WO2021049679A1 - 안테나를 구비하는 전자 기기 - Google Patents

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WO2021049679A1
WO2021049679A1 PCT/KR2019/011694 KR2019011694W WO2021049679A1 WO 2021049679 A1 WO2021049679 A1 WO 2021049679A1 KR 2019011694 W KR2019011694 W KR 2019011694W WO 2021049679 A1 WO2021049679 A1 WO 2021049679A1
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cone
antenna
disposed
substrate
antennas
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PCT/KR2019/011694
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유승우
이주희
정준영
김형정
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엘지전자 주식회사
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    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
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    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/314—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors
    • H01Q5/335—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors at the feed, e.g. for impedance matching
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/50—Feeding or matching arrangements for broad-band or multi-band operation

Definitions

  • the present invention relates to an electronic device having a broadband antenna. More specifically, 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 or not 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 voices, 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, receiving games, and broadcasting. 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 of 6 GHz or less. 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. Therefore, 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 or vehicle.
  • Another object is to provide an electronic device including a plurality of broadband antenna elements operating from a low frequency band to a 5 GHz band.
  • Another object of the present invention is to provide an electronic device or vehicle in which a plurality of radiators are disposed to operate from a low frequency band to a 5 GHz band.
  • Another object of the present invention is to provide an optimal arrangement structure when an array antenna of a 5G millimeter wave band is disposed in a single electronic device (for example, a communication relay device) and a vehicle, together with a plurality of broadband antennas. will be.
  • an electronic device having an antenna according to the present invention 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, having an opening in the upper part cone radiators are arranged at predetermined intervals.
  • a millimeter wave antenna module operating in a millimeter wave band is disposed between the cone antennas formed on one side and the other side of the cone array antennas, thereby optimizing antenna performance and improving isolation between each antenna.
  • the cone array antenna and the patch array radiator are configured as 2x2 cone antennas spaced apart from each other at predetermined intervals in a horizontal direction and a vertical direction, and are connected through a feeding part of the 2x2 cone antenna, and are multiplexed.
  • a transceiver circuit configured to radiate a signal through the 2x2 cone array antenna to perform input/output (MIMO) may be further included.
  • circular patches corresponding to the first and second metal patches disposed on the upper left and the upper right of the patch array radiators are disposed in the right and left regions of the first and second cone radiators in a symmetrical shape.
  • the circular patches corresponding to the third and fourth metal patches disposed in the lower left and lower right of the patch array radiators may be disposed in the right and left regions of the third and fourth cone radiators in a symmetrical shape.
  • the first to fourth metal patches include first to fourth shorting pins connected to the second substrate at an outer center of the circular patch, and the first to fourth metal patches are
  • the size of the cone antenna module may be minimized by one shorting pin corresponding to the first to fourth shorting pins, and a null radiation pattern of the cone antenna may be prevented from being generated.
  • the level of mutual interference between the cone antenna modules in the horizontal direction can be reduced by the symmetrical circular patch and the symmetrical first to fourth shorting pins disposed at the outer center of the circular patch. have.
  • the cone antenna module operates in a first frequency band, is configured to operate in a second frequency band that is a lower frequency band than the first frequency band, and is disposed on a side of the communication relay device.
  • a module may be further included, and one of the PIFA antenna modules may be disposed in an upper area of the side part, and the other of the PIFA antenna modules may be disposed in a side area of the side part.
  • a Wi-Fi antenna module configured to operate in a Wi-Fi frequency band, further comprising a Wi-Fi antenna module disposed in an upper area of the side portion and a side area of the side portion, and one of the Wi-Fi antenna modules is between the PIFA antenna module.
  • the first antenna and the second antenna among the Wi-Fi antenna modules may generate polarizations that are orthogonal to each other.
  • the first substrate may be removed in a region where the millimeter wave antenna module is disposed, so that interference between the cone array antenna and the millimeter wave antenna module may be eliminated.
  • the millimeter wave antenna module includes: an array antenna configured to perform beamforming in a millimeter wave band; And a second transceiver circuit configured to transmit a phase-controlled signal to each antenna element of the array antenna.
  • the first to fourth metal patches constituting the patch array radiator are composed of circular patches, and the inner side shape of the circular patches corresponding to the first to fourth metal patches is the It is formed in a circular shape so as to correspond to the shape of the outline of the upper opening, and the signal radiated from the first to fourth cone radiators may be formed to be coupled through the inner side of the circular patch.
  • the power supply unit is formed on the second substrate and is configured to transmit the signal to the first to fourth cone radiators through a lower opening, and the power supply unit has a shape of the lower opening.
  • the end portion may be configured in a ring shape so as to correspond.
  • 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 first to the second substrate on which the power supply unit is formed through the fastener.
  • the 4 cone radiator can be fixed.
  • each of the cone radiators may include an outer rib configured to form the upper opening of the cone radiator and connect the cone radiator to the first substrate; And a fastener configured to connect the outer rim and the first substrate, wherein the cone radiator is connected to the first substrate through two fasteners formed at an upper and a lower portion on a region opposite to the outer rim. And can be mechanically fastened.
  • the cone array antenna and the metal patches constitute first to fourth cone antennas, and the first to fourth cone antennas are provided with first and second cone antennas disposed on one side of the millimeter wave antenna module.
  • a third cone antenna and second and fourth cone antennas disposed on the other side of the millimeter wave antenna module, and the second and fourth cone antennas disposed on the other side are the first and second cone antennas disposed on the other side.
  • the third cone antenna is disposed in a form rotated by a predetermined angle, and may be configured to reduce the level of mutual interference.
  • the first to fourth cone antennas are disposed in a form that is sequentially rotated by substantially 90 degrees, and may be configured to reduce the level of mutual interference.
  • a communication relay apparatus including an antenna according to another aspect of the present invention is provided.
  • the communication relay 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 cone radiators having an opening in the upper part are arranged at predetermined intervals.
  • a transmission/reception unit circuit connected through the feeder of the cone array antenna and configured to radiate signals through the cone array antenna to perform multiple input/output (MIMO).
  • MIMO multiple input/output
  • a millimeter wave antenna module operating in a millimeter wave band may be disposed between the cone antennas formed on one side and the other side of the cone array antennas.
  • the cone array antenna and the patch array radiator are configured as 2x2 cone antennas spaced apart from each other at predetermined intervals in a horizontal direction and a vertical direction
  • the transmission/reception unit circuit comprises a feeding part of the 2x2 cone antenna. It is connected through and may be configured to radiate a signal through the 2x2 cone array antenna to perform multiple input/output (MIMO).
  • MIMO multiple input/output
  • circular patches corresponding to the first and second metal patches disposed on the upper left and the upper right of the patch array radiators are disposed in the right and left regions of the first and second cone radiators in a symmetrical shape.
  • the circular patches corresponding to the third and fourth metal patches disposed in the lower left and lower right of the patch array radiators may be disposed in the right and left regions of the third and fourth cone radiators in a symmetrical shape.
  • the cone antenna module including the cone array antenna and the patch array radiator is configured to operate in a first frequency band and to operate in a second frequency band that is a lower frequency band than the first frequency band, Further comprising a PIFA antenna module disposed on a side portion of the communication relay device, one of the PIFA antenna modules is disposed in an upper area of the side portion, and the other one of the PIFA antenna modules may be disposed in a side area of the side portion. have.
  • a Wi-Fi antenna module configured to operate in a Wi-Fi frequency band, further comprising a Wi-Fi antenna module disposed in an upper area of the side portion and a side area of the side portion, and one of the Wi-Fi antenna modules is between the PIFA antenna module.
  • the first antenna and the second antenna among the Wi-Fi antenna modules may generate polarizations that are orthogonal to each other.
  • an array antenna of a 5G millimeter wave band is disposed in a vehicle with a plurality of broadband antennas, it is optimally disposed in consideration of the degree of isolation between one electronic device (for example, a communication relay device) and a vehicle. It has the advantage of being able to do it.
  • 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.
  • FIG. 1A is a block diagram illustrating an electronic device related to the present invention
  • FIGS. 1B and 1C are conceptual diagrams of an example of an electronic device related to the present disclosure viewed from different directions.
  • 2A is a diagram illustrating a configuration of a wireless communication unit of an electronic device capable of operating in a wireless communication system of 5G Sub 6 band or less according to the present invention.
  • 2B is a diagram illustrating a configuration of a wireless communication unit of an electronic device capable of operating in a wireless communication system of a millimeter wave band or less 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 is a perspective view of a three-dimensional structure of a communication relay apparatus having a plurality of cone antennas according to the present invention.
  • FIG. 4B is a side view of a 3D structural diagram of a communication relay device having a plurality of cone antennas according to the present invention.
  • FIG. 5A is a front view of a communication relay device including a plurality of cone antennas and a millimeter wave antenna module according to the present invention.
  • FIG. 5B shows a perspective view of a single cone antenna element constituting a plurality of cone antennas according to the present invention.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram comparing isolation between cone array antennas of various structures according to the present invention.
  • FIG. 7A shows an arrangement structure of a 2x2 cone array antenna according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7B shows an arrangement structure of a 2x2 cone array antenna according to another embodiment of the present invention.
  • FIGS. 8A and 8B show a fastening structure of a feeder for feeding a plurality of cone antennas and a cone radiator and a detailed structure of the feeder according to the present invention.
  • FIGS. 9A and 9B are front views of a cone antenna having a Cone with single shorting pin structure according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIGS. 10A and 10B are front views of a cone antenna including a circular patch and a shorting pin according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11A shows the radiation pattern for a symmetrical structure, such as a cone antenna with two shorting pins.
  • FIG. 11B shows a radiation pattern for a structure such as a cone antenna having one shorting pin.
  • FIG. 12 shows the structure of an electronic device including a plurality of cone antennas, a transceiver circuit, and a processor, that is, a communication relay device according to the present invention.
  • Electronic devices described herein include mobile phones, smart phones, laptop computers, digital broadcasting terminals, personal digital assistants (PDAs), portable multimedia players (PMPs), navigation systems, and slate PCs.
  • PDAs personal digital assistants
  • PMPs portable multimedia players
  • slate PCs slate PCs.
  • Tablet PC tablet PC
  • ultrabook ultrabook
  • wearable device wearable device, for example, smartwatch, glass-type terminal (smart glass), HMD (head mounted display)), etc. may be included. have.
  • FIG. 1A is a block diagram illustrating an electronic device related to the present invention
  • FIGS. 1B and 1C are conceptual diagrams 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. ) And the like.
  • 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 those 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 to 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 multi-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. At this time, 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 of 6 GHz or less, 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 for communication coverage expansion 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 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 another 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)
  • 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 representative examples thereof include a GPS (Global Positioning System) module or a WiFi (Wireless Fidelity) module.
  • a GPS Global Positioning System
  • WiFi Wireless Fidelity
  • the electronic device may acquire the location of the electronic device by 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 gyroscope sensor
  • motion sensor motion sensor
  • RGB sensor infrared sensor
  • IR sensor infrared sensor
  • fingerprint sensor fingerprint sensor
  • ultrasonic sensor ultrasonic sensor
  • Optical 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 the present 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 a display unit 151, an audio output unit 152, a hap tip module 153, and a light output unit 154. can do.
  • the display unit 151 may form a layer structure with the touch sensor or be integrally formed, thereby implementing a touch screen.
