합할 수 있다. 이에 따라, RF 프론트 엔드(Front-end)에서 두 종류의 시스템 신호를 통합하는 회로부분을 제거할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 프론트 엔드 부품을 통합된 송수신부로 제어 가능하므로, 송수신 시스템이 통신 시스템 별로 분리되었을 경우보다 효율적으로 프론트 엔드 부품을 통합할 수 있다.
또한, 통신 시스템 별로 분리되는 경우, 필요에 따라 다른 통신 시스템을 제어하는 것이 불가능하거나, 이로 인한 시스템 지연(system delay)를 가중시키기 때문에 효율적인 자원 할당이 불가능하다. 반면에, 도 2와 같은 다중 송수신 시스템은, 필요에 따라 다른 통신 시스템을 제어하는 것이 가능하고, 이로 인한 시스템 지연을 최소화할 수 있어 효율적인 자원 할당이 가능한 장점이 있다.
한편, 제1 전력 증폭기(210)와 제2 전력 증폭기(220)는 제1 및 제2 통신 시스템 중 적어도 하나에서 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 5G 통신 시스템이 4G 대역 또는 Sub6 대역에서 동작하는 경우, 제1 및 제2 전력 증폭기(220)는 제1 및 제2 통신 시스템에서 모두 동작 가능하다.
반면에, 5G 통신 시스템이 밀리미터파(mmWave) 대역에서 동작하는 경우, 제1 및 제2 전력 증폭기(210, 220)는 어느 하나는 4G 대역에서 동작하고, 다른 하나는 밀리미터파 대역에서 동작할 수 있다.
한편, 송수신부와 수신부를 통합하여, 송수신 겸용 안테나를 이용하여 하나의 안테나로 2개의 서로 다른 무선 통신 시스템을 구현할 수 있다. 이때, 도 2와 같이 4개의 안테나를 이용하여 4x4 MIMO 구현이 가능하다. 이때, 하향링크(DL)를 통해 4x4 DL MIMO가 수행될 수 있다.
한편, 5G 대역이 Sub6 대역이면, 제1 내지 제4 안테나(ANT1 내지 ANT4)는 4G 대역과 5G 대역에서 모두 동작하도록 구성될 수 있다. 반면에, 5G 대역이 밀리미터파(mmWave) 대역이면, 제1 내지 제4 안테나(ANT1 내지 ANT4)는 4G 대역과 5G 대역 중 어느 하나의 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다. 이때, 5G 대역이 밀리미터파(mmWave) 대역이면, 별도의 복수 안테나 각각이 밀리미터파 대역에서 배열 안테나로 구성될 수 있다.
한편, 4개의 안테나 중 제1 전력 증폭기(210)와 제2 전력 증폭기(220)에 연결된 2개의 안테나를 이용하여 2x2 MIMO 구현이 가능하다. 이때, 상향링크(UL)를 통해 2x2 UL MIMO (2 Tx)가 수행될 수 있다. 또는, 2x2 UL MIMO에 한정되는 것은 아니고, 1 Tx 또는 4 Tx로 구현 가능하다. 이때, 5G 통신 시스템이 1 Tx로 구현되는 경우, 제1 및 제2 전력 증폭기(210, 220) 중 어느 하나만 5G 대역에서 동작하면 된다. 한편, 5G 통신 시스템이 4Tx로 구현되는 경우, 5G 대역에서 동작하는 추가적인 전력 증폭기가 더 구비될 수 있다. 또는, 하나 또는 두 개의 송신 경로 각각에서 송신 신호를 분기하고, 분기된 송신 신호를 복수의 안테나에 연결할 수 있다.
한편, RFIC(250)에 해당하는 RFIC 내부에 스위치 형태의 분배기(Splitter) 또는 전력 분배기(power divider)가 내장되어 있어, 별도의 부품이 외부에 배치될 필요가 없고 이로 인해 부품 실장성을 개선시킬 수 있다. 구체적으로, 제어부(250)에 해당하는 RFIC 내부에 SPDT (Single Pole Double Throw) 형태의 스위치를 사용하여 2개의 서로 다른 통신 시스템의 송신부(TX) 선택이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기는 듀플렉서(duplexer, 231), 필터(232) 및 스위치(233)를 더 포함할 수 있다.
듀플렉서(231)는 송신 대역과 수신 대역의 신호를 상호 분리하도록 구성된다. 이때, 제1 및 제2 전력 증폭기(210, 220)를 통해 송신되는 송신 대역의 신호는 듀플렉서(231)의 제1 출력 포트를 통해 안테나(ANT1, ANT4)에 인가된다. 반면에, 안테나(ANT1, ANT4)를 통해 수신되는 수신 대역의 신호는 듀플렉서(231)의 제2 출력포트를 통해 저잡음 증폭기(310, 340)로 수신된다.
필터(232)는 송신 대역 또는 수신 대역의 신호를 통과(pass)시키고 나머지 대역의 신호는 차단(block)하도록 구성될 수 있다. 이때, 필터(232)는 듀플렉서(231)의 제1 출력 포트에 연결되는 송신 필터와 듀플렉서(231)의 제2 출력포트에 연결되는 수신 필터로 구성될 수 있다. 대안적으로, 필터(232)는 제어 신호에 따라 송신 대역의 신호만을 통과시키거나 또는 수신 대역의 신호만을 통과시키도록 구성될 수 있다.
스위치(233)는 송신 신호 또는 수신 신호 중 어느 하나만을 전달하도록 구성된다. 본 발명의 일 실시 예에서, 스위치(233)는 시분할 다중화(TDD: Time Division Duplex) 방식으로 송신 신호와 수신 신호를 분리하도록 SPDT (Single Pole Double Throw) 형태로 구성될 수 있다. 이때, 송신 신호와 수신 신호는 동일 주파수 대역의 신호이고, 이에 따라 듀플렉서(231)는 서큘레이터(circulator) 형태로 구현될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에서, 스위치(233)는 주파수 분할 다중화(FDD: Time Division Duplex) 방식에서도 적용 가능하다. 이때, 스위치(233)는 송신 신호와 수신 신호를 각각 연결 또는 차단할 수 있도록 DPDT (Double Pole Double Throw) 형태로 구성될 수 있다. 한편, 듀플렉서(231)에 의해 송신 신호와 수신 신호의 분리가 가능하므로, 스위치(233)가 반드시 필요한 것은 아니다.
한편, 본 발명에 따른 전자 기기는 제어부에 해당하는 모뎀(400)을 더 포함할 수 있다. 이때, RFIC(250)와 모뎀(400)을 각각 제1 제어부 (또는 제1 프로세서)와 제2 제어부(제2 프로세서)로 지칭할 수 있다. 한편, RFIC(250)와 모뎀(400)은 물리적으로 분리된 회로로 구현될 수 있다. 또는, RFIC(250)와 모뎀(400)은 물리적으로 하나의 회로에 논리적 또는 기능적으로 구분될 수 있다.
모뎀(400)은 RFIC(250)를 통해 서로 다른 통신 시스템을 통한 신호의 송신과 수신에 대한 제어 및 신호 처리를 수행할 수 있다. 모뎀(400)은 4G 기지국 및/또는 5G 기지국으로부터 수신된 제어 정보(Control Information)를 통해 획득할 수 있다. 여기서, 제어 정보는 물리 하향링크 제어 채널(PDCCH: Physical Downlink Control Channel)을 통해 수신될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
모뎀(400)은 특정 시간 및 주파수 자원에서 제1 통신 시스템 및/또는 제2 통신 시스템을 통해 신호를 송신 및/또는 수신하도록 RFIC(250)를 제어할 수 있다. 이에 따라, RFIC(250)는 특정 시간 구간에서 4G 신호 또는 5G 신호를 송신하도록 제1 및 제2 전력 증폭기(210, 220)를 포함한 송신 회로들을 제어할 수 있다. 또한, RFIC(250)는 특정 시간 구간에서 4G 신호 또는 5G 신호를 수신하도록 제1 내지 제4 저잡음 증폭기(310 내지 340)를 포함한 수신 회로들을 제어할 수 있다.
한편, 도 2와 같은 다중 송수신 시스템이 구비된 본 발명에 따른 광대역에서 동작하는 광대역 안테나(예컨대, 콘 안테나)를 구비하는 전자기기의 구체적인 동작 및 기능에 대해서 이하에서 검토하기로 한다.
본 발명에 따른 5G 통신 시스템에서, 5G 주파수 대역은 LTE 주파수 대역보다 높은 Sub6 대역 및/또는 LTE 주파수 대역을 포함할 수 있다. 이와 같이, 4G 통신 시스템과 5G 통신 시스템을 모두 지원할 수 있든 광대역 안테나가 전자 기기에 제공될 필요가 있다. 이와 관련하여, 본 발명은 저주파수 대역에서 약 5GHz 대역까지 동작 가능한 광대역 안테나 (예컨대, 콘 안테나)를 제공한다.
도 3은 본 발명에 따른 전자 기기의 복수의 안테나들이 배치될 수 있는 구성의 예시를 나타낸다. 도 3을 참조하면, 전자 기기(100)의 배면에 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d 또는 1150B)이 배치될 수 있다. 대안적으로, 전자 기기(100)의 측면에 복수의 안테나들(1110S1 및 1110S2)이 배치될 수 있다. 여기서, 전자 기기는 사용자 단말(UE) 이외에 통신 중계 장치(communication relay apparatus), 소형 셀 기지국 또는 기지국 등에 구현될 수 있다. 여기서, 통신 중계 장치는 5G 통신 서비스를 실내에서 제공할 수 있는 CPE (Customer Premises Equipment)일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 콘 안테나는 전자 기기 이외에 차량(vehicle)에 탑재되어 4G 통신 서비스 및 5G 통신 서비스를 제공할 수 있다.
한편, 도 2를 참조하면, 전자 기기(100)의 측면 또는 배면에 복수의 안테나들(예컨대, 콘 안테나들) (ANT 1 내지 ANT 4)이 배치될 수 있다.
한편, 도 2 및 도 3을 참조하면, 복수의 안테나들(ANT 1 내지 ANT 4)에 해당하는 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d)을 통해, 적어도 하나 이상의 신호를 송신하거나 또는 수신할 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d) 각각은 하나의 콘 안테나로 구성될 수 있다. 전자 기기는 복수의 콘 안테나들(1110a 내지 1110d) 중 어느 하나의 안테나를 통해 기지국과 통신이 가능하다. 또는, 전자 기기는 복수의 콘 안테나들(1110a 내지 1110d) 중 둘 이상의 안테나를 통해 기지국과 다중 입출력(MIMO) 통신이 가능하다.
한편, 본 발명은 전자 기기(100)의 측면에 복수의 콘 안테나들(1110S1 및 1110S2)을 통해, 적어도 하나 이상의 신호를 송신하거나 또는 수신할 수 있다. 도시된 바와 달리, 전자 기기(100)의 측면에 복수의 콘 안테나들(1110S1 내지 1110S4)을 통해, 적어도 하나 이상의 신호를 송신하거나 또는 수신할 수 있다. 한편, 전자 기기는 복수의 콘 안테나들(1110S1 내지 1110S4) 중 어느 하나의 안테나를 통해 기지국과 통신이 가능하다. 또는, 전자 기기는 복수의 콘 안테나들(1110S1 내지 1110S4) 중 둘 이상의 안테나를 통해 기지국과 다중 입출력(MIMO) 통신이 가능하다.
한편, 본 발명은 전자 기기(100)의 배면 및/또는 측면에 복수의 콘 안테나들(1110a 내지 1110d, 1150B, 1110S1 내지 1110S4)을 통해, 적어도 하나 이상의 신호를 송신하거나 또는 수신할 수 있다. 한편, 전자 기기는 복수의 콘 안테나들(1110a 내지 1110d, 1150B, 1110S1 내지 1110S4) 중 어느 하나의 안테나를 통해 기지국과 통신이 가능하다. 또는, 전자 기기는 복수의 콘 안테나들(1110a 내지 1110d, 1150B, 1110S1 내지 1110S4) 중 둘 이상의 안테나를 통해 기지국과 다중 입출력(MIMO) 통신이 가능하다.
이하에서는, 본 발명에 따른 콘 안테나를 구비하는 전자 기기에 대해 살펴보기로 한다.
이와 관련하여, 도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 저주파수 대역에서 약 5GHz 대역까지 동작 가능한 광대역 안테나 (예컨대, 콘 안테나)의 상세한 구조를 나타낸다. 구체적으로, 도 4a는 본 발명에 따른 콘 안테나의 3차원 구조의 사시도(perspective view)를 나타낸다. 한편, 도 4b는 본 발명에 따른 콘 안테나의 3차원 구조도의 측면도(side view)를 나타낸다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명에 따른 안테나를 구비하는 전자 기기는 콘 안테나(1100)를 포함한다.
구체적으로, 콘 안테나(1100)는 상부 기판(upper substrate)에 해당하는 제1 기판(S1), 하부 기판(lower substrate)에 해당하는 제2 기판(S2) 및 콘 방사체(1100R)를 포함하도록 구성 가능하다. 또한, 콘 안테나(1100)는 금속 패치(1101), 단락 핀(shorting pin, 1102), 급전부(1105)를 더 포함하도록 구성 가능한다.
또한, 콘 안테나(1100)는 외곽 림(outer rim, 1103)과 외곽 림(1103)을 통해 제1 기판(S1)과 고정되도록 하는 체결구(fastener, 1104)를 더 포함하도록 구성 가능하다. 또한, 콘 안테나(1100)는 비-금속 지지체(non-metal supporter, 1106) 및 급전부(1105)를 체결하는 체결구(fastener, 1107)를 더 포함하도록 구성 가능하다. 여기서, 체결구(1104, 1107)는 소정 직경을 갖는 나사(screw)와 같은 체결구로 구현 가능하다.
이와 관련하여, 제2 기판(S2)은 제1 기판(S1)과 소정 간격으로 이격되고,　그라운드 층(GND)을 구비할 수 있다. 한편, 콘 방사체(1100R)는 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이에 구비되도록 배치될 수 있다. 구체적으로, 콘 방사체(1100R)는 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)을 연결하도록, 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 간을 수직 연결할 수 있다. 또한, 콘 방사체(1100R)는 상부는 제1 기판(S1)과 연결되고, 하부는 제2 기판(S2)과 연결되며,　상부에 상부 개구부(upper aperture)를 구비하도록 구성 가능하다.
한편, 금속 패치(1101)는 제1 기판(S1)에 형성되며, 상부 개구부에 이격되게 형성될 수 있다. 구체적으로, 금속 패치(1101)의 내측 형상(inner side shape)이 상부 개구부의 외곽선의 형상에 대응되도록 원형으로 형성될 수 있다. 이를 통해, 콘 방사체(1100R)로부터 방사되는 신호가 금속 패치(1101)의 내측을 통해 커플링되도록 형성될 수 있다.
한편, 금속 패치(1101)는 콘 안테나(1100)의 상부 개구의 일부 영역을 둘러싸도록 일 측에만 배치될 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101)를 포함한 콘 안테나(1100)의 전체 크기를 최소화할 수 있다.
한편, 단락 핀(shorting pin, 1102)은 금속 패치(1101)와 제2 기판(S2)의 그라운드 층(GND)을 전기적으로 연결하도록 형성된다. 한편, 단락 핀(1102)은 유전체와 같은 구조물 내부에 소정 직경을 갖는 나사(screw)와 같은 체결구가 삽입된 구조로 구현 가능하다.
이와 관련하여, 전자 기기 내에 복수 개의 콘 안테나를 배치하기 위해, 콘 안테나는 작은 크기로 구현될 필요가 있다. 이를 위한 본 발명에 따른 콘 안테나 구조를 "Cone with shorting pin" 또는 "Cone with shorting supporter"로 지칭할 수 있다.
이와 관련하여, 단락 핀(shorting pin) 또는 단락 지지체(shorting supporter)의 개수는 1개 또는 2개일 수 있다. 구체적으로, 단락 핀 또는 단락 지지체의 개수는 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다. 하지만, 본 발명에 따른 "Cone with shorting pin" 또는 "Cone with shorting supporter"에서 단락 핀 또는 단락 지지체는 안테나 크기 소형화를 위해 1개 또는 2개로 구현될 수 있다.
구체적으로, 단락 핀(shorting pin, 1102)은 금속 패치(1101)와 제2 기판(S2) 사이에 하나의 단락 핀으로 형성될 수 있다. 이와 같은 하나의 단락 핀(1102)에 의해, 콘 안테나의 방사 패턴의 널(null)이 생성되는 것을 방지할 수 있다. 이에 대한 동작 원리 및 기술적 특징은 도 7a 및 도 7b에서 상세하게 설명하기로 한다.
이와 관련하여, 일반적인 콘 안테나는 앙각(elevation angle) 방향의 보어사이트에서 방사 패턴의 널(null)이 생성되어 수신 성능이 저하되는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 콘 안테나(1110)가 하나의 단락 핀(1102)과 연결되는 구조를 통해, 앙각 방향의 보어사이트에서 방사 패턴의 널이 제거될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에서는 거의 모든 방향에서 수신 성능이 개선될 수 있다는 장점이 있다.
이와 관련하여, 도 4a를 참조하면, 하나의 단락 핀을 구비한 콘 안테나는 급전부(1105)-콘 방사체(1100R)-금속 패치(1101)-단락 핀(1102)-그라운드 층(GND)의 전류 경로를 형성한다. 이와 같이, 급전부(1105)-콘 방사체(1100R)-금속 패치(1101)-단락 핀(1102)-그라운드 층(GND)의 비대칭 전류 경로를 통해, 앙각 방향의 보어 사이트에서 방사 패턴이 널(null)이 생성되는 현상을 방지할 수 있다.
한편, 급전부(1105)는 제2 기판(S2) 상에 형성되고, 하부 개구부(lower aperture)를 통해 신호를 전달하도록 구성된다. 이를 위해, 급전부(1105)는 하부 개구부의 형상에 대응되도록 단부(end portion)가 링 형상으로 구성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 콘 안테나는 콘 방사체(1100R)와 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)을 기구적으로 고정하기 위해, 적어도 하나의 비-금속 지지체(non-metal supporter, 1106)를 더 포함할 수 있다. 이를 위해, 비-금속 지지체(1106)는 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)을 지지하도록 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)을 수직하게 연결하도록 구성된다. 한편, 비-금속 지지체(1106)는 금속이 아니고, 또한 금속 패치(1101)와 전기적으로 연결되지 않기 때문에, 콘 안테나(1100)의 전기적 특성에 영향을 미치지 않는다. 따라서, 비-금속 지지체(1106)는 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)을 수직하게 연결하여 지지하도록 제1 및 제2 기판(S1, S2)의 좌측 상부, 우측 상부, 좌측 하부 및 우측 하부에 배치될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 응용에 따라 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)을 지지할 수 있는 다양한 구조로 변경 가능하다.
한편, 외곽 림(1103)은 콘 방사체(1100R)와 일체로 형성되고, 제1 기판(S1)과 체결구(1104)를 통해 연결될 수 있다. 여기서, 외곽 림(1103)은 콘 방사체(1100R)의 대향하는 지점 상에 2개의 외곽 림으로 구현될 수 있다.
한편, 체결구(1107)는 급전부(1105) 단부 (즉, 링 형상)의 내부를 통해 제2 기판(S2)과 연결되도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 체결구(1107)를 통해 급전부(1105)가 형성된 제2 기판(S2)과 콘 방사체(1100R)가 고정될 수 있다. 이에 따라, 체결구(1107)는 콘 방사체(1100R)로 신호를 전달하는 급전부의 역할과 함께 콘 방사체(1100R)를 제2 기판(S2)에 고정하는 역할을 한다.
한편, 도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 Cone with single shorting pin 구조의 콘 안테나의 전면도를 나타낸다. 이와 관련하여, Cone with single shorting pin 구조는 1개의 단락 핀 (또는 단락 지지체)에 의해 구현된 콘 안테나이다. 구체적으로, 도 5a는 원형 형상의 금속 패치가 콘 방사체의 상부 개구의 일측에 배치된 형상을 나타낸다. 반면에, 도 5b는 사각형 형상의 금속 패치가 콘 방사체의 상부 개구의 일측에 배치된 형상을 나타낸다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명에 따른 전자 기기는 콘 안테나(1100)를 포함한다. 또한, 전자 기기는 송수신부 회로(transceiver circuit, 1250)를 더 포함할 수 있다.
한편, 도 4a 내지 도 5b를 참조하면, 콘 안테나(1100)는 상부 기판(upper substrate)인 제1 기판과 하부 기판(lower substrate)인 제2 기판 사이에 형성된다. 한편, 콘 안테나(1100)는 금속 패치(1101, 1101', 1101a, 1101b) 및 단락 핀(1102)을 포함할 수 있다. 여기서, 금속 패치(1101)는 콘 안테나(1100)의 상부 개구부(upper aperture)의 일 측(one side)의 주변 영역에 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 금속 패치(1101)는 제1 기판 상에 형성될 수 있다. 여기서, 콘 안테나(1100)는 속이 빈(hollow) 콘 안테나만을 지칭하거나 또는 금속 패치(1101)를 포함한 전체 안테나 구조를 지칭할 수 있다.
구체적으로, 금속 패치(1101, 1101', 1101a, 1101b)는 콘 안테나(1100)의 상부 개구부의 주변 영역에 형성되고, 제1 기판의 상부에 배치될 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101)는 콘 안테나(1100)의 상부 개구부로부터 제1 기판의 두께만큼 z축으로 이격된 위치에 배치될 수 있다. 이와 같이 금속 패치(1101)가 제1 기판의 상부에 배치되는 경우, 콘 안테나(1100)의 크기를 더욱 소형화 할 수 있다는 장점이 있다. 구체적으로, 금속 패치(1101)를 포함하는 콘 안테나(1100)의 상부 영역에 소정 유전율을 갖는 제1 기판이 배치되어, 콘 안테나(1100)의 크기를 더욱 소형화 할 수 있다는 장점이 있다.
또는, 금속 패치(1101, 1101', 1101a, 1101b)는 콘 안테나(1100)의 상부 개구부의 주변 영역에 형성되고, 제1 기판의 하부에 배치될 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101)는 콘 안테나(1100)의 상부 개구부와 z축 상의 동일 평면 상에서 일정 간격 이격되어 될 수 있다. 이와 같이 금속 패치(1101)가 제1 기판의 하부에 배치되는 경우, 제1 기판이 금속 패치(1101)를 포함하는 콘 안테나(1100)의 레이돔(radome)으로 동작할 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101)를 포함하는 콘 안테나(1100)를 외부로부터 보호할 수 있고, 또한 콘 안테나(1100)의 이득(gain)을 증가시킬 수 있다는 장점이 있다.
단락 핀(1102)은 금속 패치(1101, 1101', 1101a, 1101b)와 제2 기판에 형성된 그라운드 층(GND) 간을 연결하도록 구성된다. 이와 같이, 금속 패치(1101)와 제2 기판에 형성된 그라운드 층(GND) 간을 연결하도록 구성된 단락 핀(1102)에 의해, 콘 안테나(1100)의 크기를 소형화 할 수 있다는 장점이 있다. 한편, 단락 핀(1102)의 개수는 1개 또는 2개일 수 있다. 단락 핀(1102)의 개수가 1개인 경우가 콘 안테나(1100) 소형화 관점에서 가장 유리할 수 있다. 이에 따라, 단락 핀(1102)은 금속 패치와 하부 기판인 제2 기판 사이에 하나의 단락 핀으로 형성될 수 있다. 하지만, 단락 핀의 개수는 이에 한정되는 것은 아니고, 콘 안테나(1100)의 성능 및 구조적 안정성 관점에서 2개 이상의 단락 핀이 사용될 수도 있다. 응용에 따라 단락 핀(1102) 이외에 나머지 일부 핀은 비-금속 형태의 비-금속 지지 핀 (non-metal supporting pin)으로 구현될 수 있다.
송수신부 회로(1250)는 콘 방사체(1100R)에 급전부(1105)를 통해 연결되고, 콘 안테나(1100)를 통해 신호를 방사하도록 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 송수신부 회로(1250)는 도 2와 같이 전력 증폭기(210), 저잡음 증폭기(310)를 전단에 구비할 수 있다. 이에 따라, 송수신부 회로(1250)는 전력 증폭기(210)를 통해 증폭된 신호를 콘 안테나(1100)를 통해 방사하도록 전력 증폭기(210)를 제어할 수 있다. 또한, 송수신부 회로(1250)는 콘 안테나(1100)로부터 수신된 신호를 저잡음 증폭기(310)를 통해 증폭하도록 저잡음 증폭기(310)를 제어할 수 있다. 또한, 송수신부 회로(1250) 콘 안테나(1100)를 통해 신호를 송신 및/또는 수신하도록 송수신부 회로(1250) 내부의 소자들을 제어할 수 있다.
이와 관련하여, 전자 기기가 복수의 콘 안테나를 구비하는 경우, 송수신부 회로(1250)는 복수의 콘 안테나 중 적어도 하나를 통해 신호가 송신 및/또는 수신되도록 제어할 수 있다. 송수신부 회로(1250)가 하나의 콘 안테나만을 통해 신호를 송신 또는 수신하는 경우를 각각 1 Tx 또는 1 Rx로 지칭할 수 있다. 반면에, 송수신부 회로(1250)가 둘 이상의 콘 안테나를 통해 신호를 송신 또는 수신하는 경우를 안테나의 개수에 따라 n Tx 또는 n Rx로 지칭할 수 있다.