  • 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 the 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 or applications driven by the electronic device 100, data for the 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 shipment 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 discussed with reference to FIG. 1A. Furthermore, the controller 180 may operate by combining at least two or more of the components included in the electronic device 100 to drive the application program.
  • 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 can 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 specific type of electronic device the 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 detachable 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, some of the side surfaces 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 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.
  • 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.
  • the 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 playback 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. When the user's event confirmation is detected, the controller 180 may control the light output unit 154 to terminate the output of light.
  • the first camera 121a processes an image frame of a still image or a 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 manipulated 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 manipulation 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 manipulated 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 sensed 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 at a plurality of locations and configured to receive stereo sound.
  • the interface unit 160 becomes a path through which the electronic device 100 can be connected to an external device.
  • the interface unit 160 is a connection terminal for connection with another device (eg, earphone, external speaker), 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 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.
  • a plurality of antennas disposed on the side of the terminal may be implemented with four or more antennas to support MIMO.
  • the 5G wireless communication module 112 operates in a millimeter wave (mmWave) band
  • mmWave millimeter wave
  • a plurality of array antennas may be disposed in the electronic device.
  • the terminal body is provided with a power supply unit 190 (refer to FIG. 1A) for supplying power to the electronic device 100.
  • the power supply unit 190 may include a battery 191 that is built into the terminal body or configured to be detachable from the outside of the terminal body.
  • FIG. 2A is a diagram illustrating a configuration of a wireless communication unit of an electronic device operable in a wireless communication system of 5G Sub 6 or less according to the present invention.
  • FIG. 2B shows a configuration of a wireless communication unit of an electronic device capable of operating in a wireless communication system below a mmWave band according to the present invention.
  • 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 (Modem, 400) and the application processor (AP, 450) and physically implemented in one chip, it may be implemented in a logically and functionally separated form.
  • the present invention is not limited thereto and may be implemented in the form of a physically separated chip according to an application.
  • the electronic device includes a plurality of low noise amplifiers (LNAs) 310 to 340 in the receiver.
  • LNAs low noise amplifiers
  • the first power amplifier 210, the second power amplifier 220, the control unit 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 in 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 on 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, at least one of the first and second power amplifiers 110 and 120 operates in a low power mode or is turned off through the modem 400 through the RFIC. 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, and 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 a single transmitting/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 parts can be controlled by the integrated transmission/reception unit, the front end parts can be more efficiently integrated 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 4 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 to ANT4 are received by the low noise amplifiers 310 and 340 through the second output port of the duplexer 231.
  • the antennas ANT1 to ANT4 of FIG. 2A are configured to transmit and/or receive signals at frequencies below the 5G Sub 6 band.
  • each of the antennas ANT1 to ANT4 of FIG. 2A may be implemented as one radiating element.
  • each of the antennas ANT1 to ANT4 of FIG. 2A corresponds to the cone antennas 1100-1 to 1100-4 of FIGS. 4A to 5B.
  • each of the antennas ANT1 to ANT4 of FIG. 2B are configured to transmit and/or receive signals at a frequency of a millimeter wave (mmWave) band.
  • each of the antennas ANT1 to ANT4 of FIG. 2B may be implemented as an array antenna in which a plurality of radiating elements are arranged.
  • each of the antennas ANT 1 and ANT 2 of FIG. 2B corresponds to the first and second array antennas ANT1 and ANT2 of the millimeter wave array antenna module of FIG. 5A.
  • the power amplifiers 210 and 220 and the low noise amplifiers 310 and 320 are configured to amplify signals in a millimeter wave (mmWave) band.
  • the RF circuit of the transceiver circuit 250 is configured to operate in a millimeter wave (mmWave) band.
  • the baseband processor 400 of FIG. 2B may be integrally formed with the baseband processor 400 of FIG. 2A or may be formed separately.
  • 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) 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. In addition, 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 as 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
  • the present invention may transmit or receive at least one signal through a plurality of cone antennas 1110S1 and 1110S2 on the side of the electronic device 100. Unlike illustrated, 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. Meanwhile, the electronic device can communicate with the base station through any one of the plurality of cone antennas 1110S1 to 1110S4. Alternatively, 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, and 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 communication relay apparatus including 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 communication relay apparatus having a plurality of cone antennas according to the present invention.
  • FIG. 4B is a side view of a 3D structural diagram of a communication relay device having a plurality of cone antennas according to the present invention.
  • FIG. 5A shows a front view of a communication relay device including a plurality of cone antennas and a millimeter wave antenna module according to the present invention.
  • FIG. 5B shows a perspective view of a single cone antenna element constituting a plurality of cone antennas according to the present invention.
  • a communication relay apparatus 1000 having an antenna according to the present invention includes a conical array antenna 1100.
  • the cone array antenna 1100 is configured to include a plurality of cone antennas 1100-1 to 1100-4.
  • the number of cone array antennas 1100 is not limited to a 2x2 cone array antenna, but can be variously changed according to an application.
  • the number of cone array antennas 1100 may include a 2x1 cone array antenna, a 4x2 cone array antenna, or a 4x4 cone array antenna.
  • the cone array antenna 1100 operates up to the 5G Sub 6 band, separate beamforming is not required. Accordingly, the cone array antenna 1100 can be configured such that each antenna element performs multiple input/output (MIMO) without beamforming.
  • MIMO multiple input/output
  • the cone array antenna 1100 is provided between the first substrate S1 as the upper substrate and the second substrate S2 as the lower substrate, and the upper part is connected to the first substrate S1, and the lower part is the second substrate S2. ) And is configured to be connected.
  • the first substrate S1 corresponds to the upper substrate
  • the second substrate S2, which is the lower substrate is spaced apart from the first substrate S1 by a predetermined interval and includes a ground layer GND.
  • cone radiators 1100R having an opening thereon may be arranged at predetermined intervals.
  • the metal patches 1101-1 to 1101-4 disposed adjacent to each of the cone radiators 1100R1 to 1100R4 of the cone array antenna 1100 may also be configured with a patch array radiator 1101.
  • the patch array radiator 1101 is formed on the first substrate S1, and the metal patches 1101-1 to 1101-4 formed to be spaced apart from the upper openings of the cone radiators 1100R are arranged to be arranged. Can be.
  • each of the metal patches 1101-1 to 1101-4 may include shorting pins 1102-1 to 1102-4 and feeders 1105-1 to 1105-4.
  • each of the metal patches 1101-1 to 1101-4 may further include outer rims 1103-1 to 1103-4 and fasteners 1104-1 to 1104-4. .
  • the shorting pins 1102-1 to 1102-4 are formed to electrically connect the metal patches 1101-1 to 1101-4 and the ground layer GND of the second substrate S1.
  • each element of a patch array radiator 1101 may have the same shape.
  • the shapes of the metal patches 1101-1 to 1101-4 may all be circular patches.
  • the shape of the metal patches 1101-1 to 1101-4 is not limited thereto, and may be a square patch or a patch having an arbitrary polygonal shape.
  • each element of the patch array radiator 1101 may be configured differently for performance optimization.
  • some of the patch array radiators 1101 may have a circular patch shape, and some of the patch array radiators 1101 may have a rectangular patch shape.
  • the cone array antenna 1100 and the patch array radiator 1101 may be configured as 2x2 cone array antennas spaced apart from each other at predetermined intervals in the horizontal direction and the vertical direction.
  • the radiators 1101R1 to 1101R4 of the cone array antenna 1100 and the metal patches 1101-1 to 1101-4 are spaced apart at predetermined intervals to form a 2x2 cone array antenna.
  • the transceiver circuit 1250 may be configured to radiate a signal through the 2x2 cone array antenna 1100 to perform multiple input/output (MIMO). To this end, the transceiver circuit 1250 may be connected through the feeding units 1105-1 to 1105-4 of the 2x2 cone array antenna 1100.
  • MIMO multiple input/output
  • a millimeter wave antenna module 1120 operating in a millimeter wave band may be disposed between the cone antennas formed on one side and the other side of the cone array antenna 1100 according to the present invention. Specifically, it operates in a millimeter wave band between the cone antennas 1100-1 and 1100-3 formed on one side of the cone array antenna 1100 and the cone antennas 1100-2 and 1100-4 formed on the other side.
  • a millimeter wave antenna module 1120 may be disposed. Accordingly, a sufficient gap may be secured between the cone antennas 1100-1 and 1100-3 formed on one side and the cone antennas 1100-2 and 1100-4 formed on the other side. Accordingly, mutual interference between the cone array antennas 1100 may be reduced to increase the isolation between signals according to multiple input/output (MIMO).
  • MIMO multiple input/output
  • circular patches 1101-1 and 1101-2 corresponding to the first and second metal patches disposed on the upper left and the upper right of the patch array radiator 1101 may be disposed in a symmetrical shape. That is, the circular patches 1101-1 and 1101-2 corresponding to the first and second metal patches may be disposed in the right area and the left area of the first and second cone radiators 1100R1 and 1100R2, respectively.
  • circular patches 1101-3 and 1101-4 corresponding to the third and fourth metal patches disposed at the lower left and lower right of the patch array radiator 1101 may be disposed in a symmetrical shape. That is, the circular patches 1101-3 and 1101-4 corresponding to the third and fourth metal patches may be disposed in the right area and the left area of the third and fourth cone radiators 1100R3 and 1100R4, respectively.
  • the cone array antennas 1100R1 to 1100R4 and the metal patches 1101-1 to 1101-4 of the communication relay apparatus 1000 according to the present invention are each of the first to fourth cone antennas 1100-1 to 1100. -4) can be configured.
  • the first to fourth cone antennas 1100-1 to 1100-4 include first and third cone antennas 1100-1 and 1100-3 disposed on one side of the millimeter wave antenna module 1120 can do.
  • the first to fourth cone antennas 1100-1 to 1100-4 include second and fourth cone antennas 1100-2 and 1100-4 disposed on the other side of the millimeter wave antenna module 1120 can do.
  • the second and fourth cone antennas 1100-2 and 1100-4 disposed on the other side are for the first and third cone antennas 1100-1 and 1100-3 disposed on one side. It can be arranged in a form rotated by a predetermined angle. That is, the second and fourth cone antennas 1100-2 and 1100-4 are disposed in a form that is rotated substantially by 180 degrees with respect to the first and third cone antennas 1100-1 and 1100-3, so that mutual interference It can be configured to reduce the level. Accordingly, the cone antennas disposed in a form rotated substantially by 180 degrees are disposed in a mutually symmetrical form, so that the level of mutual interference can be reduced.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram comparing isolation between cone array antennas of various structures according to the present invention.
  • FIG. 6(a) shows a structure in which the cone array antenna 1100 is formed symmetrically with each other. That is, metal patches 1101-1 and 1101-2 are formed on different sides of the cone radiators 1100R1 and 1100R2. Accordingly, the shorting pins 1102-1 and 1102-2 formed on the metal patches 1101-1 and 1101-2 are also disposed adjacent to each other. Accordingly, interference signals between the cone array antennas 1100 formed in a mutually symmetrical shape may be mutually canceled. In particular, since the shorting pins 1102-1 and 1102-2 are disposed adjacent to each other, a long signal path can be formed between the interference signals, so that the interference signals can cancel each other.
  • FIG. 6B shows a structure in which the cone array antenna 1100 is formed in the same arrangement structure. That is, metal patches 1101-1 and 1101-2 are formed on the same side of the cone radiators 1100R1 and 1100R2. Accordingly, the shorting pins 1102-1 and 1102-2 formed on the metal patches 1101-1 and 1101-2 are also disposed on the same side. Accordingly, there is a problem in that interference signals between the cone array antennas 1100 formed in the same arrangement structure are difficult to cancel each other.
  • FIG. 6C shows a structure in which the cone array antenna 1100 is formed in the same arrangement structure. That is, metal patches 1101-1 and 1101-2 are formed on the same side of the cone radiators 1100R1 and 1100R3. Accordingly, the shorting pins 1102-1 and 1102-3 formed on the metal patches 1101-1 and 1101-3 are also disposed on the same side. Accordingly, there is a problem in that interference signals between the cone array antennas 1100 formed in the same arrangement structure are difficult to cancel each other.
  • the shape of the metal patches 1101-1 to 1101-4 of the cone array antenna 1100 according to the present invention may be a circular patch or a square patch.
  • the first and second cone antennas 1100-1 and 1100-2 disposed on the top are mutually symmetrical and have a large separation distance, the level of mutual interference can be kept low.
  • the third and fourth cone antennas 1100-2 and 1100-4 disposed below are symmetrical to each other and have a large separation distance, the level of mutual interference can be kept low.
  • the level of mutual interference between the first and third cone antennas 1100-1 and 1100-3 disposed on one side may increase due to the same arrangement structure as shown in FIG. 6C.
  • the level of mutual interference between the second and fourth cone antennas 1100-2 and 1100-4 disposed on the other side may increase due to the same arrangement structure as shown in FIG. 6C.
  • a millimeter wave antenna module 1120 operating at may be disposed. Accordingly, a sufficient gap may be secured between the cone antennas 1100-1 and 1100-3 formed on one side and the cone antennas 1100-2 and 1100-4 formed on the other side. Accordingly, mutual interference between the cone array antennas 1100 may be reduced to increase the isolation between signals according to multiple input/output (MIMO).
  • MIMO multiple input/output
  • the millimeter wave antenna module 1120 As the millimeter wave antenna module 1120 is disposed in this way, the level of mutual interference between the first and third cone antennas 1100-1 and 1100-3 formed on one side may also be reduced. Meanwhile, as the millimeter wave antenna module 1120 is disposed, the level of mutual interference between the second and fourth cone antennas 1100-2 and 1100-4 formed on the other side may also be reduced.
  • the body region of the millimeter wave antenna module 1120 since the body region of the millimeter wave antenna module 1120 operates as a ground, the level of mutual interference between the first and third cone antennas 1100-1 and 1100-3 may also be reduced. In addition, since the body region of the millimeter wave antenna module 1120 operates as a ground, the level of mutual interference between the second and fourth cone antennas 1100-2 and 1100-4 may also be reduced.
  • the metal patches 1101-1 and 1101-3 of the first and third cone antennas 1100-1 and 1100-3 are implemented as circular patches instead of square patches, circular patches 1101-1 and 1101 As the size of -3) decreases, the level of mutual interference can be further reduced.
  • the metal patches 1101-2 and 1101-4 of the second and fourth cone antennas 1100-2 and 1100-4 are implemented as circular patches instead of square patches, circular patches 1101-2 1101- As the size of 4) is reduced, the level of mutual interference can be further reduced.
  • FIG. 7A shows an arrangement structure of a 2x2 cone array antenna according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7B shows an arrangement structure of a 2x2 cone array antenna according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A shows a configuration in which a circuit board (CB) is disposed between the first and third cone antennas 1100-1 and 1100-3 formed on one side.
  • the level of mutual interference between the first and third cone antennas 1100-1 and 1100-3 formed in the same arrangement structure by the circuit board CB may be reduced.
  • the level of mutual interference between the second and fourth cone antennas 1100-2 and 1100-4 formed on the other side may also be reduced.
  • the circuit board CB may include at least a part of the millimeter wave antenna module 1120 described above.
  • the circuit board CB may be a DC circuit board or a control circuit board other than the millimeter wave antenna module 1120 or the transceiver circuit.
  • the cone array antenna 1100 may be sequentially rotated by a predetermined angle.
  • the second cone antenna 1101-2 may be disposed to be rotated substantially by 90 degrees compared to the first cone antenna 1101-1.
  • the third cone antenna 1101-3 may be disposed in a state rotated substantially by 90 degrees compared to the second cone antenna 1101-2.
  • the fourth cone antenna 1101-4 may be disposed to be rotated substantially by 90 degrees compared to the third cone antenna 1101-3. Accordingly, the first to fourth cone array antennas 1101-1 to 1101-4 have an advantage that both mutual interference levels can be reduced in one axis direction and the other axis direction perpendicular thereto.
  • the second and fourth cone antennas 1100-2 and 1100-4 disposed on the other side are at a predetermined angle relative to the first and third cone antennas 1100-1 and 1100-3 disposed on one side. It can be arranged in a rotated form. That is, the second and fourth cone antennas 1100-2 and 1100-4 are disposed in a form rotated substantially by 90 degrees with respect to the first and third cone antennas 1100-1 and 1100-3, and mutual interference It can be configured to reduce the level. Accordingly, the first to fourth cone antennas 1100-1 to 1100-4 may be disposed in a form that is rotated substantially by 90 degrees, and may be configured to reduce the level of mutual interference. Accordingly, the cone antennas arranged in a form rotated substantially by 90 degrees are arranged in a sequentially rotated form, so that the level of mutual interference can be reduced.
  • the shape of the patch array radiator 1101 in FIGS. 7A and 7B may be formed as a square patch unlike FIGS. 6A and 6B. However, it is not limited thereto, and the shape of the patch array radiator 1101 may be a circular patch or an arbitrary polygonal patch. In this regard, when the shape of the patch array radiator 1101 is implemented as a circular patch having a smaller size, the level of mutual interference can be further reduced. However, the bandwidth characteristics may be deteriorated because the circular patch having a smaller size cannot cover the low frequency band. On the other hand, when the shape of the patch array radiator 1101 is implemented as a square patch having a larger size, the level of mutual interference may slightly increase. However, the bandwidth characteristics of the cone antenna 1100 may be improved by covering up to a low frequency band by a square patch having a larger size.
  • the communication relay device 1000 of the present invention transmits and receives signals through a separate antenna in the low band (LB), and transmits signals through the cone antenna 1100 in the remaining bands (MB, HB, UHB). And receive. Accordingly, the level of mutual interference of the cone antenna 1100 can be sufficiently reduced even through the arrangement structure shown in FIG. 5 without adopting the arrangement structure shown in FIGS. 7A and 7B. As described above, through the structure of FIG. 5, interference between the cone array antennas 1100 can be reduced to increase isolation between signals according to multiple input/output (MIMO).
  • MIMO multiple input/output
  • the first and second metal patches 1101-1 and 1101-2 disposed on one side of the communication relay device 1000 are formed of circular patches having a circular shape outside. Can be.
  • the third and fourth metal patches 1101-3 and 1101-4 disposed on the other side of the communication relay device 1000 are also formed as circular patches having a circular shape to prevent mutual interference between cone antennas.
  • the first and second cone antennas 1001-1 and 1100-2 are arranged in a mutually symmetrical structure, so that the level of mutual interference can be reduced.
  • the third and fourth cone antennas 1001-3 and 1100-4 are also arranged in a mutually symmetrical structure, so that the level of mutual interference can be reduced.
  • first to fourth metal patches 1101-1 to 1101-4 of the cone antenna 1100 are the first to fourth paragraphs connected to the second substrate S2 at the outer center of the circular patch. It may include pins 1102-1 to 1102-4.
  • the first to fourth metal patches 1101-1 to 1101-4 are cone antennas by one shorting pin per metal patch corresponding to the first to fourth shorting pins 1102-1 to 1102-4.
  • the size of the module can be minimized.
  • the present invention by the symmetrical circular patches (1101-1 to 1101-4) and the symmetrical first to fourth shorting pins (1102-1 to 1102-4) arranged in the outer center, horizontal It is possible to reduce the level of mutual interference between the directional cone antenna modules.
  • a horizontal cone antenna module that is, a low level of interference between the first and second cone antennas 1100-1 and 1101-2 and a low level of interference between the third and fourth cone antennas 1101-3 and 1101-4.
  • a low level of interference can be maintained between different cone antennas due to the level of interference.
  • the shorting pins 1102-1 to 1102-4 are formed to electrically connect the metal patches 1101-1 to 1101-4 and the ground layer GND of the second substrate S2.
  • the shorting pins 1102-1 to 1102-5 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 pins 1102-1 to 1102-4 may be formed as one shorting pin between the metal patches 1101-1 to 1101-4 and the second substrate S2.
  • a single shorting pin 1102-1 to 1102-3 it is possible to prevent a null from being generated in the radiation pattern of the cone antenna. The operating principle and technical characteristics thereof will be described in detail with reference to FIGS. 11A and 11B.
  • 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 a direction of an elevation angle.
  • the null of the radiation pattern can be removed from the boresite in the elevation direction. Accordingly, in the present invention, there is an advantage that reception performance can be improved in almost all directions.
  • the cone antenna having one shorting pin includes the power supply units 1105-1 to 1105-3-cone radiators 1100R1 to 1100R3-metal patches 1101-1 to 1101-3. )-Short pins 1102-1 to 1102-3-to form a current path of the ground layer GND.
  • the power supply unit (1105-1 to 1105-3)-cone radiator (1100R1 to 1100R3)-metal patch (1101-1 to 1101-3)-short pin (1102-1 to 1102-3)-ground layer Through the asymmetric current path of GND), it is possible to prevent a phenomenon in which the radiation pattern is null at the bore site in the elevation direction.
  • the shorting pins 1102-1 to 1102-5 are configured to vertically connect the metal patches 1101-1 to 1101-4 and the ground layer GND of the second substrate S2. It can be formed with a diameter screw (screw).
  • the height of the shorting pins 1102-1 to 1102-5 may be set to 2 mm and the diameter may be set to 1.5 mm.
  • the height and diameter of the shorting pins 1102-1 to 1102-5 are limited to this. It is not possible and can be changed according to the application.
  • the inner side shape of the metal patches 1101-1 to 1101-4 is a circular shape.
  • the inner shape of the circular patch corresponding to the first to fourth metal patches 1101-4 may also be formed in a circular shape so as to correspond to the shape of the outline of the upper opening of the cone radiator. Accordingly, a signal radiated from the first to fourth cone radiators 1100R1 to 1100R4 may be formed to be coupled through the inner side of the first to fourth metal patches 1101-4.
  • each of the metal patches 1101-1 to 1101-4 further includes feeders 1105-1 to 1105-4 in addition to the shorting pins 1102-1 to 1102-4. can do.
  • FIGS. 8A and 8B show a fastening structure of a feeder for feeding a plurality of cone antennas and a cone radiator, and a detailed structure of the feeder according to the present invention.
  • FIG. 8A shows a fastening structure between a feeder for feeding a plurality of cone antennas and a cone radiator according to the present invention.
  • FIG. 8B shows the structure of each feeding part for feeding each cone radiator according to the present invention.
  • the power feed units 1105-1 to 1105-4 may be formed in a shape corresponding to the shape of the cone radiators 1100R1 to 1100R4 on the second substrate S4, which is a lower substrate.
  • the power supply units 1105-1 to 1105-4 may be configured to include a first power supply unit 1105-1 to a second power supply unit 1105-4.
  • the power supply units 1105-1 to 1105-4 are formed on the second substrate S2 and transmit signals through the lower openings of the first to fourth cone radiators 1100R1 to 1100R4. It is configured to transmit to the radiators 1100R1 to 1100R4.