예를 들어, 송수신부 회로(1250)가 2개의 콘 안테나를 통해 신호를 송신 또는 수신하는 경우를 2 Tx 또는 2 Rx로 지칭할 수 있다. 하지만, 송수신부 회로(1250)가 2개의 콘 안테나를 통해 동일한 데이터를 갖는 제1 및 제2 신호를 송신 또는 수신하는 경우는 1 Tx 또는 2 Rx로 지칭할 수 있다. 이와 같이 송수신부 회로(1250)가 2개의 콘 안테나를 통해 동일한 데이터를 갖는 제1 및 제2 신호를 송신 또는 수신하는 경우를 다이버시티 모드로 지칭할 수 있다.
한편, 금속 패치(1101)의 형태는 도 5a와 같이 원형 패치(circular patch) 형태로 구성될 수 있다.
또한, 금속 패치(1101)의 형태는 도 5b와 같이 사각 패치(rectangular patch) 형태로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 금속 패치(1101)의 형태는 응용에 따라 안테나 소형화 및 성능 관점에서 원형 패치(circular patch) 또는 임의의 다각형 패치 형태로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 임의의 다각형 패치 형태에서 다각형의 차수가 증가함에 따라 원형 패치 형태로 근사화 될 수 있다.
도 5a를 참조하면, 금속 패치(1101)는 외측 형상(outer side shape)이 원형 형태인 원형 패치(circular patch)로 형성될 수 있다. 한편, 원형 패치의 내측 형상(inner side shape)은 상부 개구부의 외곽선의 형상에 대응되도록 원형으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 콘 안테나로부터 방사되는 신호가 원형 패치(1101)의 내측을 통해 커플링되도록 형성되어, 안테나 성능을 최적화할 수 있다는 장점이 있다.
도 5b를 참조하면, 금속 패치(1101')는 외측 형상(outer side shape)이 사각형 형태인 사각 패치(rectangular patch)로 형성될 수 있다. 한편, 사각 패치의 내측 형상(inner side shape)은 상부 개구부의 외곽선의 형상에 대응되도록 원형으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 콘 안테나로부터 방사되는 신호가 사각 패치(1101)의 내측을 통해 커플링되도록 형성되어, 안테나 성능을 최적화할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 콘 안테나의 상부 개구부보다 더 큰 개구부 크기를 갖는 금속 패치(1101, 1101')의 개구부에 의해 공진 길이가 형성될 수 있다. 따라서, 콘 안테나(1100)로부터 방사되는 신호가 금속 패치(1101, 1101')의 내측을 통해 커플링될 수 있다. 이에 따라, 콘 안테나의 상부 개구부보다 더 큰 개구부 크기를 갖는 금속 패치(1101, 1101')의 개구부에 의해 콘 안테나(1100)의 소형화가 가능하다는 장점이 있다.
이와 관련하여, 도 5a 및 도 5b와 같은 Cone with single shorting pin 구조에서, 콘 안테나(1100)의 길이와 폭, 즉 L x W는 0.13 x 0.14l로 구현될 수 있다. 이에 따라, 일반적인 패치 안테나의 크기인 0.5l보다 약 1/4배로 크기 소형화가 가능하다. 한편, 단락 핀을 구비하는 패치 안테나의 크기인 0.25l보다 약 1/2배로 크기 소형화가 가능하다. 이와 관련하여, 금속 패치(1101)를 포함하는 콘 안테나(1100)의 길이와 폭, 즉 L x W는 0.13 x 0.14l이기 때문에, 콘 안테나(1100)의 상부 개구부 크기는 이보다 더 적게 구현 가능하다.
따라서, 본 발명에 따른 콘 안테나(1100)에서, 금속 패치(1101)는 콘 안테나(1100)의 상부 개구부의 일부 영역을 둘러싸도록 일부 영역에만 형성될 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101)를 포함한 콘 안테나(1100)의 크기를 최소화할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 콘 안테나(1100)의 높이 및 길이와 폭, 즉 H x L x W는 0.06 x 0.13 x 0.14l로 구현될 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101)와 단락 핀(1102)을 구비하는 본 발명에 따른 콘 안테나(1100)는 기존 콘 안테나에 비해 높이를 감소시킬 수 있다는 장점이 있다. 따라서, 본 발명에 따른 금속 패치(1101)와 단락 핀(1102)을 구비하는 콘 안테나(1100)는 xy 평면상에서 안테나 크기를 감소시키면서, z축 상에서 안테나 높이도 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.
한편, 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 원형 패치와 단락 핀으로 이루어진 콘 안테나의 전면도를 나타낸다. 도 6a에서, 콘 안테나(1100a)는 원형 패치(1101a)와 2개의 단락 핀(1102a)을 구비할 수 있다. 한편, 콘 안테나(1100a)는 2개의 단락 핀(1102a)과 나머지 비-금속 지지 핀으로 제1 기판과 제2 기판을 연결할 수 있다.
이와 관련하여, 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 Cone with two shorting pin 구조의 콘 안테나를 구비하는 전자 기기를 나타낸다. 이와 관련하여, Cone with two shorting pin 구조는 2개의 단락 핀 (또는 단락 지지체)에 의해 구현된 콘 안테나이다. 여기서, 도 6a 및 도 6b의 구조가 Cone with two shorting pin 구조에 한정되는 것은 아니고, Cone with single shorting pin 구조일 수 있다. 이와 관련하여, 2개의 지지 구조 중 하나는 단락 핀으로 나머지 하나는 비-금속 지지체로 구현될 수 있다. 구체적으로, 도 6a의 단락 핀(1102a) 중 하나는 도 4a의 비-금속 지지체(1106)으로 대체될 수 있다. 이에 따라, 비-금속 지지체(1106) 중 하나는, 타 측에 배치된 금속 패치에 형성될 수 있다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 발명에 따른 전자 기기는 콘 안테나(1100a)를 포함한다. 또한, 전자 기기는 송수신부 회로(1250)를 더 포함할 수 있다.
한편, 도 4a 내지 도 6b를 참조하면, 콘 안테나(1100a)는 상부 기판(upper substrate)인 제1 기판과 하부 기판(lower substrate)인 제2 기판 사이에 형성된다. 한편, 콘 안테나(1100a)는 금속 패치(1101a) 및 단락 핀(1102a)을 포함할 수 있다. 여기서, 금속 패치(1101a)는 콘 안테나(1100a)의 상부 개구부(upper aperture)의 주변 영역에 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 금속 패치(1101)는 제1 기판 상에 형성될 수 있다.
한편, 금속 패치(1101a)는 콘 안테나(1100a)의 상부 개구부 전체를 둘러싸도록 원형 패치로 구현될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 금속 패치(1101a)는 콘 안테나(1100a)의 상부 개구부 일부를 둘러싸는 원형 패치로 구현될 수 있다. 따라서, 원형 패치는 콘 안테나(1100a)의 상부 개구부의 양측에 모두 형성되거나 또는 일측에 형성될 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 콘 안테나(1100a)에서, 원형 패치(1101a)는 콘 안테나(1100a)의 상부 개구부 전체 영역을 둘러싸도록 전체 영역에 형성될 수 있다. 구체적으로, 원형 패치(1101a)와 같은 금속 패치는 콘 안테나의 상부 개구 전체 영역을 둘러싸도록 일 측(one side) 및 일 측에 대응되는 타 측(other side)에 모두 배치될 수 있다.
따라서, 대칭 형태의 원형 패치(1101a)와 단락 핀(1102a)을 구비하는 콘 안테나(1100a)는 일 측에만 배치되는 금속 패치를 구비하는 경우보다 전체 크기가 다소 증가할 수 있다. 하지만, 대칭 형태의 원형 패치(1101a)와 단락 핀(1102a)을 구비하는 콘 안테나(1100a)는 방사 패턴이 대칭 형태이고 광대역 특성으로 구현될 수 있다는 장점이 있다.
한편, 본 발명에 따른 콘 안테나(1100a)에서, 원형 패치(1101a)는 상부 개구부의 일부 영역을 둘러싸도록 일부 영역에만 형성될 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101a)를 포함한 콘 안테나(1100a) 크기를 최소화할 수 있다는 장점이 있다.
구체적으로, 금속 패치(1101a)는 콘 안테나(1100a)의 상부 개구부의 주변 영역에 형성되고, 제1 기판의 상부에 배치될 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101a)는 콘 안테나(1100a)의 상부 개구부로부터 제1 기판의 두께만큼 z축으로 이격된 위치에 배치될 수 있다. 이와 같이 금속 패치(1101a)가 제1 기판의 상부에 배치되는 경우, 콘 안테나(1100a)의 크기를 더욱 소형화 할 수 있다는 장점이 있다. 구체적으로, 금속 패치(1101a)를 포함하는 콘 안테나(1100)의 상부 영역에 소정 유전율을 갖는 제1 기판이 배치되어, 콘 안테나(1100)의 크기를 더욱 소형화 할 수 있다는 장점이 있다.
또는, 금속 패치(1101)는 콘 안테나(1100a)의 상부 개구부의 주변 영역에 형성되고, 제1 기판의 하부에 배치될 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101a)는 콘 안테나(1100a)의 상부 개구부와 z축 상의 동일 평면 상에서 일정 간격 이격되어 될 수 있다. 이와 같이 금속 패치(1101a)가 제1 기판의 하부에 배치되는 경우, 제1 기판이 금속 패치(1101a)를 포함하는 콘 안테나(1100a)의 레이돔(radome)으로 동작할 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101a)를 포함하는 콘 안테나(1100a)를 외부로부터 보호할 수 있고, 또한 콘 안테나(1100a)의 이득(gain)을 증가시킬 수 있다는 장점이 있다.
단락 핀(1102a)은 금속 패치(1101a)와 제2 기판에 형성된 그라운드 층(GND) 간을 연결하도록 구성된다. 이와 같이, 금속 패치(1101a)와 제2 기판에 형성된 그라운드 층(GND) 간을 연결하도록 구성된 단락 핀(1102a)에 의해, 콘 안테나(1100a)의 크기를 소형화 할 수 있다는 장점이 있다.
송수신부 회로(1250)는 콘 안테나(1100b)에 연결되고, 콘 안테나(1100b)를 통해 신호를 방사하도록 제어할 수 있다. 이와 관련한 상세한 설명은 도 5a 및 도 5b에서의 설명으로 대체한다.
도 6a를 참조하면, 금속 패치(1101a)는 외측 형상(outer side shape)이 원형 형태인 원형 패치(circular patch)로 형성될 수 있다. 한편, 원형 패치의 내측 형상(inner side shape)은 상기 상부 개구부의 외곽선의 형상에 대응되도록 원형으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 콘 안테나로부터 방사되는 신호가 원형 패치(1101a)의 내측을 통해 커플링되도록 형성되어, 안테나 성능을 최적화할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 콘 안테나의 상부 개구부보다 더 큰 개구부 크기를 갖는 금속 패치(1101a)의 개구부에 의해 공진 길이가 형성될 수 있다. 따라서, 콘 안테나(1100a)로부터 방사되는 신호가 원형 패치(1101a)의 내측을 통해 커플링될 수 있다. 이에 따라, 콘 안테나의 상부 개구부보다 더 큰 개구부 크기를 갖는 원형 패치(1101a)의 개구부에 의해 콘 안테나(1100a)의 소형화가 가능하다는 장점이 있다.
이와 관련하여, 도 6a와 같은 Cone with two shorting pin on circular patch 구조에서, 콘 안테나(1100a)의 길이와 폭, 즉 L x W는 0.22 x 0.22l로 구현될 수 있다. 이에 따라, 일반적인 패치 안테나의 크기인 0.5l보다 약 1/2배로 크기 소형화가 가능하다. 한편, 단락 핀을 구비하는 패치 안테나의 크기인 0.25l보다 더 작은 크기로 구현 가능하다. 이와 관련하여, 원형 패치(1101a)를 포함하는 콘 안테나(1100a)의 길이와 폭, 즉 L x W는 0.22 x 0.22l이기 때문에, 콘 안테나(1100a)의 상부 개구부 크기는 이보다 더 적게 구현 가능하다.
또한, 콘 안테나(1100a)의 높이 및 길이와 폭, 즉 H x L x W는 0.07 x 0.22 x 0.22l로 구현될 수 있다. 이에 따라, 원형 패치(1101a)와 단락 핀(1102a)을 구비하는 본 발명에 따른 콘 안테나(1100a)는 기존 콘 안테나에 비해 높이를 감소시킬 수 있다는 장점이 있다. 따라서, 본 발명에 따른 원형 패치(1101a)와 단락 핀(1102a)을 구비하는 콘 안테나(1100a)는 xy 평면상에서 안테나 크기를 감소시키면서, z축 상에서 안테나 높이도 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.
한편, 도 6b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 Cone with two shorting pin 구조의 콘 안테나를 구비하는 전자 기기를 나타낸다. 이와 관련하여, Cone with two shorting pin 구조는 2개의 단락 핀 (또는 단락 지지체)에 의해 구현된 콘 안테나이다. 여기서, 도 6a 및 도 6b의 구조가 Cone with two shorting pin 구조에 한정되는 것은 아니고, Cone with single shorting pin 구조일 수 있다. 이와 관련하여, 2개의 지지 구조 중 하나는 단락 핀으로 나머지 하나는 비-금속 지지체로 구현될 수 있다. 구체적으로, 도 6b의 단락 핀(1102b) 중 하나는 도 4a의 비-금속 지지체(1106)으로 대체될 수 있다. 이에 따라, 비-금속 지지체(1106) 중 하나는, 타 측에 배치된 금속 패치(1101b1)에 형성될 수 있다.