  • the power supply units 1105-1 to 1105-4 may have an end portion having a ring shape so as to correspond to the shape of the lower openings of the first to fourth cone radiators 1100R1 to 1100R4.
  • each of the metal patches 1101-1 to 1101-4 includes outer rims 1103-1 to 1103-4 and fasteners 1104-1 to 1104. -4) may be further included.
  • the outer rims 1103-1 to 1103-4 are integrally formed with the upper openings of the cone radiators 1100R1 to 1100R4. Further, the outer rims 1103-1 to 1103-4 are configured to connect the cone radiators 1100R1 to 1100R4 to the first substrate S1.
  • the fasteners 1104-1 to 1104-4 are configured to connect the outer rims 1103-1 to 1103-4 and the first substrate S1.
  • the number of fasteners 1104-1 to 1104-4 is not limited thereto, and may be variously changed according to an application.
  • the number of outer rims and fasteners for each radiator can be increased for multiple resonances in the low frequency band. In this way, in consideration of the number of outer rims and fasteners provided for each radiator, the corresponding cone antenna may be referred to as a “multi-wing structure”.
  • the communication relay device (i.e., mobile router, 5G CPE) 1110 includes fasteners 1107-1 to 1107- configured to be connected to the second substrate S2 through the inside of the end of the power supply unit It may further include 4).
  • the second substrate S2 and the first to fourth cone radiators 1100R1 to 1100R4 on which the feeding parts 1105-1 to 1105-4 are formed through the fasteners 1107-1 to 1107-4 are Can be fixed.
  • each cone antenna 1100-1 to 1100-4 are part of the upper openings of the first to fourth cone radiators 1100R1 to 1100R4. It may be disposed on only one side to surround the area. Accordingly, the size of the cone array antennas 1100-1 to 1100-4 including the metal patches 1101-1 to 1101-4 can be minimized.
  • the communication relay device (ie, mobile router, 5G CPE) 1110 may further include an array antenna module 1120 operable in a millimeter wave (mmWave) band.
  • each array antenna (ANT1 to ANT 4 in FIG. 2B) in the array antenna module 1120 may be implemented with a plurality of antenna elements to perform beamforming.
  • the first array antenna ANT1 and the second array antenna ANT2 may be configured to perform multiple input/output (MIMO).
  • MIMO multiple input/output
  • the communication relay apparatus 1100 may transmit and/or receive the first and second signals, respectively, while directing the first and second array antennas ANT1 in different directions through beamforming.
  • the array antenna modules ANT1 and ANT2 include the first and second metal patches 1101-1 and 1101-2 disposed at the top and third and fourth metal patches 1101 disposed at the bottom of the 2x2 cone array antennas. It can be placed in the area between -3 and 1101-4).
  • the number of array antenna modules ANT1 and ANT2 is limited to two, which may be implemented as four or more as shown in FIG. 2B. Accordingly, it is possible to perform 4RX, 8RX, etc. in addition to 2RX through a plurality of array antenna modules. In addition, it is possible to perform 4TX, 8TX, etc. in addition to 2TX through a plurality of array antenna modules.
  • the communication relay device 1100 may increase communication capacity through multiple input/output (MIMO).
  • the communication relay device 1100 may simultaneously provide a communication service through the same time/frequency resource or to a plurality of communication devices.
  • one of the array antenna modules may be disposed in a region between the first cone antenna 1100-1 and the second cone antenna 1100-2.
  • the corresponding region also corresponds to a region between the second cone antenna 1100-2 and the fourth cone antenna 1100-4.
  • the other one of the array antenna modules may also be disposed in a region between the first cone antenna 1100-1 and the second cone antenna 1100-2.
  • the corresponding region also corresponds to a region between the second cone antenna 1100-2 and the fourth cone antenna 1100-4.
  • the first array antenna module ANT1 and the second array antenna module ANT2 may further include a transmission/reception circuit connected thereto in addition to the array antenna, respectively.
  • the transmission/reception circuit may further include a power and phase controller 230, power amplifiers 210 and 220, and low noise amplifiers 310 and 320, as shown in FIG. 2B.
  • the first array antenna module ANT1 and the second array antenna module ANT2 may be spaced apart from each other so as to have a low level of mutual interference.
  • the first array antenna module ANT1 and the second array antenna module ANT2 may be spaced apart from each other in one axial direction and may be disposed to be spaced apart from each other in the other axial direction.
  • the communication relay apparatus 1000 may further include an antenna module 1130 operating in a low band LB in addition to the plurality of cone antennas 1100-1 to 1100-4.
  • the antenna module 1130 operating in the low band (LB) may be implemented as a Planar Inverted F antenna.
  • the antenna module 1130 operating in the low band (LB) may be implemented as a folded PIFA.
  • the cone antenna module 1100 including the plurality of cone antennas 1100-1 to 1100-4 may operate in the first frequency band.
  • the PIFA antenna module 1130 is configured to operate in a second frequency band, which is a lower frequency band than the first frequency band, and may be disposed on the side of the communication relay device 1100. In this way, the PIFA antenna module 1130 disposed on the side of the communication relay device 1100 can maintain good communication performance in a low band (LB) such as LTE in addition to the 5G Sub 6 band.
  • LB low band
  • one of the PIFA antenna modules 1130 may be disposed in an upper area of the side portion, and the other of the PIFA antenna modules 1130 may be disposed in a side area of the side portion.
  • the PIFA antenna modules 1131 and 1132 disposed in a substantially orthogonal form in different regions may perform multiple input/output (MIMO) while maintaining a low level of mutual interference. Accordingly, even in a low band (LB) such as LTE, 2x2 MIMO can be performed between the base station and the mobile terminal through the communication relay device 1000.
  • MIMO multiple input/output
  • the communication relay device 1100 may further include a WiFi antenna module 1140.
  • the Wi-Fi antenna module 1140 is configured to operate in a Wi-Fi frequency band, and may be disposed in an upper area of a side portion and a side area of the side portion of the communication relay device 1100.
  • the first Wi-Fi antenna module 1141 may be disposed in an upper area of the side portion of the communication relay device 1100.
  • a second Wi-Fi antenna module 1142 may be disposed in a side area of a side portion of the communication relay device 1100.
  • the first Wi-Fi antenna module 1141 may be disposed in an upper area of the side portion corresponding to between the first and second PIFA antenna modules 1131 and 1132 operating in the aforementioned low band LB.
  • a second Wi-Fi antenna module 1142 may be disposed in a side area of a side portion corresponding to an area adjacent to the second PIFA antenna module 1132. That is, one of the Wi-Fi antenna modules 1141 may be disposed between the PIFA antenna modules 1131 and 1132.
  • the first and second PIFA antenna modules 1131 and 1132 are disposed on different sides and are sufficiently spaced apart from each other to reduce the level of interference during multiple input/output operations.
  • the first and second PIFA antenna modules 1131 and 1132 operate with substantially orthogonal polarization, that is, horizontal polarization (HP) and vertical polarization (VP), the level of mutual interference is further reduced. Can be.
  • the first and second Wi-Fi antenna modules 1141 and 1142 are also disposed on different sides and sufficiently spaced apart from each other, the level of interference can be reduced during a multiple input/output operation.
  • the first antenna and the second antenna operate to generate substantially mutually orthogonal polarizations, that is, horizontal polarization and vertical polarization. Accordingly, the level of mutual interference between the first antenna and the second antenna among the Wi-Fi antenna modules 1141 and 1142 may be further reduced.
  • the communication relay apparatus 1000 may further include another antenna, that is, a third Wi-Fi antenna 1143.
  • the first and second Wi-Fi antenna modules 1141 and 1142 are implemented in the form of a printed folded dipole or a printed folded monopole antenna.
  • the third Wi-Fi antenna 1143 is implemented in the form of a patch antenna on the first substrate S1, not on the side of the communication relay device 1000.
  • the third Wi-Fi antenna 1143 in the form of a patch antenna on the first substrate S1 may be used for indoor Wi-Fi reception purposes.
  • the first and second Wi-Fi antenna modules 1141 and 1142 provided on the side portions may be used for outdoor Wi-Fi reception purposes.
  • the first substrate S1 may be removed in an area in which the millimeter wave antenna module 1120 provided in the communication relay device 1100 is disposed.
  • the first substrate S1 is removed in the region where the millimeter wave antenna module 1120 is disposed, thereby removing interference between the cone array antennas 1100-1 to 1100-4 and the millimeter wave antenna module 1120 Can be configured to
  • the millimeter wave antenna module 1120 provided in the communication relay device 1100 may include array antennas ANT1 to ANT4 and a second transceiver circuit 250 as shown in FIG. 2B.
  • each of the array antennas ANT1 to ANT4 may be configured to include a plurality of radiating elements to perform beamforming in the millimeter wave band.
  • each of the array antennas ANT1 to ANT4 may be configured as a two-dimensional array antenna for beamforming in the horizontal and vertical directions.
  • each of the array antennas ANT1 to ANT4 may be configured as a one-dimensional array antenna for beamforming in either a horizontal or vertical direction.
  • the second transceiver circuit 250 is configured to transmit a phase-controlled signal to each of the antenna elements of the array antennas ANT1 to ANT4.
  • the second transmission/reception unit circuit 250 may be configured to include the power amplifiers 210 and 220, the low noise amplifiers 310 and 320, and the power and phase control unit 230.
  • each of the antennas ANT 1 and ANT 2 of FIG. 2B corresponds to the first and second array antennas ANT1 and ANT2 of the millimeter wave array antenna module of FIG. 5A.
  • the first to fourth metal patches 1101-1 to 1101-4 constituting the patch array radiator 1101 of the plurality of cone antennas 1100 may be formed of circular patches.
  • the inner side shape of the circular patch corresponding to the first to fourth metal patches 1101-1 to 1101-4 may be formed in a circular shape so as to correspond to the shape of the outline of the upper opening.
  • the shapes and arrangements of the first to fourth metal patches 1101-1 to 1101-4 are not limited thereto and may be changed according to applications.
  • FIGS. 9A and 9B are front views of a cone antenna having a Cone with single shorting pin structure according to various embodiments of the present disclosure. That is, FIGS. 9A and 9B show cone antennas implemented by one shorting pin by one radiator.
  • metal patches 1101 and 1101 ′ may be disposed only on one side of the cone radiator 1100R.
  • the inside of the metal patch 1101 may be formed in a circular shape to correspond thereto.
  • FIGS. 9A and 9B may be implemented by one shorting pin (or shorting support).
  • FIG. 8A shows a shape in which a circular metal patch is disposed on one side of an upper opening of the cone radiator.
  • FIG. 8B shows a shape in which a rectangular metal patch is disposed on one side of the 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 region 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. In this way, when the metal patch 1101 is disposed on the first substrate, there is an advantage that the size of the cone antenna 1100 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 1101, there is an advantage in 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. A case in which the number of shorting pins 1102 is one may be most advantageous from the viewpoint of miniaturization of the cone antenna 1100. Accordingly, the shorting pin 1102 may be formed as a single 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 pins other than the shorting pin 1102 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 in 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 a signal through two cone antennas may be referred to as 2 Tx or 2 Rx.
  • the transceiver circuit 1250 transmits or receives the first and second signals having the same data through two cone antennas it 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. 9A.
  • the shape of the metal patch 1101 may be configured as a rectangular patch as shown in FIG. 9B.