도 6b를 참조하면, 본 발명에 따른 전자 기기는 콘 안테나(1100b)를 포함한다. 또한, 전자 기기는 송수신부 회로(1250)를 더 포함할 수 있다.
한편, 도 4 내지 도 6b를 참조하면, 콘 안테나(1100b)는 상부 기판(upper substrate)인 제1 기판과 하부 기판(lower substrate)인 제2 기판 사이에 형성된다. 한편, 콘 안테나(1100a)는 금속 패치(1101b) 및 단락 핀(1102b)을 포함할 수 있다. 여기서, 금속 패치(1101b)는 콘 안테나(1100b)의 상부 개구부(upper aperture)의 주변 영역에 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 금속 패치(1101)는 제1 기판 상에 형성될 수 있다.
한편, 금속 패치(1101b)는 콘 안테나(1100b)의 상부 개구부 전체를 둘러싸도록 사각 패치로 구현될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 금속 패치(1101b)는 콘 안테나(1100b)의 상부 개구부 일부를 둘러싸는 사각 패치로 구현될 수 있다. 따라서, 사각 패치는 콘 안테나(1100a)의 상부 개구부의 양측에 모두 형성되거나 또는 일측에 형성될 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 콘 안테나(1100a)에서, 사각 패치(1101b)는 콘 안테나(1100a)의 상부 개구부 영역을 둘러싸도록 실질적으로 전체 영역에 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 사각 패치(1101b)의 크기를 감소시키기 위해, 콘 안테나(1100b)를 지지하는 체결구(fastening, 1104) 주변 영역에는 사각 패치(1101b)가 형성되지 않을 수 있다. 따라서, 사각 패치(1101b)는 콘 안테나(1100b)의 좌측 영역과 우측 영역에 각각 배치될 수 있다.
이와 관련하여, 금속 패치(1101b)는 제1 금속 패치(1101b1)와 제2 금속 패치(1101b2)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 금속 패치(1101b1)는 콘 안테나(1100b)의 상부 개구부를 둘러싸도록 상기 상부 개구부의 좌측에 형성될 수 있다. 또한, 제2 금속 패치(1101b2)는 콘 안테나(1100b)의 상부 개구부를 둘러싸도록 상기 상부 개구부의 우측에 형성될 수 있다.
이에 따라, 제1 금속 패치(1101b)와 제2 금속 패치(1101b2)는 금속 패턴이 분리되도록 형성되어, 전체 안테나 크기를 감소시킬 수 있다. 이와 관련하여, 제1 금속 패치(1101b)와 제2 금속 패치(1101b2)가 상호 연결되면 금속 패치(1101b)가 방사체(radiator)로 일부 동작할 수 있다. 이에 따라, 콘 안테나(1100b)보다 대역폭이 좁은 금속 패치(1101b)의 영향에 의해 원하지 않는 공진에 따라 대역폭이 일부 제한될 수 있다.
이러한 대역폭 제한을 방지하기 위해 제1 금속 패치(1101b)와 제2 금속 패치(1101b2)는 금속 패턴이 분리되도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 금속 패치(1101b)와 제2 금속 패치(1101b2)에 의해 금속 패턴이 분리된 콘 안테나(1100b)가 광대역 안테나로 동작할 수 있다. 따라서, 상기 상부 개구부를 형성하는 외곽 림(outer rim, 1103)에 대응하는 영역에는 제1 금속 패치(1101b)와 제2 금속 패치(1101b2)가 형성되지 않을 수 있다.
따라서, 좌측 영역과 우측 영역에 각각 배치되는 대칭 형태의 사각 패치(1101b)와 단락 핀(1102b)을 구비하는 콘 안테나(1100b)는 일 측에만 배치되는 금속 패치를 구비하는 경우보다 폭이 다소 증가할 수 있다. 이와 관련하여, 도 5의 비대칭 형태의 사각 패치 구조의 폭(W)이 0.13l인 데 비해, 도 6b의 대칭 형태의 사각 패치 구조의 폭(W)은 0.14l이다. 즉, 대칭 형태의 사각 패치 구조의 폭(W)의 증가는 실질적으로 크지 않다. 한편, 대칭 형태의 사각 패치(1101b)와 단락 핀(1102b)을 구비하는 콘 안테나(1100b)는 방사 패턴이 대칭 형태이고 광대역 특성으로 구현될 수 있다는 장점이 있다.
구체적으로, 사각 패치(1101b)는 콘 안테나(1100b)의 상부 개구부의 주변 영역에 형성되고, 제1 기판의 상부에 배치될 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101b)는 콘 안테나(1100b)의 상부 개구부로부터 제1 기판의 두께만큼 z축으로 이격된 위치에 배치될 수 있다. 이와 같이 금속 패치(1101b)가 제1 기판의 상부에 배치되는 경우, 콘 안테나(1100b)의 크기를 더욱 소형화 할 수 있다는 장점이 있다. 구체적으로, 금속 패치(1101b)를 포함하는 콘 안테나(1100)의 상부 영역에 소정 유전율을 갖는 제1 기판이 배치되어, 콘 안테나(1100b)의 크기를 더욱 소형화 할 수 있다는 장점이 있다.
또는, 사각 패치(1101b)는 콘 안테나(1100b)의 상부 개구부의 주변 영역에 형성되고, 제1 기판의 하부에 배치될 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101b)는 콘 안테나(1100b)의 상부 개구부와 z축 상의 동일 평면 상에서 일정 간격 이격되어 될 수 있다. 이와 같이 금속 패치(1101b)가 제1 기판의 하부에 배치되는 경우, 제1 기판이 금속 패치(1101b)를 포함하는 콘 안테나(1100b)의 레이돔(radome)으로 동작할 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101b)를 포함하는 콘 안테나(1100b)를 외부로부터 보호할 수 있고, 또한 콘 안테나(1100b)의 이득(gain)을 증가시킬 수 있다는 장점이 있다.
단락 핀(1102b)은 금속 패치(1101a)와 제2 기판에 형성된 그라운드 층(GND) 간을 연결하도록 구성된다. 이와 같이, 금속 패치(1101a)와 제2 기판에 형성된 그라운드 층(GND) 간을 연결하도록 구성된 단락 핀(1102a)에 의해, 콘 안테나(1100a)의 크기를 소형화 할 수 있다는 장점이 있다.
송수신부 회로(1250)는 콘 안테나(1100b)에 연결되고, 콘 안테나(1100b)를 통해 신호를 방사하도록 제어할 수 있다. 이와 관련한 상세한 설명은 도 5에서의 설명으로 대체한다.
도 6b을 참조하면, 사각 패치(1101b)는 외측 형상(outer side shape)이 사각형 형태인 사각 패치(rectangular patch)로 형성될 수 있다. 한편, 사각 패치의 내측 형상(inner side shape)은 상기 상부 개구부의 외곽선의 형상에 대응되도록 원형으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 콘 안테나로부터 방사되는 신호가 사각 패치(1100b)의 내측을 통해 커플링되도록 형성되어, 안테나 성능을 최적화할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 콘 안테나의 상부 개구부보다 더 큰 개구부 크기를 갖는 사각 패치(1101b)의 원형 개구부에 의해 공진 길이가 형성될 수 있다. 따라서, 콘 안테나(1100b)로부터 방사되는 신호가 사각 패치(1101b)의 내측을 통해 커플링될 수 있다. 이에 따라, 콘 안테나의 상부 개구부보다 더 큰 개구부 크기를 갖는 사각 패치(1101b)의 원형 개구부에 의해 콘 안테나(1100b)의 소형화가 가능하다는 장점이 있다.
이와 관련하여, 도 6b과 같은 Cone with two shorting pin on two rectangular patch 구조에서, 콘 안테나(1100b)의 길이와 폭, 즉 L x W는 0.14 x 0.14l로 구현될 수 있다. 이에 따라, 일반적인 패치 안테나의 크기인 0.5l보다 약 1/4배로 크기 소형화가 가능하다. 한편, 단락 핀을 구비하는 패치 안테나의 크기인 0.25l보다 약 1/2배로 크기 소형화가 가능하다. 이와 관련하여, 원형 패치(1101b)를 포함하는 콘 안테나(1100b)의 길이와 폭, 즉 L x W는 0.14 x 0.14l이기 때문에, 콘 안테나(1100b)의 상부 개구부 크기는 이보다 더 적게 구현 가능하다.
또한, 콘 안테나(1100b)의 높이 및 길이와 폭, 즉 H x L x W는 0.07 x 0.14 x 0.14l로 구현될 수 있다. 이에 따라, 사각 패치(1101b)와 단락 핀(1102b)을 구비하는 본 발명에 따른 콘 안테나(1100b)는 기존 콘 안테나에 비해 높이를 감소시킬 수 있다는 장점이 있다. 따라서, 본 발명에 따른 사각 패치(1102b)와 단락 핀(1102b)을 구비하는 콘 안테나(1100b)는 xy 평면상에서 안테나 크기를 감소시키면서, z축 상에서 안테나 높이도 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.
한편, 도 5a 내지 도 6b에 따른 콘 안테나(1100, 1100a, 1100b)는 상부 직경이 하부 직경보다 크도록 테이퍼링된(tapered) 원추(conical) 형태로 형성될 수 있다. 또한, 도 5a 내지 도 6b에 따른 콘 안테나(1100, 1100a, 1100b)는 속이 빈 (hollow) 원추 형태로 형성되어 콘 안테나(1100, 1100a, 1100b)가 구비되는 전자 기기의 무게를 감소시킬 수 있다.
한편, 도 5a 내지 도 6b에 따른 콘 안테나(1100, 1100a, 1100b)는 외곽 림(1103) 및 체결구(1104)를 포함하도록 구성 가능하다. 이와 관련하여, 외곽 림(1103)은 콘 안테나(1100, 1100a, 1100b)의 상부 개구부를 형성할 수 있다. 또한, 외곽 림(1103)은 상부 기판인 제1 기판과 콘 안테나(1100, 1100a, 1100b)를 연결하도록 구성될 수 있다. 한편, 체결구(1104)는 외곽 림(1103)과 상부 기판인 제1 기판을 연결하도록 구성된다. 구체적으로, 외곽 림(1103)의 대향하는 영역 상에서 2개의 체결구(1104)를 통해 콘 안테나(1100, 1100a, 1100b)를 제1 기판과 기구적으로 체결할 수 있다.
한편, 도 5a 내지 도 6b에 따른 단락 핀(1102, 1102a, 1102b)은 금속 패치(1101, 1101a, 1102a)의 경계에 해당하는 타 측(other side)의 중앙부에 형성될 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101, 1101a, 1102a)를 포함한 콘 안테나(1100, 1100a, 1100b)의 크기를 최소화할 수 있다.
한편, 도 5a에 따른 금속 패치(1101')가 콘 안테나(1100)의 상부 개구부의 일부 영역을 둘러싸도록 형성된 경우, 단락 핀(1102)의 개수는 1개로 구현될 수 있다. 이에 따라, 하나의 단락 핀(1102)과 콘 안테나(1100)의 일 측에만 배치되는 금속 패치(1101)에 의해 전체 안테나 크기를 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.
한편, 도 6a 및 도 6b에 따른 금속 패치(1101a, 1101b)가 콘 안테나(1100a, 1100b)의 상부 개구부에 대해 실질적으로 전체 영역을 둘러싸도록 형성된 경우, 단락 핀(1102a, 1102b)의 개수는 2개로 구현될 수 있다. 금속 패치(1101a, 1101b)가 실질적으로 상부 개구부 전체 영역을 둘러싸도록 형성되는 경우, 단락 핀(1102a, 1102b)의 개수를 증가시키는 것이 전체 안테나 특성 개선과 구조적 안정적 측면에서 유리하다.
한편, 본 발명에 따른 콘 안테나를 구비하는 전자 기기에서 콘 안테나를 통해 거의 모든 방항에서 우수한 수신 성능을 갖는다. 구체적으로, 콘 안테나의 방사 패턴은 앙각 방향의 보어 사이트에서도 우수한 수신 성능을 갖는다. 이와 관련하여, 도 7a는 2개의 단락 핀을 구비한 콘 안테나와 같은 대칭 구조에 대한 방사 패턴을 나타낸다. 반면에, 도 7b는 하나의 단락 핀을 구비한 콘 안테나와 같은 구조에 대한 방사 패턴을 나타낸다.
도 7a를 참조하면, 2개의 단락 핀을 구비한 콘 안테나는 앙각(elevation angle) 방향의 보어사이트에서 방사 패턴의 널(null)이 생성되어 수신 성능이 저하되는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 콘 안테나(1110)가 하나의 단락 핀(1102)과 연결되는 구조를 통해, 앙각 방향의 보어사이트에서 방사 패턴의 널이 제거될 수 있다. 이와 관련하여, 도 4a를 참조하면, 하나의 단락 핀을 구비한 콘 안테나는 급전부(1105)-콘 방사체(1100R)-금속 패치(1101)-단락 핀(1102)-그라운드 층(GND)의 전류 경로를 형성한다. 이와 같이, 급전부(1105)-콘 방사체(1100R)-금속 패치(1101)-단락 핀(1102)-그라운드 층(GND)의 비대칭 전류 경로를 통해, 앙각 방향의 보어 사이트에서 방사 패턴이 널(null)이 생성되는 현상을 방지할 수 있다.
도 7b를 참조하면, 하나의 단락 핀을 구비한 콘 안테나는 앙각 방향의 보어사이트에서 방사 패턴의 널이 제거될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에서는 거의 모든 방향에서 수신 성능이 개선될 수 있다는 장점이 있다.
이상에서는 본 발명의 일 양상에 따른 금속 패치(1101, 1101a, 1101b)와 단락 핀(1102, 1102a, 1102b)을 구비하는 콘 안테나(1100, 1100a, 1100b)를 구비하는 전자 기기에 대해 살펴보았다. 이하에서는, 본 발명의 다른 양상에 따른 금속 패치(1101, 1101a, 1101b)와 급전부(1105)를 구비하는 콘 안테나(1100, 1100a, 1100b)를 구비하는 전자 기기에 대해 살펴보기로 한다. 여기서, 급전부(1105)는 하부 기판인 제2 기판 상에 형성되고, 콘 안테나(100, 1100a, 1100b)의 하부를 통해 신호를 전달하도록 구성된다. 한편, 본 발명에 따른 전자 기기는 송수신부 회로(transceiver circuit, 1250)를 더 포함할 수 있다.
한편, 도 4a 내지 도 6b을 참조하면, 콘 안테나(1100, 1100a, 1100b)는 상부 기판인 제1 기판과 하부 기판인 제2 기판 사이에 형성된다. 한편, 콘 안테나(1100, 1100a, 1100b)는 금속 패치(1101, 1101a, 1101b), 단락 핀(1102, 1102a, 1102b) 및 급전부(1105)를 포함할 수 있다. 여기서, 금속 패치(1101, 1101a, 1101b)는 콘 안테나(1100, 1100a, 1100b)의 상부 개구부의 일 측(one side)의 주변 영역에 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 금속 패치(1101)는 제1 기판 상에 형성될 수 있다.
구체적으로, 금속 패치(1101, 1101a, 1101b)는 콘 안테나(1100, 1100a, 1100b)의 상부 개구부의 주변 영역에 형성되고, 제1 기판의 상부에 배치될 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101, 1101a, 1101b)는 콘 안테나(1100, 1100a, 1100)의 상부 개구부로부터 제1 기판의 두께만큼 z축으로 이격된 위치에 배치될 수 있다. 이와 같이 금속 패치(1101, 1101a, 1101b)가 제1 기판의 상부에 배치되는 경우, 콘 안테나(1100, 1100a, 1100b)의 크기를 더욱 소형화 할 수 있다는 장점이 있다. 구체적으로, 금속 패치(1101, 1101a, 1101b)를 포함하는 콘 안테나(1100, 1100a, 1100)의 상부 영역에 소정 유전율을 갖는 제1 기판이 배치되어, 콘 안테나(1100, 1100a, 1100b)의 크기를 더욱 소형화 할 수 있다는 장점이 있다.
또는, 금속 패치(1101, 1101a, 1101b)는 콘 안테나(1100, 1100a, 1100b)의 상부 개구부의 주변 영역에 형성되고, 제1 기판의 하부에 배치될 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101, 1101a, 1101b)는 콘 안테나(1100, 1100a, 1100b)의 상부 개구부와 z축 상의 동일 평면 상에서 일정 간격 이격되어 될 수 있다. 이와 같이 금속 패치(1101, 1101a, 1101b)가 제1 기판의 하부에 배치되는 경우, 제1 기판이 콘 안테나(1100, 1100a, 1100b)의 레이돔으로 동작할 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101, 1101a, 1101b)를 포함하는 콘 안테나(1100, 1100a, 1100b)를 외부로부터 보호할 수 있다. 또한 콘 안테나(1100, 1100a, 1100b)의 이득(gain)을 증가시킬 수 있다는 장점이 있다.
단락 핀(1102, 1102a, 1102b)은 금속 패치(1101, 1101a, 1101b)와 제2 기판에 형성된 그라운드 층(GND) 간을 연결하도록 구성된다. 이와 같이, 금속 패치(1101, 1101a, 1101b)와 제2 기판에 형성된 그라운드 층(GND) 간을 연결하도록 구성된 단락 핀(1102, 1102a, 1102b)에 의해, 전체 안테나 크기를 감소시킬 수 있다. 한편, 단락 핀(1102, 1102a, 1102b)의 개수는 1개 또는 2개일 수 있다.
송수신부 회로(1250)는 콘 안테나(1100)에 연결되고, 콘 안테나(1100, 1100a, 1100b)를 통해 신호를 방사하도록 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 전자 기기가 복수의 콘 안테나를 구비하는 경우, 송수신부 회로(1250)는 복수의 콘 안테나 중 적어도 하나를 통해 신호가 송신 및/또는 수신되도록 제어할 수 있다. 송수신부 회로(1250)가 하나의 콘 안테나만을 통해 신호를 송신 또는 수신하는 경우를 각각 1 Tx 또는 1 Rx로 지칭할 수 있다. 반면에, 송수신부 회로(1250)가 둘 이상의 콘 안테나를 통해 신호를 송신 또는 수신하는 경우를 안테나의 개수에 따라 n Tx 또는 n Rx로 지칭할 수 있다.
예를 들어, 송수신부 회로(1250)가 2개의 콘 안테나를 통해 신호를 송신 또는 수신하는 경우를 2 Tx 또는 2 Rx로 지칭할 수 있다. 하지만, 송수신부 회로(1250)가 2개의 콘 안테나를 통해 동일한 데이터를 갖는 제1 및 제2 신호를 송신 또는 수신하는 경우는 1 Tx 또는 2 Rx로 지칭할 수 있다. 이와 같이 송수신부 회로(1250)가 2개의 콘 안테나를 통해 동일한 데이터를 갖는 제1 및 제2 신호를 송신 또는 수신하는 경우를 다이버시티 모드로 지칭할 수 있다.
한편, 금속 패치(1101, 1101b)의 형태는 사각 패치(rectangular patch) 형태로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 금속 패치(1101a)의 형태는 응용에 따라 안테나 소형화 및 성능 관점에서 원형 패치(circular patch) 또는 임의의 다각형 패치 형태로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 임의의 다각형 패치 형태에서 다각형의 차수가 증가함에 따라 원형 패치 형태로 근사화 될 수 있다.
한편, 급전부(1105)는 하부 기판인 제2 기판 상에 콘 안테나(100, 1100a, 1100b)의 형상에 대응되는 형태로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 8은 본 발명에 따른 콘 안테나를 급전하는 급전부와 콘 안테나의 체결 구조와 콘 안테나를 급전하는 콘 안테나의 형상에 대응하는 급전부를 나타낸다.
도 5a 내지 도 6b, 도 8을 참조하면, 급전부(1105)는 하부 기판인 제2 기판 상에 콘 안테나(1000, 1100a, 1100b)의 형상에 대응되는 형태, 즉 급전부(1105)의 단부가 링 형태로 형성될 수 있다.
이에 따라, 급전부(1105)는 콘 안테나(100, 1100a, 1100b)의 하부를 통해 신호를 전달하여 콘 안테나(100, 1100a, 1100b)의 상부 개구부와 금속 패치(1101, 1101a, 1101b)를 통해 신호를 방사할 수 있다.
한편, 도 9a와 도 9b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 원형 패치와 단락 핀을 구비하는 콘 안테나의 반사 계수 특성을 나타낸다. 구체적으로, 도 9a는 원형 패치와 단락 핀을 구비하는 속이 채워진(solid) 콘 안테나의 반사 계수 특성을 나타낸다. 반면에, 도 9b는 원형 패치와 단락 핀을 구비하는 속이 빈(hollow) 콘 안테나의 반사 계수 특성을 나타낸다. 여기서, 도 9b의 원형 패치와 단락 핀을 구비하는 콘 안테나는 도 6의 원형 패치(1101a)와 단락 핀(1102a)을 구비하는 콘 안테나(1100a)에 대응한다. 여기서, 단락 핀(1102a)의 개수는 2개이다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, Solid cone 안테나와 Hollow cone 안테나의 반사 계수는 0.6GHz에서 5GHz까지 광대역에서 -7dB 이하의 양호한 특성을 갖는다. 또한, Solid cone 안테나와 Hollow cone 안테나의 반사 계수는 0.6GHz에서 5GHz까지 광대역에서 매우 유사한 특성을 갖는다. 이에 따라, 본 발명에서는 적어도 하나의 콘 안테나를 구비하는 전자 기기의 무게를 감소시키기 위해, Hollow cone 안테나를 채택할 수 있다.
보다 상세하게, 도 9a 및 도 9b의 Solid cone 안테나와 Hollow cone 안테나의 동작 주파수는 617MHz부터 시작된다. 일 예시로, 도 9a 및 도 9b에서, Solid cone 안테나와 Hollow cone 안테나의 치수는 아래의 표 1과 같다.
Cone height: 34 mm (0.07λ)Antenna height: 35 mm (0.07λ)Cone size: 70 mm (0.14λ)Antenna size: 100×100 mm (0.21λ×0.21λ)Volume of cone antenna with two shorting pins on circular patch (H×L×W): 0.07λХ0.21λХ0.21λ
한편, 도 10a와 도 10b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 사각 패치와 단락 핀을 구비하는 콘 안테나의 반사 계수 특성을 나타낸다. 구체적으로, 도 10a는 사각 패치와 단락 핀을 구비하는 속이 채워진(solid) 콘 안테나의 반사 계수 특성을 나타낸다. 반면에, 도 10b는 사각 패치와 단락 핀을 구비하는 속이 빈(hollow) 콘 안테나의 반사 계수 특성을 나타낸다. 여기서, 도 10b의 사각 패치와 단락 핀을 구비하는 콘 안테나는 도 6의 사각 패치(1101)와 단락 핀(1102)을 구비하는 콘 안테나(1100)에 대응한다. 여기서, 단락 핀(1102a)의 개수는 1개이다. 도 9a 및 도 9b를 참조하면, Solid cone 안테나와 Hollow cone 안테나의 반사 계수는 1.4GHz에서 5GHz까지 광대역에서 -7dB 이하의 양호한 특성을 갖는다. 또한, Solid cone 안테나와 Hollow cone 안테나의 반사 계수는 1.4GHz에서 5GHz까지 광대역에서 유사한 특성을 갖는다. 보다 상세하게는, 5GHz 부근의 고주파수 대역에서는 Hollow cone 안테나의 반사 계수 특성이 Solid cone 안테나의 반사 계수 특성보다 더 우수하다. 이에 따라, 본 발명에서는 적어도 하나의 콘 안테나를 구비하는 전자 기기의 무게를 감소시키면서 고주파수 대역에서 반사 계수 특성 개선을 위해, Hollow cone 안테나를 채택할 수 있다.
보다 상세하게, 도 10a 및 도 10b의 Solid cone 안테나와 Hollow cone 안테나의 동작 주파수는 1.4GHz부터 시작된다. 일 예시로, 도 10a 및 도 10b에서, Solid cone 안테나와 Hollow cone 안테나의 치수는 아래의 표 1과 같다.
Cone height: 15 mm (0.07λ)Antenna height: 16 mm (0.07λ)Cone size: 26 mm (0.12λ)Antenna size: 32×32 mm (0.15λ×0.15λ)Volume of cone antenna with single shorting pin on rectangular patch (H×L×W): 0.07λХ0.15λХ0.15λ
한편, 도 11a 및 도 11b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 원형 패치와 단락 핀을 구비하는 콘 안테나의 반사 계수 특성을 나타낸다. 도 11a 및 도 11b는 원형 패치와 단락 핀을 구비하는 속이 빈(hollow) 콘 안테나의 반사 계수 특성을 나타낸다. 이와 관련하여, 도 9b는 제1주파수(614MHz) 부터 동작하는 콘 안테나의 반사 계수 특성을 나타낸다. 반면에, 도 11a와 도 11b는 각각 제2주파수(800MHz)와 제3주파수(1400MHz)부터 동작하는 콘 안테나의 반사 계수 특성을 나타낸다. 도 6, 도 9b, 도 11a 및 도 11b를 참조하면, 원형 패치와 2개의 단락 핀을 구비하는 콘 안테나는 각각 제1주파수(614MHz), 제2주파수(800MHz), 제3주파수(1400MHz)부터 5GHz까지 동작 가능함을 알 수 있다. 이와 관련하여, 제1주파수(614MHz), 제2주파수(800MHz), 제3주파수(1400MHz)부터 동작하는 콘 안테나를 각각 원형 패치를 갖는 제1 타입 콘 안테나, 제2 타입 콘 안테나 및 제3 타입 콘 안테나로 지칭하기로 한다.