  • 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. In this regard, it can be approximated to a circular patch shape as the degree of the polygon increases in an arbitrary polygonal patch shape.
  • the metal patch 1101 may be formed as a circular patch having an outer side shape of a circular 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 1101, there is an advantage in 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 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 1101, there is an advantage in that antenna performance can be optimized.
  • FIGS. 10A and 10B are front views of a cone antenna including a circular patch and a shorting pin according to another embodiment of the present invention. That is, FIGS. 10A and 10B show a cone antenna implemented by one radiator and one shorting pin.
  • metal patches 1101 and 1101 ′ may be disposed on both sides of the cone radiator 1102.
  • the cone antenna 1100a may include a circular patch 1101a and two shorting pins 1102a. Meanwhile, 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. 10A and 10B 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. 10A and 10B 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. 10A may be replaced with a non-metallic support 1106.
  • one of the non-metallic supports 1106 may be formed on a metal patch disposed on the other side.
  • an 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 including the symmetrical circular patch 1101a and the shorting pin 1102a may have a slightly increased overall size than when a metal patch disposed on only one side is provided.
  • the cone antenna 1100a having the symmetrical circular patch 1101a and the shorting pin 1102a has an advantage that the radiation pattern is symmetrical and can be implemented with broadband characteristics.
  • the circular patch 1101a may be formed only in a partial region so as to surround a partial region of the upper opening. Accordingly, there is an advantage of minimizing the size of the cone antenna 1100a including the metal patch 1101a.
  • 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 region 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.
  • the first substrate may operate as a radome of the cone antenna 1100a including the metal patch 1101a. Accordingly, there is an advantage in 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 between 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 the advantage of miniaturizing the size of the cone antenna 1100a.
  • the metal patch 1101a may be formed as a circular patch having an outer side shape of a circular 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 an opening size larger than that of 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.
  • FIG. 10B shows 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. 9A and 9B 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. 10B may be replaced by 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 so as to surround the upper opening area of the cone antenna 1100b.
  • the square patch 1101b may not be formed in a region 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 bandwidth narrower than that of 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 so that the metal pattern is separated. 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 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. In this way, when the metal patch 1101b is disposed on the first substrate, there is an advantage that the size of the cone antenna 1100b can be further reduced. Specifically, since the first substrate having a predetermined dielectric constant is disposed in the upper region of the cone antenna 1100 including the metal patch 1101b, there is an advantage that the size of the cone antenna 1100b can be further reduced.
  • the rectangular patch 1101b may be formed in a peripheral region 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. 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 the advantage of miniaturizing the size of the cone antenna 1100a.
  • the transceiver circuit 1250 may be connected to the cone antenna 1100b and control to emit a signal through the cone antenna 1100b. A detailed description in this regard is replaced with the description in FIG. 8.
  • 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 rectangular patch 1100b, there is an advantage that antenna performance can be optimized.
  • a resonance length may be formed by a circular opening of the square 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 in 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 electronic device having the cone antenna according to the present invention that is, the communication relay device 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. 11A shows the radiation pattern for a symmetrical structure, such as a cone antenna with two shorting pins.
  • FIG. 11B shows a radiation pattern for a structure such as a cone antenna having one shorting pin.
  • a cone antenna having two shorting pins has a problem in that reception performance is degraded because a null of a radiation pattern is generated at a bore site in a direction of an elevation angle.
  • 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. To 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 plurality of cone antennas that is, a communication relay device according to an aspect of the present invention has been described.
  • an electronic device including a plurality of cone antennas and a transceiver circuit according to another aspect of the present invention, that is, a communication relay device will be described.
  • the above description also applies to an electronic device including a plurality of cone antennas and a transmission/reception unit circuit described below, that is, a communication relay device.
  • FIG. 12 shows the structure of an electronic device including a plurality of cone antennas, a transceiver circuit, and a processor, that is, a communication relay device according to the present invention.
  • an electronic device that is, a communication relay device 1000 includes a plurality of cone antennas 1100-1 to 1100-4, a transceiver circuit 1250, and a processor 1400.
  • the communication relay apparatus 1000 includes a cone array antenna corresponding to the plurality of cone antennas 1100-1 to 1100-4.
  • the cone array antennas 1100-1 to 1100-4 are provided between the first substrate S1 and the second substrate S2, and the upper part is connected to the first substrate S1, and the lower part is connected to the first substrate S1. 2 It is connected to the substrate S2.
  • cone radiators 1100R1 to 1100R4 having an upper opening thereon are arranged at predetermined intervals.
  • metal patches 1101-1 to 1101-4 may be disposed on one side of each of the cone radiators 1100R1 to 1100R4.
  • a patch array radiator 1101 including metal patches 1101-1 to 1101-4 is formed on the first substrate S1.
  • the patch array radiator 1101 is configured by arranging metal patches 1101-1 to 1101-4 formed to be spaced apart from upper openings of the cone radiators 1100R1 to 1100R4.
  • the shorting pins 1102-1 to 1102-4 are formed to electrically connect the metal patches 1102-1 to 1102-4 and the ground layer GND of the second substrate S2.
  • the first and second shorting pins 1102-1 and 1102-2 in the outer center of the circular patch corresponding to the first and second metal patches 1101-1 and 1101-2 are formed on the second substrate ( It is connected with S2).
  • the third and fourth shorting pins 1102-3 are connected to the second substrate S2 at the outer center of the circular patch corresponding to the third and fourth metal patches 1101-3 and 1101-4.
  • the shapes and arrangements of the first to fourth metal patches 1101-1 to 1101-4 are not limited thereto, and may be variously changed according to applications.
  • the arrangement of the first to fourth cone antennas 1100-1 to 1100-4 will be described in detail as follows. Meanwhile, among the cone array antennas, the cone antennas 1101-3 and 1101-4 disposed at the bottom are substantially the same as the cone antennas 1100-1 and 1100-2 disposed at the top in the horizontal direction (ie, the x-axis). Can be placed in position. Accordingly, while minimizing the overall size of the cone antenna module including the first to fourth cone antennas 1100-1 to 1100-4, the level of mutual interference can be maintained below a certain level.
  • the first and second cone antennas 1100-1 and 1100-2 disposed on the upper part are separated by the millimeter wave antenna module 1120 to increase the distance between them and improve the degree of isolation between them.
  • the first and second metal patches 1101-1 and 1101-2 disposed on the upper left and the upper right are formed as circular patches having a circular outer shape. Therefore, the circular patches 1101-1 and 1101-2 corresponding to the first and second metal patches disposed on the upper left and the upper right of the patch array radiators are symmetrically formed with the first and second cone radiators 1100R1 and 1100R3. ) Can be placed in the right area and the left area. That is, the first circular patch 1101-1 is disposed only in the right area of the first cone radiator 1100R1. In addition, the second circular patch 1101-2 is disposed only in the left area of the second cone radiator 1100R2.
  • the third and fourth cone antennas 1100-3 and 1100-4 disposed at the bottom are separated by the millimeter wave antenna module 1120, so that the distance between them increases and the degree of isolation between them is improved.
  • the third and fourth metal patches 1101-3 and 1101-4 disposed on the lower left and the lower right are formed as circular patches having a circular shape outside. Accordingly, the circular patches 1101-3 and 1101-4 corresponding to the third and fourth metal patches disposed in the lower left and lower right of the patch array radiators are symmetrical and the third and fourth cone radiators 1100R3 and 1100R4 ) May be disposed in the right area and the left area. That is, the third circular patch 1101-3 is disposed only in the right area of the third cone radiator 1100R3. In addition, the fourth circular patch 1101-4 is disposed only in the left area of the fourth cone radiator 1100R4.
  • the cone array antennas 1100-1 to 1100-4 and the patch array radiator 1101 may be configured as 2x2 cone array antennas spaced apart from each other at predetermined intervals in the horizontal direction and the vertical direction.
  • the 2x2 cone array antenna can be configured to perform multiple input/output (MIMO) in a lower band than the 5G Sub 6 band.
  • the transceiver circuit 1250 is connected through the feeding units 1105-1 to 1105-4 of the cone array antenna, and 2x2 cone array antennas 1100-1 to 1100- to perform multiple input/output (MIMO). It is configured to emit a signal through 4).
  • the communication relay apparatus 1000 may be configured to further include other antennas in addition to the plurality of cone antennas 1100-1 to 1100-4.
  • the communication relay apparatus 1000 may further include an antenna module 1130 capable of operating in a low band LB.
  • the cone antenna modules 1100-1 to 1100-4 including the cone array antenna 1100R and the patch array radiator 1101 may operate in the first frequency band.
  • the PIFA antenna module 1130 can be configured to operate in a second frequency band that is a lower frequency band than the first frequency band.
  • the PIFA antenna module 1130 disposed on the side of the communication relay device includes first and second PIFA antenna modules 1131 and 1132. Accordingly, one of the PIFA antenna modules 1130 (ie, the first PIFA antenna module 1131) may be disposed in an upper area of the side portion of the communication relay device 1000. On the other hand, the other one of the PIFA antenna modules 1130 (that is, the second PIFA antenna module 1132) may be disposed in a side area of the side of the communication relay device 1000.
  • the communication relay apparatus 1000 may be configured to further include other antennas in addition to the plurality of cone antennas 1100-1 to 1100-4.
  • the communication relay device 1000 may further include a WiFi antenna module 1140.
  • the Wi-Fi antenna modules 1141 and 1142 are configured to operate in a Wi-Fi frequency band, and are disposed in an upper area of a side portion and a side area of the side portion, respectively.
  • one of the Wi-Fi antenna modules 1140 ie, the first Wi-Fi antenna module 1141) may be disposed between the PIFA antenna modules 1131 and 1132.
  • the first antenna and the second antenna of the Wi-Fi antenna module 1140 may generate polarizations that are orthogonal to each other.
  • an electronic device such as a communication relay device may further include a transceiver circuit 1250.
  • an electronic device such as a communication relay device may further include a processor 1400.
  • the processor 1400 may be a baseband processor configured to control the transceiver circuit 1250.
  • the transmission/reception unit circuit 1250 is connected to the cone radiators 1100R1 to 1100R4 through the power supply units 1105-1 to 1105-4, respectively.
  • the transceiver circuit 1250 may control to radiate a first signal in a first frequency band through at least one of the cone antennas 1100-1 to 1100-4.
  • the transceiver circuit 1250 may control to radiate a second signal of a second frequency band lower than the first frequency band through at least one of the cone antennas 1100-1 to 1100-4.
  • the processor 1400 may control the transmission/reception unit 1250 to perform multiple input/output (MIMO) through two or more of the plurality of cone antennas 1100-1 to 1100-4.
  • MIMO multiple input/output
  • the processor 1400 transmits/receives 1250 to perform multiple input/output (MIMO) through two or more of the plurality of cone antennas 1100-1 to 1100-4. ) To control.
  • MIMO multiple input/output
  • the processor 1400 may control the transceiver circuit 1250 to operate in the first frequency band.
  • the processor 1400 may deactivate some components of the transceiver circuit 1250 operating in the second frequency band.
  • the processor 1400 transmits/receives to perform multiple input/output (MIMO) through at least two of the plurality of cone antennas 1100-1 to 1100-4. Control the unit 1250.
  • MIMO multiple input/output
  • the processor 1400 may control the transceiver circuit 1250 to operate in the second frequency band.
  • the processor 1400 may deactivate some components of the transceiver circuit 1250 operating in the first frequency band.
  • the processor 1400 may use only one cone antenna. To this end, the processor 1400 may control the transceiver circuit 1250 to perform carrier aggregation (CA) on the first signal and the second signal received through one cone antenna. Accordingly, the processor 1400 may simultaneously acquire all of the first and second information included in the first and second signals, respectively.
  • CA carrier aggregation
  • the cone antennas 1100-1 to 1100-4 may be disposed on the upper left, upper right, lower left, and upper right of an electronic device, that is, a communication relay device.
  • the arrangement of the cone antennas 1100-1 to 1100-4 is preferably configured such that the separation distance between the electronic devices, that is, a communication relay 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
  • an array antenna of a 5G millimeter wave band is disposed in a vehicle with a plurality of broadband antennas, it is optimally disposed in consideration of the degree of isolation between one electronic device (for example, a communication relay device) and a vehicle. It has the advantage of being able to do it.
  • 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 that store data that can be read by a computer system. Examples of computer-readable media include hard disk drives (HDDs), solid state disks (SSDs), silicon disk drives (SDDs), ROMs, RAM, CD-ROMs, magnetic tapes, floppy disks, optical data storage devices, etc.
  • HDDs hard disk drives
  • SSDs solid state disks
  • SDDs silicon disk drives
  • ROMs read-only memory
  • RAM compact disc drives
  • CD-ROMs compact discs
  • magnetic tapes magnetic tapes
  • floppy disks optical data storage devices
  • optical data storage devices etc.
  • carrier wave for example, transmission over the Internet
  • the computer may include a control unit of the terminal.

Abstract

본 발명에 따른 안테나를 구비하는 전자 기기가 제공된다. 상기 전자 기기는 제1 기판과 제2 기판 사이에 구비되고,　상부는 상기 제1 기판과 연결되고, 하부는 상기 제2 기판과 연결되며,　상부에 개구부를 구비한　콘 방사체들이 소정 간격으로 배열된 콘 배열 안테나(conical array antenna); 상기 제1 기판에 형성되며, 상기 상부 개구부에 이격되게 형성된 금속 패치들이 배열된 패치 배열 방사체(patch array radiator); 상기 금속 패치들과 상기 제2기판의 그라운드 층을 전기적으로 연결하도록 형성된 단락 핀들; 및 상기 콘 배열 안테나 중 일 측과 타 측에 형성되는 콘 안테나 사이에 밀리미터파 대역에서 동작하는 밀리미터파 안테나 모듈이 배치되어, 안테나 성능을 최적화하면서 각 안테나 간 격리도를 향상시킬 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)로 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 또는 차량 내에 배치할 지 구체적인 배치 구조가 제시된 바 없다는 문제점이 있다.
또한, 5G Sub6 대역까지 커버하는 광대역 안테나를 복수로 배치하는 경우, 이들 간에 간섭을 고려한 최적 배치 구조가 제시된 바 없다는 문제점이 있다. 특히, 이러한 광대역 안테나가 LTE 대역 중 저주파수 대역까지 커버하는 경우, 복수의 안테나 소자가 간섭이 더 증가할 수 있다.
또한, 이러한 복수의 광대역 안테나와 함께, 5G 밀리미터파 대역의 배열 안테나가 하나의 전자기기(예를 들어, 통신 중계 장치)와 차량 등에 배치되는 경우, 최적 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 복수의 광대역 안테나 소자를 구비하는 전자 기기를 제공하기 위한 것이다
본 발명의 다른 일 목적은, 저주파수 대역에서 5GHz 대역까지 동작하기 위해 복수 개의 방사체가 배치된 전자 기기 또는 차량을 제공하기 위한 것이다
본 발명의 다른 일 목적은, 복수의 광대역 안테나와 함께, 5G 밀리미터파 대역의 배열 안테나가 하나의 전자기기(예를 들어, 통신 중계 장치)와 차량 등에 배치되는 경우, 최적 배치 구조를 제공하기 위한 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 안테나를 구비하는 전자 기기가 제공된다. 상기 전자 기기는 제1 기판과 제2 기판 사이에 구비되고,　상부는 상기 제1 기판과 연결되고, 하부는 상기 제2 기판과 연결되며,　상부에 개구부를 구비한　콘 방사체들이 소정 간격으로 배열된 콘 배열 안테나(conical array antenna); 상기 제1 기판에 형성되며, 상기 상부 개구부에 이격되게 형성된 금속 패치들이 배열된 패치 배열 방사체(patch array radiator); 상기 금속 패치들과 상기 제2기판의 그라운드 층을 전기적으로 연결하도록 형성된 단락 핀들; 및 상기 콘 배열 안테나 중 일 측과 타 측에 형성되는 콘 안테나 사이에 밀리미터파 대역에서 동작하는 밀리미터파 안테나 모듈이 배치되어, 안테나 성능을 최적화하면서 각 안테나 간 격리도를 향상시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 콘 배열 안테나와 상기 패치 배열 방사체는, 수평 방향과 수직 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치된 2x2 콘 안테나로 구성되고, 상기 2x2 콘 안테나의 급전부를 통해 연결되고, 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 상기 2x2 콘 배열 안테나를 통해 신호를 방사하도록 구성된 송수신부 회로를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 패치 배열 방사체 중 좌측 상부 및 우측 상부에 배치된 제1 및 제2 금속 패치에 해당하는 원형 패치는 대칭 형태로 제1 및 제2 콘 방사체의 우측 영역과 좌측 영역에 배치되고, 상기 패치 배열 방사체 중 좌측 하부 및 우측 하부에 배치된 제3 및 제4 금속 패치에 해당하는 원형 패치는 대칭 형태로 제3 및 제4 콘 방사체의 우측 영역과 좌측 영역에 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 내지 제4 금속 패치는 원형 패치의 외측 중심부에서 상기 제2 기판과 연결되는 제1 내지 제4 단락 핀을 포함하고, 상기 제1 내지 제4 금속 패치는 상기 제1 내지 제4 단락 핀에 해당하는 하나의 단락 핀에 의해 콘 안테나 모듈의 크기를 최소화하고, 상기 콘 안테나의 방사 패턴의 널(null)이 생성되는 것을 방지할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 대칭 형태의 원형 패치와 상기 원형 패치의 외측 중심부에 배치된 대칭 형태의 상기 제1 내지 제4 단락 핀에 의해, 수평 방향의 콘 안테나 모듈 간의 상호 간섭 수준을 저감할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 콘 안테나 모듈은 제1 주파수 대역에서 동작하고, 상기 제1 주파수 대역보다 낮은 주파수 대역인 제2 주파수 대역에서 동작하도록 구성되고, 상기 통신 중계 장치의 측면부에 배치되는 PIFA 안테나 모듈을 더 포함하고, 상기 PIFA 안테나 모듈 중 하나는 상기 측면부의 상부 영역에 배치되고, 상기 PIFA 안테나 모듈 중 다른 하나는 상기 측면부의 측면 영역에 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 와이파이 주파수 대역에서 동작하도록 구성되고, 상기 측면부의 상부 영역과 상기 측면부의 측면 영역에 배치되는 와이파이 안테나 모듈을 더 포함하고, 상기 와이파이 안테나 모듈 중 하나는 상기 PIFA 안테나 모듈 사이에 배치되고, 상기 와이파이 안테나 모듈 중 제1 안테나와 제2 안테나는 상호 직교하는 편파를 생성할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 밀리미터파 안테나 모듈이 배치되는 영역에는 상기 제1 기판이 제거되어, 상기 콘 배열 안테나와 상기 밀리미터파 안테나 모듈 간에 간섭을 제거하도록 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 밀리미터파 안테나 모듈은 밀리미터파 대역에서 빔 포밍을 수행하도록 구성되는 배열 안테나; 및 상기 배열 안테나의 각각의 안테나 소자에 위상 제어된 신호를 전달하도록 구성된 제2 송수신부 회로를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 패치 배열 방사체를 구성하는 제1 내지 제4 금속 패치는 원형 패치로 구성되고, 상기 제1 내지 제4 금속 패치에 해당하는 원형 패치의 내측 형상(inner side shape)은 상기 상부 개구부의 외곽선의 형상에 대응되도록 원형으로 형성되어, 제1 내지 제4 콘 방사체로부터 방사되는 신호가 상기 원형 패치의 내측을 통해 커플링되도록 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 기판 상에 형성되고, 하부 개구부를 통해 상기 신호를 제1 내지 제4 콘 방사체로 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 제1 내지 제4 콘 방사체가 고정될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 콘 방사체들 각각은, 상기 콘 방사체의 상기 상부 개구부를 형성하고, 상기 콘 방사체를 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 상부와 하부에 형성된 2개의 체결구를 통해 상기 콘 방사체를 상기 제1 기판과 기구적으로 체결할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 콘 배열 안테나와 상기 금속 패치들은 제1 내지 제4 콘 안테나를 구성하고, 상기 제1 내지 제4 콘 안테나는 상기 밀리미터파 안테나 모듈의 일 측에 배치된 제1 및 제3 콘 안테나와 상기 밀리미터파 안테나 모듈의 타 측에 배치된 제2 및 제4 콘 안테나를 포함하고, 상기 타 측에 배치된 상기 제2 및 제4 콘 안테나는 상기 일 측에 배치된 상기 제1 및 제3 콘 안테나에 대해 되어 소정 각도만큼 회전된 형태로 배치되어, 상호 간섭 수준을 저감하도록 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 내지 제4 콘 안테나는 실질적으로 90도만큼 순차적으로 회전된 형태로 배치되어, 상호 간섭 수준을 저감하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따른 안테나를 구비하는 통신 중계 장치가 제공된다. 상기 통신 중계 장치는 제1 기판과 제2 기판 사이에 구비되고,　상부는 상기 제1 기판과 연결되고, 하부는 상기 제2 기판과 연결되며,　상부에 개구부를 구비한　콘 방사체들이 소정 간격으로 배열된 콘 배열 안테나(conical array antenna); 상기 제1 기판에 형성되며, 상기 상부 개구부에 이격되게 형성된 금속 패치들이 배열된 패치 배열 방사체(patch array radiator); 상기 금속 패치들과 상기 제2기판의 상기 그라운드 층을 전기적으로 연결하도록 형성된 단락 핀들; 및 상기 콘 배열 안테나의 급전부를 통해 연결되고, 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 상기 콘 배열 안테나를 통해 신호를 방사하도록 구성된 송수신부 회로를 포함할 수 있다. 한편, 상기 콘 배열 안테나 중 일 측과 타 측에 형성되는 콘 안테나 사이에 밀리미터파 대역에서 동작하는 밀리미터파 안테나 모듈이 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 콘 배열 안테나와 상기 패치 배열 방사체는, 수평 방향과 수직 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치된 2x2 콘 안테나로 구성되고, 상기 송수신부 회로는 상기 2x2 콘 안테나의 급전부를 통해 연결되고, 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 상기 2x2 콘 배열 안테나를 통해 신호를 방사하도록 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 패치 배열 방사체 중 좌측 상부 및 우측 상부에 배치된 제1 및 제2 금속 패치에 해당하는 원형 패치는 대칭 형태로 제1 및 제2 콘 방사체의 우측 영역과 좌측 영역에 배치되고, 상기 패치 배열 방사체 중 좌측 하부 및 우측 하부에 배치된 제3 및 제4 금속 패치에 해당하는 원형 패치는 대칭 형태로 제3 및 제4 콘 방사체의 우측 영역과 좌측 영역에 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 콘 배열 안테나와 상기 패치 배열 방사체를 포함하는 콘 안테나 모듈은 제1 주파수 대역에서 동작하고, 상기 제1 주파수 대역보다 낮은 주파수 대역인 제2 주파수 대역에서 동작하도록 구성되고, 상기 통신 중계 장치의 측면부에 배치되는 PIFA 안테나 모듈을 더 포함하고, 상기 PIFA 안테나 모듈 중 하나는 상기 측면부의 상부 영역에 배치되고, 상기 PIFA 안테나 모듈 중 다른 하나는 상기 측면부의 측면 영역에 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 와이파이 주파수 대역에서 동작하도록 구성되고, 상기 측면부의 상부 영역과 상기 측면부의 측면 영역에 배치되는 와이파이 안테나 모듈을 더 포함하고, 상기 와이파이 안테나 모듈 중 하나는 상기 PIFA 안테나 모듈 사이에 배치되고, 상기 와이파이 안테나 모듈 중 제1 안테나와 제2 안테나는 상호 직교하는 편파를 생성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 저주파수 대역에서 5G Sub 6 대역까지 넓은 주파수 대역에서 동작하는 서로 다른 형태의 복수의 콘 안테나를 제공하여, 각 안테나 소자 별로 성능을 최적화할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전자 기기 또는 차량에서 저주파수 대역에서 5G Sub 6 대역까지 동작하는 콘 방사체를 복수의 금속 패치 및 단락 핀과 최적으로 배치하여 안테나 성능을 최적화할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 복수의 광대역 안테나와 함께, 5G 밀리미터파 대역의 배열 안테나가 하나의 전자기기(예를 들어, 통신 중계 장치)와 차량 등에 배치되는 경우, 상호 간 격리도를 고려하여 최적 배치할 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 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.