따라서, 도 9b, 도 11a 및 도 11b과 관련하여, 원형 패치를 갖는 제1 타입 콘 안테나, 제2 타입 콘 안테나 및 제3 타입 콘 안테나의 치수는 아래의 표 3과 같다. 또한, 비교의 목적을 위해, 표 3은 사각 패치와 1개의 단락 핀을 갖는 콘 안테나의 치수도 함께 제시한다.
1 st Cone antenna with two shorting pins on circular patch Cone height: 34 mm (0.07λ)Antenna height: 35 mm (0.07λ)Cone size: 70 mm (0.14λ)Antenna size: 100×100 mm (0.21λ×0.21λ)
2 nd Cone antenna with two shorting pins on circular patch Cone height: 29 mm (0.08λ)Antenna height: 30 mm (0.08λ)Cone size: 60 mm (0.16λ)Antenna size: 80×80 mm (0.21λ×0.21λ)
3 rd Cone antenna with two shorting pins on circular patch Cone height: 14 mm (0.07λ)Antenna height: 15 mm (0.07λ)Cone size: 30 mm (0.14λ)Antenna size: 46×46 mm (0.21λ×0.21λ)
Cone antenna with single shorting pin on rectangular patch Cone height: 15 mm (0.07λ)Antenna height: 16 mm (0.07λ)Cone size: 26 mm (0.12λ)Antenna size: 32×32 mm (0.15λ×0.15λ)
표 3의 원형 패치를 갖는 제1 타입 콘 안테나, 제2 타입 콘 안테나 및 제3 타입 콘 안테나의 치수를 참조하면, 이는 동일한 파장의 치수로 스케일링될 수 있다. 따라서, 동작 대역 중 가장 낮은 주파수가 결정되면, 해당 주파수의 파장에 따라 콘 안테나 설계를 자동으로 수행할 수 있다는 설계 상 편리함을 제공한다.한편, 전체 안테나 크기의 소형화 관점에서, 도 5a 내지 도 6b에 따른 콘 안테나 구조에서, 도 5b의 하나의 단락 핀(1102)을 갖는 사각 패치(1101) 구조의 콘 안테나(1100)가 해당 주파수에서 가장 작은 크기로 구현될 수 있다. 구체적으로, 도 5b의 하나의 단락 핀(1102)을 갖는 사각 패치(1101) 구조의 콘 안테나(1100)는 도 6의 2개의 단락 핀(1102a)을 갖는 원형 패치(1101a) 구조의 콘 안테나(1100a)보다 약 25% 정도 크기 감소(0.21λ에서 0.15λ)가 가능하다.
한편, 도 12a 및 도 12b는 콘 안테나의 상부 개구부와 금속 패치 간의 간격 변화에 따른 반사 계수 특성 변화를 나타낸다. 여기서, 콘 안테나의 상부 개구부와 금속 패치 간의 간격을 1mm, 4mm, 7mm로 3mm만큼 변경하였다.
도 12a는 콘 안테나의 상부 개구부와 금속 패치가 동일 레이어 상에 배치된 경우, 상부 개구부와 금속 패치 간의 간격 변화에 따른 반사 계수 특성 변화를 나타낸다. 도 4 및 도 6을 참조하면, 금속 패치(1101a)는 상부 기판인 제1 기판의 배면(bottom surface) 상에 배치될 수 있다. 또한, 콘 안테나(1100a)의 외곽 림(1103)은 제1 기판과 체결구(1104)를 통해 연결될 수 있다.
반면에, 도 12b는 콘 안테나의 상부 개구부와 금속 패치가 다른 레이어 상에 배치된 경우, 상부 개구부와 금속 패치 간의 간격 변화에 따른 반사 계수 특성 변화를 나타낸다. 도 4 및 도 6을 참조하면, 금속 패치(1101a)는 상부 기판인 제1 기판의 전면(front surface) 상에 배치될 수 있다. 또한, 콘 안테나(1100a)의 외곽 림(1103)은 제1 기판과 체결구(1104)를 통해 연결될 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101a)는 콘 안테나(1100a)보다 제1 기판의 두께만큼 상부에 배치될 수 있다.
도 12a 및 도 12b를 참조하면, 콘 안테나의 상부 개구부와 금속 패치 간의 간격 변화에 따라 반사 계수의 변경은 크지 않음을 알 수 있다. 따라서, 콘 안테나(1100a)와 금속 패치(1101a) 간의 커플링 수준은 거의 무시할 만한 수준임을 알 수 있다. 하지만, 저주파수 대역에서, 콘 안테나(1100a)와 금속 패치(1101a) 간의 커플링은 저주파수 공진에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 콘 안테나(1100a)의 동작 대역 중 가장 낮은 주파수, 예컨대, 제1주파수(614MHz) 또는 제3주파수(1400MHz)에 따라 간격을 일정 수준 이상으로 유지할 필요가 있다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명에 따른 콘 안테나의 하부 직경(lower diameter) 변화에 따른 반사 계수 특성을 나타낸다. 이와 관련하여, 도 13a는 제1주파수(614MHz)부터 동작하는 2개의 단락 핀과 원형 패치를 갖는 콘 안테나에 대한 반사 계수 특성을 나타낸다. 반면에, 도 13b는 제3주파수(1400MHz)부터 동작하는 하나의 단락 핀과 사각 패치를 갖는 콘 안테나에 대한 반사 계수 특성을 나타낸다. 구체적으로, 도 13b는 도 5a 및 도 5b의 하나의 단락 핀(1102)과 사각 패치(1101)를 갖는 콘 안테나(1100)에 해당한다. 도 13a 및 도 13b에서, 콘 안테나의 하부 직경을 1mm, 3mm, 5mm로 2mm만큼 변경하였다.
도 4 내지 도 6b, 도 8, 도 13a 및 도 13b를 참조하면, 콘 안테나(1100, 1100a, 1100b)의 하부 직경의 크기가 작을수록 고주파수 대역에서 정합 특성이 개선됨을 알 수 있다. 또한, 콘 안테나(1100, 1100a, 1100b)의 하부 직경의 크기가 작을수록 대역폭 특성이 개선됨을 알 수 있다.
한편, 도 14는 본 발명에 따른 콘 안테나의 상부 직경(upper diameter) 변화에 따른 반사 계수 특성을 나타낸다. 여기서, 콘 안테나(1100)의 상부 직경 크기를 각각 10mm, 15mm, 20mm로 5mm만큼 변경하였다. 이와 관련하여, 상부 직경 크기가 증가함에 따라, 중간 대역(mid band)의 정합 특성이 변경됨을 알 수 있다.
이와 관련하여, 상부 직경 크기 변화에도 불구하고, 저주파수 대역에서의 정합 특성은 큰 변화가 없음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 콘 안테나(1100, 1100a, 1100b)에서 상부 개구부의 크기를 감소시켜도 저주파수 대역 특성에 큰 변화가 없음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 콘 안테나(1100, 1100a, 1100b)는 콘 안테나 자체의 크기를 증가시키지 않고 커플링된 금속 패치의 크기를 증가시켜서 저주파수 대역에서 동작할 수 있다는 장점이 있다. 따라서, 적어도 하나의 콘 안테나를 구비하는 전자 기기에서 콘 안테나 자체의 크기를 증가시키지 않고도 저주파수 대역까지 동작할 수 있다는 장점이 있다. 이에 따라, 적어도 하나의 콘 안테나를 구비하는 전자 기기를 광 대역으로 동작하면서, 그 무게와 두께를 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.
한편, 도 15는 원형 패치 구조에서 단락 핀 직경 변화에 따른 반사 계수 특성을 나타낸다. 여기서, 단락 핀의 개수는 2개이고, 단락 핀의 직경은 1mm, 3mmm, 5mm로 2mm만큼 변경하였다. 도 15를 참조하면, 단락 핀의 직경 변화는 저주파수 대역의 정합 특성에 큰 영향을 준다. 또한, 단락 핀의 직경 변화는 저주파수 대역의 공진 주파수에 큰 영향을 준다.
구체적으로, 단락 핀의 직경이 증가함에 따라 저주파수 대역에서의 특성은 개선되지만 중간 주파수 및 고주파수 대역에서의 특성은 다소 열화됨을 알 수 있다. 이와 관련하여, 단락 핀의 직경이 일정 직경 이상으로 증가하는 경우, 저주파수 대역에서 전기적으로 단락 되는 것으로 등가화 가능하기 때문이다. 반면에, 단락 핀의 직경이 일정 직경 이상으로 증가하면, 중간 주파수 및 고주파수 대역에서는 단락 핀 자체에 의한 불요 방사(unwanted radiation)이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 중간 주파수 및 고주파수 대역에서 반사 계수 특성을 일정 수준 유지하면서, 저주파수 대역에서 성능 개선을 위한 최적의 단락 핀 직경을 선택할 수 있다. 예를 들어, 제1주파수(614MHz)부터 동작하는 콘 안테나에 대해 단락 핀 직경을 5mm로 설정하여 제1주파수를 포함하는 저주파수 대역에서 성능 개선이 가능하다. 반면에, 제3주파수(1400MHz)부터 동작하는 콘 안테나에 대해 단락 핀 직경을 1mm 또는 3mm로 설정하여 중간 주파수 및 고주파수 대역에서 성능 개선이 가능하다.
이와 관련하여, 서로 다른 2개의 단락 핀을 서로 다른 위치에 배치하고, 스위칭 소자를 통해 어느 하나의 단락 핀을 선택할 수 있다. 구체적으로, 도 5b의 하나의 단락 핀(1102)을 갖는 사각 패치(1101) 구조를 변형하여 2개의 단락 핀 (제1 및 제2 단락 핀)을 갖는 사각 패치(1101)로 구성 가능하다.
이때, 저주파수 대역 특성 개선을 위해 제1 단락 핀의 직경을 제1 직경 (예: 5mm)으로 설정 가능하다. 또한, 중간 주파수 및 고주파수 대역 특성 개선을 위해 제2 단락 핀의 직경을 제2 직경 (예: 1mm 또는 3mm)로 구성 가능하다. 한편, 제1 및 제2 단락 핀은 사각 패치(1101)의 대향하는 일 측 및 타 측에서 사각 패치(1101)와 연결되도록 구성 가능하다. 또한, 제1 및 제2 단락 핀을 사각 패치(1101)와 연결하도록 제1 및 제2 스위치를 구비할 수 있다. 이때, 제1 스위치만 ON됨에 따라 제1 단락 핀이 사각 패치(1101)에 연결되어 저주파수 대역에서 특성 개선이 가능하다. 반면에, 제2 스위치만 ON됨에 따라 제2 단락 핀이 사각 패치(1101)에 연결되어 중간 주파수 및 고주파수 대역에서 특성 개선이 가능하다. 한편, 이러한 스위칭 방식의 단락 핀 구조는 사각 패치 구조 이외에 원형 패치 구조에도 활용 가능하다.
한편, 도 16a 및 도 16b는 본 발명에 따른 콘 안테나 구조에서 금속 패치 형상 변화에 따른 반사 계수 특성 변화를 나타낸다. 도 16a는 2개의 단락 핀을 갖는 콘 안테나 구조에서 반사 계수 특성을 비교한 것이다. 구체적으로, 도 16a는 금속 패치가 원형 또는 사각형, 특히 정사각형(square)인 경우, 반사 계수 특성을 비교한 것이다.
반면에, 도 16b는 1개의 단락 핀을 갖는 콘 안테나 구조에서 반사 계수 특성을 비교한 것이다. 구체적으로, 도 16b는 금속 패치가 원형 또는 사각형, 특히 정사각형(square)인 경우, 반사 계수 특성을 비교한 것이다. 도 16a 및 도 16b에서, 콘 안테나는 제3주파수(1400MHz)부터 동작하는 것으로 구성 가능하다.
도 16a를 참조하면, 2개의 단락 핀이 채택된 경우 정사각형 패치가 원형 패치보다 더 낮은 대역에서 공진하여 전체 대역폭 특성이 더 양호함을 알 수 있다. 또한, 정사각형 패치가 원형 패치보다 고주파 대역에서 대역폭 특성이 더 양호함을 알 수 있다.
반면에, 도 16b를 참조하면, 1개의 단락 핀이 채택된 경우 원형 패치와 사각 패치의 특성이 큰 변화가 없음을 알 수 있다. 한편, 사각 패치에 비해 원형 패치의 크기가 일반적으로 더 작다. 하지만, 원형 패치 구조에서 콘 안테나 자체의 크기가 증가하여 전체 안테나 크기는 오히려 증가할 수 있다. 따라서, 전체 안테나 크기 관점에서 유리한 사각 패치 구조가 더 유리할 수 있다.