도 2a는 본 발명에 따른 5G Sub 6 대역 이하의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기의 무선 통신부의 구성을 도시한다.
도 2b는 본 발명에 따른 밀리미터파 대역 이하의 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 복수의 콘 안테나들을 구비하는 통신 중계 장치의 3차원 구조의 사시도를 나타낸다. 한편, 도 4b는 본 발명에 따른 복수의 콘 안테나들을 구비하는 통신 중계 장치의 3차원 구조도의 측면도(side view)를 나타낸다.
도 5a는 본 발명에 따른 복수의 콘 안테들과 밀리미터파 안테나 모듈을 구비하는 통신 중계 장치의 전면도(front view)를 나타낸다. 이와 관련하여, 도 5b는 본 발명에 따른 복수의 콘 안테나들을 구성하는 단일 콘 안테나 소자의 사시도를 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 다양한 구조의 콘 배열 안테나 간 격리도를 비교한 개념도이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 2x2 콘 배열 안테나의 배치 구조를 나타낸다.
도 7b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 2x2 콘 배열 안테나의 배치 구조를 나타낸다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 복수의 콘 안테나를 급전하는 급전부와 콘 방사체의 체결 구조 및 급전부의 상세 구조를 나타낸다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 Cone with single shorting pin 구조의 콘 안테나의 전면도를 나타낸다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 원형 패치와 단락 핀으로 이루어진 콘 안테나의 전면도를 나타낸다.
도 11a는 2개의 단락 핀을 구비한 콘 안테나와 같은 대칭 구조에 대한 방사 패턴을 나타낸다. 반면에, 도 11b는 하나의 단락 핀을 구비한 콘 안테나와 같은 구조에 대한 방사 패턴을 나타낸다.
도 12는 본 발명에 따른 복수의 콘 안테나들, 송수신부 회로 및 프로세서를 구비하는 전자 기기, 즉 통신 중계 장치의 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 송수신 시스템 구조 및 이를 구비하는 전자 기기, 특히 이종 무선 시스템(heterogeneous radio system)에서 안테나 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 2a는 본 발명에 따른 5G Sub 6 대역 이하의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기의 무선 통신부의 구성을 도시한다. 한편, 도 2b는 본 발명에 따른 밀리미터파(mmWave) 대역 이하의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기의 무선 통신부의 구성을 도시한다.
도 2a 및 도 2b를 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, 310 내지 340)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 내지 ANT4)를 통해 수신되는 수신 대역의 신호는 듀플렉서(231)의 제2 출력포트를 통해 저잡음 증폭기(310, 340)로 수신된다.
이와 관련하여, 도 2a의 안테나(ANT1 내지 ANT4)는 5G Sub 6 대역 이하의 주파수에서 신호를 송신 및/또는 수신하도록 구성된다. 이와 관련하여, 도 2a의 안테나(ANT1 내지 ANT4) 각각은 하나의 방사 소자(radiating element)로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 도 2a의 안테나(ANT1 내지 ANT4) 각각은 도 4a 내지 도 5b의 콘 안테나(1100-1 내지 1100-4)에 해당한다.
한편, 도 2b의 안테나(ANT1 내지 ANT4)는 밀리미터파(mmWave) 대역의 주파수에서 신호를 송신 및/또는 수신하도록 구성된다. 이와 관련하여, 도 2b의 안테나(ANT1 내지 ANT4) 각각은 복수의 방사 소자들(plurality of radiating elements)이 배열된 배열 안테나(array antenna)로 구현될 수 있다.
한편, 배열 안테나로 구현되는 도 2b의 안테나(ANT1 내지 ANT4)는 전력 및 위상 제어부(230)와 연결될 수 있다. 이 경우, 전력 및 위상 제어부(230)를 통해 안테나(ANT1 내지 ANT4)의 각각의 방사 소자로 전달되는 신호의 크기 및 위상을 제어할 수 있다. 이에 따라, 밀리미터파(mmWave) 대역에서 안테나(ANT1 내지 ANT4) 별로 빔 포밍을 독립적으로 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 도 2b의 안테나(ANT 1, ANT 2) 각각은 도 5a의 밀리미터파 배열 안테나 모듈의 제1 및 제2 배열 안테나(ANT1, ANT2)에 해당한다.
한편, 전력 증폭기(210, 220)와 저잡음 증폭기(310,320)는 밀리미터파(mmWave) 대역에서 신호를 증폭하도록 구성된다. 또한, 송수신부 회로(250) 중 RF 회로는 밀리미터파(mmWave) 대역에서 동작하도록 구성된다. 한편, 도 2b의 기저대역 프로세서(400)는 도 2a의 기저대역 프로세서(400)와 일체로 형성되거나 또는 별도로 분리되어 형성될 수 있다.
한편, 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)을 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 2a 및 도 2b와 같은 다중 송수신 시스템이 구비된 본 발명에 따른 서로 다른 대역에서 동작하는 복수의 안테나를 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)를 구비하는 통신 중계 장치를 나타낸다. 구체적으로, 도 4a는 본 발명에 따른 복수의 콘 안테나들을 구비하는 통신 중계 장치의 3차원 구조의 사시도를 나타낸다. 한편, 도 4b는 본 발명에 따른 복수의 콘 안테나들을 구비하는 통신 중계 장치의 3차원 구조도의 측면도(side view)를 나타낸다.
한편, 도 5a는 본 발명에 따른 복수의 콘 안테들과 밀리미터파 안테나 모듈을 구비하는 통신 중계 장치의 전면도(front view)를 나타낸다. 이와 관련하여, 도 5b는 본 발명에 따른 복수의 콘 안테나들을 구성하는 단일 콘 안테나 소자의 사시도를 나타낸다.
도 4a 내지 도 5b를 참조하면, 본 발명에 따른 안테나를 구비하는 통신 중계 장치(1000)는 콘 배열 안테나(conical array antenna, 1100)를 포함한다. 여기서, 콘 배열 안테나(1100)는 복수의 콘 안테나(1100-1 내지 1100-4)를 포함하도록 구성된다. 여기서, 콘 배열 안테나(1100)의 개수는 2x2 콘 배열 안테나에 한정되는 것이 아니라, 응용에 따라 다양하게 변경 가능하다. 예를 들어, 콘 배열 안테나(1100)의 개수는 2x1 콘 배열 안테나, 4x2 콘 배열 안테나 또는 4x4 콘 배열 안테나 등으로 구성 가능하다.
한편, 콘 배열 안테나(1100)는 5G Sub 6 대역까지 동작하므로 별도의 빔 포밍이 요구되는 것은 아니다. 따라서, 콘 배열 안테나(1100)는 빔 포밍 없이 각각의 안테나 소자가 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 구성 가능하다.
콘 배열 안테나(1100)는 상부 기판인 제1 기판(S1)과 하부 기판인 제2 기판(S2) 사이에 구비되고,　상부는 제1 기판(S1)과 연결되고, 하부는 제2 기판(S2)과 연결되도록 구성된다. 여기서, 제1 기판(S1)은 상부 기판에 해당하고, 하부 기판인 제2 기판(S2)은 제1 기판(S1)과 소정 간격으로 이격되고　그라운드 층(GND)을 구비한다. 또한, 콘 배열 안테나(1100)는 상부에 개구부를 구비한　콘 방사체들(1100R)이 소정 간격으로 배열될 수 있다.
한편, 콘 배열 안테나(1100)의 각각의 콘 방사체(1100R1 내지 1100R4)에 인접하게 배치되는 금속 패치들(1101-1 내지 1101-4)도 패치 배열 방사체(patch array radiator, 1101)도 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 패치 배열 방사체(1101)는 제1 기판(S1)에 형성되며, 콘 방사체들(1100R)의 상부 개구부에 이격되게 형성된 금속 패치들(1101-1 내지 1101-4)이 배열되도록 구성될 수 있다.
한편, 각각의 금속 패치(1101-1 내지 1101-4)는 단락 핀(shorting pin, 1102-1 내지 1102-4)과 급전부(feeder, 1105-1 내지 1105-4)를 포함할 수 있다. 또한, 각각의 금속 패치(1101-1 내지 1101-4)는 외곽 림(outer rim, 1103-1 내지 1103-4)와 체결구(fastener, 1104-1 내지 1104-4)를 더 포함할 수 있다.
이와 관련하여, 단락 핀들(1102-1 내지 1102-4)은 금속 패치들(1101-1 내지 1101-4)과 제2 기판(S1)의 그라운드 층(GND)을 전기적으로 연결하도록 형성된다.
한편, 도 4a 내지 도 5b를 참조하면, 패치 배열 방사체(patch array radiator, 1101)의 각각의 소자의 형상은 동일하게 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 금속 패치(1101-1 내지 1101-4)의 형상은 모두 원형 패치일 수 있다. 하지만, 금속 패치(1101-1 내지 1101-4)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니고, 사각 패치 또는 임의의 다각형 형상의 패치일 수 있다.
대안으로, 패치 배열 방사체(1101)의 각각의 소자의 형상은 성능 최적화를 위해 상이하게 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 패치 배열 방사체(1101) 중 일부는 원형 패치 형상이고, 상기 패치 배열 방사체1101) 중 일부는 사각 패치 형상일 수 있다.
한편, 콘 배열 안테나(1100)와 패치 배열 방사체(1101)는, 수평 방향과 수직 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치된 2x2 콘 배열 안테나로 구성될 수 있다. 구체적으로, 콘 배열 안테나(1100)의 방사체들(1101R1 내지 1101R4)와 금속 패치들(1101-1 내지 1101-4)이 소정 간격으로 이격되어 배치되어 2x2 콘 배열 안테나를 구성할 수 있다.