도 17a 및 도 17b는 본 발명에 따른 콘 안테나 구조에서 단락 핀 위치에 따른 반사 계수 특성 변화를 나타낸다. 도 17a는 2개의 단락 핀을 갖는 원형 패치 구조에서 원형 패치 내부 영역에서 상대적인 단락 핀 위치(outer, middle, inner)에 따른 반사 계수 특성 변화를 나타낸다. 한편, 도 17b는 1개의 단락 핀을 갖는 사각 패치 구조에서 사각 패치 내부 영역에서 상대적인 단락 핀 위치(center, edge) 따른 반사 계수 특성 변화를 나타낸다.
도 17a를 참조하면, 단락 핀 위치는 저주파수 및 중간 주파수 대역에 영향을 미침을 알 수 있다. 구체적으로, 단락 핀이 원형 패치의 외측 영역에 배치되는 경우, 중간 주파수 대역에서 대역폭 성능 개선이 가능하다. 반면에, 단락 핀이 원형 패치의 내측 영역에 배치되는 경우, 저주파수 대역에서 공진 특성이 개선된다. 이에 따라, 제1주파수(614MHz)부터 동작하는 콘 안테나에서 단락 핀의 위치는 금속 패치의 내측에 배치되는 것이 유리하다. 반면에, 제3주파수(1400MHz)부터 동작하는 콘 안테나에서 단락 핀의 위치는 금속 패치의 외측에 배치되는 것이 유리하다.
또한, 도 17b를 참조하면, 단락 핀 위치는 사각 패치에서 일 측의 에지 영역보다 일 측의 중심에 배치되는 것이 저주파수 대역 성능 관점에서 유리하다. 이와 관련하여, 도 17b의 구조는 제3주파수(1400MHz)부터 동작하는 1개의 단락 핀을 갖는 사각 패치 구조의 링 안테나이다.
도 18a 및 도 18b는 본 발명에 따른 콘 안테나 구조에서 단락 핀 형성 구조에 따른 반사 계수 특성 변화를 나타낸다. 구체적으로, 단락 핀이 상부 기판인 제1 기판과 하부 기판인 제2 기판에 직선(straight) 형태로 연결된 구조와 틸트(tilted) 형태로 연결된 구조를 비교한 것이다.
도 18a는 제1주파수(614MHz)부터 동작하는 콘 안테나 구조이고, 도 18b는 제3주파수(1400MHz)부터 동작하는 콘 안테나 구조이다. 이와 관련하여, 단락 핀이 틸트된 형태는 콘 안테나의 상부 개구부와 하부 개구부를 연결하는 선의 기울기에 대응하는 형태일 수 있다.
도 18a 및 도 18b를 참조하면, 단락 핀이 틸트 형태로 연결된 경우보다 직선 형태로 연결된 경우가 반사 계수 특성이 전체 주파수 대역에서 평균적으로 더 양호함을 알 수 있다. 따라서, 단락 핀에 의한 단락 효과(short effect)는 콘 안테나에 대한 단락 효과를 제공하는 기여 성분(contribution)보다 금속 패치에 대한 단락 효과를 제공하는 기여 성분이 우세(dominant)함을 수 있다.
도 19a 내지 도 19c는 본 발명에 따른 단락 핀 개수 변화에 따른 반사 계수 특성 및 이득 변화를 나타낸다. 구체적으로, 도 19a는 단락 핀 개수 변화에 따른 반사 계수 특성 변화를 나타낸다. 이와 관련하여, 도 19a는 도 5a 또는 도 6a와 같은 원형 패치(1101a)를 구비하는 콘 안테나(1000a)에 대한 시뮬레이션 결과이다. 한편, 단락 핀의 개수가 2개, 3개, 4개로 증가함에 따라, 단락 핀들은 180도, 120, 90도 간격으로 배치될 수 있다. 한편, 단락 핀의 개수가 1개인 경우, 원형 패치(1101a)의 형태는 일 측에만 형성될 수 있다.
도 19a를 참조하면, 단락 핀의 개수 변화에 따라 저주파수 대역에서 반사 계수 변경이 크게 나타남을 알 수 있다. 특히, 단락 핀의 1개 또는 2개인 경우, 이중 공진이 발생하여 콘 안테나는 광대역 특성을 나타낸다. 하지만, 단락 핀의 개수가 3개 또는 4개로 증가하면, 이중 공진이 발생하지 않아 콘 안테나가 협대역 특성을 나타낸다.
한편, 도 19b는 단락 핀의 개수 증가에 따른 최소 공진 주파수(Frmin) 변화를 나타낸다. 도 19b를 참조하면, 단락 핀의 개수가 1개에서 4개까지 증가함에 따라 최소 공진 주파수가 증가한다. 따라서, 단락 핀의 개수가 1개에서 4개까지 증가함에 따라 전체 대역폭은 감소하게 된다. 이와 관련하여, 단락 핀의 개수가 1개인 경우 최소 공진 주파수가 1.1GHz이면, 콘 안테나는 1.1GHz 부터 5GHz까지 동작 가능하다. 한편, 단락 핀의 개수가 2개인 경우 최소 공진 주파수가 1.4GHz이면, 콘 안테나는 1.4GHz 부터 5GHz까지 동작 가능하다. 반면에, 단락 핀의 개수가 4개인 경우 최소 공진 주파수가 3.2GHz이면, 콘 안테나는 3.2GHz 부터 5GHz까지 동작 가능하다.
한편, 도 19c는 단락 핀 개수 변화에 따른 이득 특성을 주파수 별로 나타낸 것이다. 도 19c를 참조하면, 단락 핀 개수가 증가함에 따라 저주파수 대역에서 콘 안테나 이득이 감소한다. 따라서, 저주파수 대역에서 콘 안테나 이득을 일정하게 유지하면서 전체 안테나 크기를 감소시키기 위해, 1개 또는 2개의 단락 핀을 사용할 수 있다.
이상에서는 본 발명에 따른 다양한 구조의 콘 안테나 구조와 이에 따른 시뮬레이션 결과에 대해 살펴보았다. 이하에서는 본 발명의 복수의 콘 안테나들을 구비하는 전자 기기 구성에 대해 살펴보기로 한다. 한편, 전술된 본 발명에 따른 다양한 구조의 콘 안테나 구조와 이에 따른 시뮬레이션 결과가 이하의 설명에 적용 가능하다.
이와 관련하여 도 20a는 본 발명에 따른 복수의 콘 안테나들을 구비하는 전자 기기의 형상을 나타낸다. 또한, 도 20b는 본 발명에 따른 복수의 콘 안테나들, 송수신부 회로 및 프로세서를 구비하는 전자 기기의 구조를 나타낸다.
도 20a를 참조하면, 전자 기기는 4개의 콘 안테나, 즉 제1 콘 안테나(1100-1) 내지 제4 콘 안테나(1100-4)를 포함할 수 있다. 여기서, 콘 안테나의 개수는 응용에 따라 다양한 개수로 변경 가능하다. 여기서, 도 5a 내지 도 8 및 도 20a를 참조하면, 제1 콘 안테나(1100-1) 내지 제4 콘 안테나(1100-4)는 동일한 안테나 성능을 위해 동일한 형상으로 구현될 수 있다. 또한, 제1 콘 안테나(1100-1) 내지 제4 콘 안테나(1100-4)는 최적의 안테나 성능 및 최적의 배치 구조를 위해 상이한 형상으로 구현될 수 있다.
여기서, 전자 기기는 사용자 단말(UE) 이외에, 통신 중계 장치(communication relay apparatus), 소형 셀 기지국 또는 기지국 등에 구현될 수 있다. 여기서, 통신 중계 장치는 5G 통신 서비스를 실내에서 제공할 수 있는 CPE (Customer Premises Equipment)일 수 있다.
한편, 도 20b를 참조하면, 전자 기기는 복수의 콘 안테나들, 예컨대 제1 콘 안테나(1100-1) 내지 제4 콘 안테나(1100-4)를 포함한다. 또한, 전자 기기는 송수신부 회로(1250)를 더 포함할 수 있다. 또한, 전자 기기는 프로세서(1400)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)를 제어하도록 구성된 기저대역 프로세서일 수 있다.
한편, 도 5a 내지 도 8, 도 20a 및 도 20b를 참조하면, 콘 안테나들(1100-1 내지 1100-4)은 금속 패치(1101, 1101', 1101a, 1101b), 콘 방사체(1100R)와 급전부(1105)를 구비할 수 있다.
콘 방사체(1100R)는 제1 기판(S1)과 제1 기판(S1)과 소정 간격으로 이격된 제2 기판(S2)을 연결하도록 형성된다. 또한, 콘 방사체(1100R)는 상부 개구부(upper aperture)와 하부 개구부(lower aperture)를 구비하도록 구성 가능하다.
한편, 금속 패치(1101, 1101', 1101a, 1101b)는 제1 기판(S1)에 형성되며, 상부 개구부에 이격되게 형성될 수 있다. 또한, 급전부(1105)는 제2 기판(S2) 상에 형성되고, 하부 개구부를 통해 신호를 전달하도록 하부 개구부의 형상과 대응되도록 단부(end portion)가 링 형상으로 구성될 수 있다.
또한, 콘 안테나들(1100-1 내지 1100-4)은 단락 핀(1102, 1102a, 1102b)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 단락 핀(1102, 1102a, 1102b)은 금속 패치(1101, 1101a, 1101b)와 제2 기판 상에 형성된 그라운드 층(GND)을 연결하도록 구성된다. 한편, 단락 핀(1102)은 금속 패치(1100, 1100')와 제2 기판(S2) 사이에 하나의 단락 핀으로 형성될 수 있다. 이와 같은 하나의 단락 핀(1102)에 의해, 콘 안테나의 방사 패턴의 널(null)이 생성되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 급전부(1105)는 콘 안테나(1100-1 내지 1100-4)의 하부 영역의 형상과 대응되는 링 형태로 구성될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 콘 안테나(1100)는 급전부(1105) 단부의 내부를 통해 제2 기판(S2)과 연결되도록 구성된 체결구(fastener, 1107)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 체결구(1107)를 통해 급전부(1105)가 형성된 제2 기판(S2)과 콘 방사체(1100R)가 고정될 수 있다.
한편, 금속 패치(1101', 1101b)는 외측 형상(outer side shape)이 사각형 형태인 사각 패치(rectangular patch)로 형성될 수 있다. 대안으로, 금속 패치(1101a)는 외측 형상(outer side shape)이 원형 형태인 원형 패치(circular patch)로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 사각 패치(1101', 1101b)의 내측 형상(inner side shape)은 상부 개구부의 외곽선의 형상에 대응되도록 원형으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 콘 안테나(1100-1 내지 1100-4)로부터 방사되는 신호가 사각 패치(1101', 1101b)의 내측을 통해 커플링되도록 사각 패치(1101', 1101b)의 내측 형상은 원형으로 형성될 수 있다.
한편, 금속 패치(1101, 1101')는 콘 안테나(1100-1 내지 1100-4)의 상부 개구부의 일부 영역을 둘러싸도록 일부 영역에만 형성될 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101, 1101')를 포함한 콘 안테나(1100-1 내지 1100-4)를 포함한 전체 안테나 크기를 최소화할 수 있다.
한편, 콘 안테나들(1100-1 내지 1100-4)은 상부 기판(upper substrate)인 제1 기판과 하부 기판(lower substrate)인 제2 기판 사이에 형성되도록 구성 가능하다. 한편, 송수신부 회로(1250)는 콘 안테나들(1100-1 내지 1100-4)에 연결되고, 콘 안테나들(1100-1 내지 1100-4) 중 적어도 하나를 통해 신호를 방사하도록 제어할 수 있다. 구체적으로, 송수신부 회로(1250)는 콘 방사체(1100R)에 급전부(1105)를 통해 연결되고, 콘 안테나(1100)를 통해 신호를 방사하도록 제어할 수 있다.
한편, 금속 패치(1101, 1101a, 1101b)는 콘 안테나(1100-1 내지 1100-4)의 상부 개구부(upper aperture)의 일 측(one side)의 주변 영역에 형성 (배치)될 수 있다. 또한, 급전부(1105)는 제2 기판 상에 형성되고, 콘 안테나(1100-1 내지 1100-4)의 하부를 통해 신호를 전달하도록 구성된다.
한편, 복수의 콘 안테나들의 배치 구조와 이를 통한 신호 송수신 방법은 다음과 같다. 이와 관련하여, 콘 안테나들(1100-1 내지 1100-4)은 전자 기기의 좌측 상부, 우측 상부, 좌측 하부 및 우측 상부 상에 배치될 수 있다. 이러한 콘 안테나들(1100-1 내지 1100-4)의 배치 형태는 전자 기기 내에서 상호 간에 이격 거리가 최대가 되도록 구성되는 것이 바람직하다. 따라서, 콘 안테나들(1100-1 내지 1100-4) 간 상호 간섭이 최소가 되어, 다중 입출력(MIMO) 또는 다이버시티 동작 시 유리하다.
이와 관련하여, 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 특히, 프로세서(1400)는 콘 안테나들(1100-1 내지 1100-4)을 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다.
이상에서는 본 발명에 따른 콘 안테나(cone antenna)를 구비하는 전자 기기에 대해 살펴보았다. 이와 같은 콘 안테나(cone antenna)를 구비하는 전자 기기의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따르면, 속이 빈(hollow) 콘 안테나를 전자 기기에 배치하여 전자 기기의 무게를 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 콘 안테나에 인접 배치된 금속 패치와 하나의 단락 핀으로 연결되어, 거의 모든 방향에서 수신 성능을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 단락 핀과 금속 패치를 구비한 콘 안테나를 전자 기기 내의 상부 기판과 하부 기판 사이에 연결되도록 하여, 광대역 안테나를 전자 기기 내에 배치할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 금속 패치를 콘 안테나의 상부 개구부의 일 측에만 배치하여, 전체 안테나 크기를 최소화할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 다양한 형상의 금속 패치를 콘 안테나의 상부 개구부 주변에 배치하여, 안테나 동작 주파수 및 설계 조건에 따라 최적의 구조의 광대역 안테나를 제공할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 콘 안테나 상부 영역에 금속 패치가 배치되는 영역과 단락 핀의 개수를 최적화하여, 전체 안테나 크기를 최소화하면서 안테나 특성을 최적화할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
전술한 본 발명과 관련하여, 다수의 콘 안테나와 이들에 대한 제어를 수행하는 구성의 설계 및 이의 구동은 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 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 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (20)

  1. 안테나를 구비하는 전자 기기에 있어서,
    제1 기판;
    상기 제1 기판과 소정 간격으로 이격되고　그라운드 층을 구비한　제2 기판;
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 구비되고,　상부는 상기 제1 기판과 연결되고, 하부는 상기 제2 기판과 연결되며,　상부에 개구부를 구비한　콘 방사체;
    상기 제1 기판에 형성되며, 상기 상부 개구부에 이격되게 형성된 금속 패치; 및
    상기 금속 패치와 상기 제2기판의 상기 그라운드 층을 전기적으로 연결하도록 형성된 단락 핀을 포함하는 콘 안테나; 및
    상기 콘 방사체에 급전부를 통해 연결되고, 상기 콘 안테나를 통해 신호를 방사하도록 제어하는 송수신부 회로(transceiver circuit)를 포함하는 전가 기기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 단락 핀은 상기 금속 패치와 상기 제2 기판 사이에 하나의 단락 핀으로 형성되고,
    상기 하나의 단락 핀에 의해, 상기 콘 안테나의 방사 패턴의 널(null)이 생성되는 것을 방지하는, 전자 기기.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 기판 상에 형성되고, 하부 개구부를 통해 상기 신호를 전달하도록 구성된 상기 급전부를 더 포함하고,
    상기 급전부는 상기 하부 개구부의 형상에 대응되도록 단부(end portion)가 링 형상으로 구성되는, 전자 기기.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 급전부 단부의 내부를 통해 상기 제2 기판과 연결되도록 구성된 체결구(fastener)를 더 포함하고,
    상기 체결구를 통해 상기 급전부가 형성된 상기 제2 기판과 상기 콘 방사체가 고정되는 것을 특징으로 하는, 전자 기기.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 금속 패치는 상기 콘 안테나의 상부 개구의 일부 영역을 둘러싸도록 일 측에만 배치되어, 상기 금속 패치를 포함한 상기 콘 안테나의 크기를 최소화하는 것을 특징으로 하는, 전자 기기.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 금속 패치는 상기 콘 안테나의 상부 개구 전체 영역을 둘러싸도록 일 측(one side) 및 상기 일 측에 대응되는 타 측(other side)에 모두 배치되는 것을 특징으로 하는, 전자 기기.
  7. 제5 항 또는 제6 항에 있어서,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 지지하도록 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 수직하게 연결하도록 구성된 적어도 하나의 비-금속 지지체(non-metal supporter)를 더 포함하는, 전자 기기.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 비-금속 지지체 중 하나는, 상기 타 측에 배치된 금속 패치 상에 형성되고,
    상기 일 측에 배치된 금속 패치 상에 형성된 하나의 단락 핀에 의해, 상기 콘 안테나의 방사 패턴의 널(null)이 생성되는 것을 방지하는, 전자 기기.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 금속 패치는 외측 형상(outer side shape)이 사각형 형태인 사각 패치(rectangular patch)로 형성되고,
    상기 사각 패치의 내측 형상(inner side shape)은 상기 상부 개구부의 외곽선의 형상에 대응되도록 원형으로 형성되어, 상기 콘 안테나로부터 방사되는 신호가 상기 사각 패치의 내측을 통해 커플링되도록 형성되는, 전자 기기.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 금속 패치는 외곽 형상이 원형 형태인 원형 패치(circular patch)로 형성되고,
    상기 원형 패치의 내측 형상은 상기 상부 개구부의 외측 형상에 대응되도록 원형으로 형성되어, 상기 콘 안테나로부터 방사되는 신호가 상기 원형 패치의 내측을 통해 커플링되도록 형성되는, 전자 기기.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 금속 패치는,
    상기 콘 안테나의 상부 개구부를 둘러싸도록 상기 상부 개구부의 좌측에 형성되는 제1 금속 패치; 및
    상기 콘 안테나의 상부 개구부를 둘러싸도록 상기 상부 개구부의 우측에 형성되는 제2 금속 패치를 포함하는, 전자 기기.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 금속 패치와 상기 제2 금속 패치는 금속 패턴이 분리되도록 형성되고,
    상기 콘 안테나가 광대역 안테나로 동작하도록, 상기 상부 개구부를 형성하는 외곽 림(outer rim)에 대응하는 영역에는 상기 제1 금속 패치와 상기 제2 금속 패치가 형성되지 않는 것을 특징으로 하는, 전자 기기.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 콘 안테나는 상부 직경이 하부 직경보다 크도록 테이퍼링된(tapered) 원추(conical) 형태로 형성되고,
    상기 콘 안테나는 속이 빈(hollow) 원추 형태로 형성되는, 전자 기기.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 콘 안테나는,
    상기 콘 안테나의 상기 상부 개구부를 형성하고, 상기 콘 안테나를 상기 제1 기판과 연결하도록 구성된 외곽 림(outer rib); 및
    상기 외곽 림과 상기 제1 기판을 연결하도록 구성된 체결구(fastener)를 더 포함하고,
    상기 외곽 림의 대향하는 영역 상에서 2개의 체결구를 통해 상기 콘 안테나를 상기 제1 기판과 기구적으로 체결하는 것을 특징으로 하는, 전자 기기.
  15. 안테나를 구비하는 전자 기기에 있어서,
    제1 기판과 상기 제1 기판과 소정 간격으로 이격된 제2 기판을 연결하도록 형성되고, 상부 개구부(upper aperture)와 하부 개구부(lower aperture)를 구비하는 콘 방사체(cone radiator);
    상기 제1 기판에 형성되며, 상기 상부 개구부에 이격되게 형성된 금속 패치; 및
    상기 제2 기판 상에 형성되고, 상기 하부 개구부를 통해 신호를 전달하도록 구성된 급전부를 포함하는 콘 안테나; 및
    상기 콘 방사체에 상기 급전부를 통해 연결되고, 상기 콘 안테나를 통해 신호를 방사하도록 제어하는 송수신부 회로(transceiver circuit)를 포함하는, 전자 기기.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 콘 안테나는 상기 전자 기기의 좌측 상부, 우측 상부, 좌측 하부 및 우측 하부 상에 배치된 복수의 콘 안테나들로 구현되고.
    상기 송수신부 회로의 동작을 제어하는 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 복수의 콘 안테나들을 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 상기 송수신부를 제어하는, 전자 기기.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 금속 패치와 상기 제2 기판의 그라운드 층 간을 연결하는 단락 핀(shorting pin)을 더 포함하고,
    상기 급전부는 상기 하부 개구부의 형상과 대응되도록 단부(end portion)가 링 형상으로 구성되는, 전자 기기.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 단락 핀은 상기 금속 패치와 상기 제2 기판 사이에 하나의 단락 핀으로 형성되고,
    상기 하나의 단락 핀에 의해, 상기 콘 안테나의 방사 패턴의 널(null)이 생성되는 것을 방지하는, 전자 기기.
  19. 제15 항에 있어서,
    상기 급전부 단부의 내부를 통해 상기 제2 기판과 연결되도록 구성된 체결구(fastener)를 더 포함하고,
    상기 체결구를 통해 상기 급전부가 형성된 상기 제2 기판과 상기 콘 방사체가 고정되는 것을 특징으로 하는, 전자 기기.
  20. 제15 항에 있어서,
    상기 금속 패치는 상기 콘 안테나의 상부 개구의 일부 영역을 둘러싸도록 일 측에만 배치되어, 상기 금속 패치를 포함한 상기 콘 안테나의 크기를 최소화하는 것을 특징으로 하는, 전자 기기.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2609182A (en) * 2021-03-31 2023-02-01 Jaguar Land Rover Ltd Vehicle antenna with shorted conductive structure around its radiator

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100085264A1 (en) * 2008-10-07 2010-04-08 Pctel, Inc. Low Profile Antenna
US20150357720A1 (en) * 2013-01-11 2015-12-10 Ohio State Innovation Foundation Multiple-input multiple-output ultra-wideband antennas
KR101850061B1 (ko) * 2016-12-15 2018-06-01 주식회사 에이스테크놀로지 차량용 광대역 안테나
KR101888399B1 (ko) * 2017-05-17 2018-08-16 주식회사 에이스테크놀로지 고이득 전방향성 안테나
US20180358697A1 (en) * 2017-06-13 2018-12-13 Huawei Technologies Co., Ltd. Dual-Band Antenna, Wireless Local Area Network Device, and Method for Manufacturing Dual-Band Antenna

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5389937A (en) * 1984-05-01 1995-02-14 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Wedge feed system for wideband operation of microstrip antennas
JP2004236248A (ja) * 2003-02-03 2004-08-19 Tdk Corp アンテナ装置およびそれを用いた無線通信装置
JP2006067251A (ja) * 2004-08-26 2006-03-09 Omron Corp チップアンテナおよびその製造方法
IL201812A (en) * 2009-10-29 2015-01-29 Elta Systems Ltd Wave-guided antenna
CN102709673B (zh) * 2012-04-05 2016-01-06 京信通信系统（中国）有限公司 宽频带双极化全向吸顶天线
EP2763235A1 (en) * 2013-02-05 2014-08-06 Antennas Direct, Inc. Antenna assemblies with tapered loop antenna elements
CN103296388B (zh) * 2013-06-03 2015-09-09 西安电子科技大学 一种小型超宽带全向天线
US10403969B2 (en) * 2013-07-03 2019-09-03 University Of Florida Research Foundation, Inc. Spherical monopole antenna
US9419346B2 (en) * 2014-01-15 2016-08-16 Broadcom Corporation High isolation antenna structure on a ground plane
US10074909B2 (en) * 2015-07-21 2018-09-11 Laird Technologies, Inc. Omnidirectional single-input single-output multiband/broadband antennas
EP3387703B1 (en) * 2015-12-09 2022-02-16 Licensys Australasia Pty Ltd An antenna
CN106785365A (zh) * 2015-12-22 2017-05-31 中国电子科技集团公司第二十研究所 双馈双频共孔径导航天线
CN108321535B (zh) * 2018-01-31 2023-08-29 南京濠暻通讯科技有限公司 小型化低剖面双极化全向天线
CN207818880U (zh) * 2018-01-31 2018-09-04 成都精位科技有限公司 Uwb定位天线及uwb定位系统
US11050009B2 (en) * 2018-08-28 2021-06-29 International Business Machines Corporation Methods for annealing qubits with an antenna chip
CN112310621A (zh) * 2020-09-27 2021-02-02 三万星空(西安)信息技术有限公司 一种宽带陷波锥形波束天线

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100085264A1 (en) * 2008-10-07 2010-04-08 Pctel, Inc. Low Profile Antenna
US20150357720A1 (en) * 2013-01-11 2015-12-10 Ohio State Innovation Foundation Multiple-input multiple-output ultra-wideband antennas
KR101850061B1 (ko) * 2016-12-15 2018-06-01 주식회사 에이스테크놀로지 차량용 광대역 안테나
KR101888399B1 (ko) * 2017-05-17 2018-08-16 주식회사 에이스테크놀로지 고이득 전방향성 안테나
US20180358697A1 (en) * 2017-06-13 2018-12-13 Huawei Technologies Co., Ltd. Dual-Band Antenna, Wireless Local Area Network Device, and Method for Manufacturing Dual-Band Antenna

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2609182A (en) * 2021-03-31 2023-02-01 Jaguar Land Rover Ltd Vehicle antenna with shorted conductive structure around its radiator

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Publication number Publication date
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