이에 따라, 송수신부 회로(1250)는 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 2x2 콘 배열 안테나(1100)를 통해 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 송수신부 회로(1250)는 2x2 콘 배열 안테나(1100)의 급전부(1105-1 내지 1105-4)를 통해 연결될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 콘 배열 안테나(1100) 중 일 측과 타 측에 형성되는 콘 안테나 사이에 밀리미터파 대역에서 동작하는 밀리미터파 안테나 모듈(1120)이 배치될 수 있다. 구체적으로, 콘 배열 안테나(1100) 중 일 측에 형성되는 콘 안테나(1100-1, 1100-3)와 타 측에 형성되는 콘 안테나(1100-2, 1100-4) 사이에 밀리미터파 대역에서 동작하는 밀리미터파 안테나 모듈(1120)이 배치될 수 있다. 이에 따라, 일 측에 형성되는 콘 안테나(1100-1, 1100-3)와 타 측에 형성되는 콘 안테나(1100-2, 1100-4) 간에 충분한 간격이 확보될 수 있다. 따라서, 콘 배열 안테나(1100) 간의 상호 간섭(mutual interference)를 저감하여 다중 입출력(MIMO)에 따른 신호 간 격리도(isolation)를 증가시킬 수 있다.
구체적으로, 패치 배열 방사체(1101) 중 좌측 상부 및 우측 상부에 배치된 제1 및 제2 금속 패치에 해당하는 원형 패치(1101-1, 1101-2)는 대칭 형태로 배치될 수 있다. 즉, 제1 및 제2 금속 패치에 해당하는 원형 패치(1101-1, 1101-2)는 제1 및 제2 콘 방사체(1100R1, 1100R2)의 우측 영역과 좌측 영역에 각각 배치될 수 있다.
또한, 패치 배열 방사체(1101) 중 좌측 하부 및 우측 하부에 배치된 제3 및 제4 금속 패치에 해당하는 원형 패치(1101-3, 1101-4)는 대칭 형태로 배치될 수 있다. 즉, 제3 및 제4 금속 패치에 해당하는 원형 패치(1101-3, 1101-4)는 제3 및 제4 콘 방사체(1100R3, 1100R4)의 우측 영역과 좌측 영역에 각각 배치될 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 통신 중계 장치(1000)의 콘 배열 안테나(1100R1 내지 1100R4)와 금속 패치들(1101-1 내지 1101-4)은 각각 제1 내지 제4 콘 안테나(1100-1 내지 1100-4)를 구성할 수 있다. 한편, 제1 내지 제4 콘 안테나(1100-1 내지 1100-4)는 밀리미터파 안테나 모듈(1120)의 일 측에 배치된 제1 및 제3 콘 안테나(1100-1, 1100-3)를 포함할 수 있다. 또한, 제1 내지 제4 콘 안테나(1100-1 내지 1100-4)는 밀리미터파 안테나 모듈(1120)의 타 측에 배치된 제2 및 제4 콘 안테나(1100-2, 1100-4)를 포함할 수 있다.
보다 상세하게는, 타 측에 배치된 제2 및 제4 콘 안테나(1100-2, 1100-4)는 일 측에 배치된 제1 및 제3 콘 안테나(1100-1, 1100-3)에 대해 되어 소정 각도만큼 회전된 형태로 배치될 수 있다. 즉, 제2 및 제4 콘 안테나(1100-2, 1100-4)는 1 및 제3 콘 안테나(1100-1, 1100-3)에 대해 실질적으로 180도만큼 회전된 형태로 배치되어, 상호 간섭 수준을 저감하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 실질적으로 180도만큼 회전된 형태로 배치된 콘 안테나들은 상호 대칭 형태로 배치되어, 상호 간섭 수준을 저감할 수 있다.
이와 관련하여, 도 6은 본 발명에 따른 다양한 구조의 콘 배열 안테나 간 격리도를 비교한 개념도이다. 이와 관련하여, 도 6(a)는 콘 배열 안테나(1100)가 상호 대칭으로 형성된 구조를 나타낸다. 즉, 콘 방사체(1100R1, 1100R2)의 서로 다른 측면에 금속 패치(1101-1, 1101-2)가 형성된다. 이에 따라, 금속 패치(1101-1, 1101-2)에 형성되는 단락 핀(1102-1, 1102-2)도 상호 인접하게 배치된다. 따라서, 상호 대칭 형태로 형성된 콘 배열 안테나(1100) 간에 간섭 신호는 상호 상쇄될 수 있다. 특히, 단락 핀(1102-1, 1102-2)이 상호 인접하게 배치됨에 따라 간섭 신호 간에 긴 신호 경로를 형성할 수 있어 간섭 신호가 상호 상쇄될 수 있다.
반면에, 도 6(b)는 콘 배열 안테나(1100)가 동일한 배치 구조로 형성된 구조를 나타낸다. 즉, 콘 방사체(1100R1, 1100R2)의 동일 측면에 금속 패치(1101-1, 1101-2)가 형성된다. 이에 따라, 금속 패치(1101-1, 1101-2)에 형성되는 단락 핀(1102-1, 1102-2)도 동일 측면에 배치된다. 따라서, 동일 배치 구조로 형성된 콘 배열 안테나(1100) 간에 간섭 신호는 상호 상쇄되기 어렵다는 문제점이 있다.
한편, 도 6(c)는 콘 배열 안테나(1100)가 동일한 배치 구조로 형성된 구조를 나타낸다. 즉, 콘 방사체(1100R1, 1100R3)의 동일 측면에 금속 패치(1101-1, 1101-2)가 형성된다. 이에 따라, 금속 패치(1101-1, 1101-3)에 형성되는 단락 핀(1102-1, 1102-3)도 동일 측면에 배치된다. 따라서, 동일 배치 구조로 형성된 콘 배열 안테나(1100) 간에 간섭 신호는 상호 상쇄되기 어렵다는 문제점이 있다.
한편, 본 발명에 따른 콘 배열 안테나(1100)의 금속 패치(1101-1 내지 1101-4)의 형상은 원형 패치 또는 사각 패치일 수 있다. 이와 관련하여, 상부에 배치되는 제1 및 제2 콘 안테나(1100-1, 1100-2)는 상호 대칭 형태이고 이격 거리가 크므로, 상호 간섭 수준을 낮게 유지할 수 있다. 또한, 하부에 배치되는 제3 및 제4 콘 안테나(1100-2, 1100-4)도 상호 대칭 형태이고 이격 거리가 크므로, 상호 간섭 수준을 낮게 유지할 수 있다.
하지만, 일 측에 배치되는 제1 및 제3 콘 안테나(1100-1, 1100-3) 간에는 도 6(c)와 같은 동일한 배치 구조로 인해 상호 간섭 수준이 증가할 수 있다. 또한, 타측에 배치되는 제2 및 제4 콘 안테나(1100-2, 1100-4) 간에는 도 6(c)와 같은 동일한 배치 구조로 인해 상호 간섭 수준이 증가할 수 있다.
하지만, 본 발명에서는 콘 배열 안테나(1100) 중 일 측에 형성되는 콘 안테나(1100-1, 1100-3)와 타 측에 형성되는 콘 안테나(1100-2, 1100-4) 사이에 밀리미터파 대역에서 동작하는 밀리미터파 안테나 모듈(1120)이 배치될 수 있다. 이에 따라, 일 측에 형성되는 콘 안테나(1100-1, 1100-3)와 타 측에 형성되는 콘 안테나(1100-2, 1100-4) 간에 충분한 간격이 확보될 수 있다. 따라서, 콘 배열 안테나(1100) 간의 상호 간섭(mutual interference)를 저감하여 다중 입출력(MIMO)에 따른 신호 간 격리도(isolation)를 증가시킬 수 있다.
이와 같이 밀리미터파 안테나 모듈(1120)이 배치됨에 따라, 일 측에 형성되는 제1 및 제3 콘 안테나(1100-1, 1100-3) 간에도 상호 간섭 수준이 저감될 수 있다. 한편, 밀리미터파 안테나 모듈(1120)이 배치됨에 따라, 타 측에 형성되는 제2 및 제4 콘 안테나(1100-2, 1100-4) 간에도 상호 간섭 수준이 저감될 수 있다.
이와 관련하여, 밀리미터파 안테나 모듈(1120)의 바디 영역이 그라운드로 동작하므로, 제1 및 제3 콘 안테나(1100-1, 1100-3) 간에도 상호 간섭 수준이 저감될 수 있다. 또한, 밀리미터파 안테나 모듈(1120)의 바디 영역이 그라운드로 동작하므로, 제2 및 제4 콘 안테나(1100-2, 1100-4) 간에도 상호 간섭 수준이 저감될 수 있다.
한편, 제1 및 제3 콘 안테나(1100-1, 1100-3)의 금속 패치(1101-1, 1101-3)가 사각 패치가 아닌 원형 패치로 구현됨에 따라, 원형 패치(1101-1, 1101-3)의 크기가 감소됨에 따라 상호 간섭 수준은 더 저감될 수 있다. 또한, 제2 및 제4 콘 안테나(1100-2, 1100-4)의 금속 패치(1101-2, 1101-4)가 사각 패치가 아닌 원형 패치로 구현됨에 따라, 원형 패치(1101-2 1101-4)의 크기가 감소됨에 따라 상호 간섭 수준은 더 저감될 수 있다.
한편, 도 7a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 2x2 콘 배열 안테나의 배치 구조를 나타낸다. 반면에, 도 7b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 2x2 콘 배열 안테나의 배치 구조를 나타낸다. 구체적으로, 도 7a는 일 측에 형성된 제1 및 제3 콘 안테나(1100-1, 1100-3) 간에 회로 기판(CB: circuit board)이 배치되는 구성을 나타낸다. 이와 같은 회로 기판(CB)에 의해 동일 배치 구조로 형성된 제1 및 제3 콘 안테나(1100-1, 1100-3) 간 상호 간섭 수준이 저감될 수 있다. 또한, 회로 기판(CB)이 배치됨에 따라 타 측에 형성된 제2 및 제4 콘 안테나(1100-2, 1100-4) 간 상호 간섭 수준도 저감될 수 있다. 여기서, 회로 기판(CB)은 전술한 밀리미터파 안테나 모듈(1120)을 적어도 일부 포함할 수 있다. 대안으로, 회로 기판(CB)은 밀리미터파 안테나 모듈(1120)이나 송수신부 회로가 아닌 DC 회로 기판 또는 제어 회로 기판일 수 있다.
반면에, 도 7b는 콘 배열 안테나(1100)가 소정 각도만큼 순차적으로 회전된 형태로 배치될 수 있다. 구체적으로, 제2 콘 안테나(1101-2)는 제1 콘 안테나(1101-1)에 비해 실질적으로 90도만큼 회전된 상태로 배치될 수 있다. 또한, 제3 콘 안테나(1101-3)는 제2 콘 안테나(1101-2)에 비해 실질적으로 90도만큼 회전된 상태로 배치될 수 있다. 또한, 제4 콘 안테나(1101-4)는 제3 콘 안테나(1101-3)에 비해 실질적으로 90도만큼 회전된 상태로 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 내지 제4 콘 배열 안테나(1101-1 내지 1101-4)는 일 축 방향과 이에 수직한 타 축 방향에 대해 상호 간섭 수준이 모두 저감될 수 있다는 장점이 있다.
한편, 타 측에 배치된 제2 및 제4 콘 안테나(1100-2, 1100-4)는 일 측에 배치된 제1 및 제3 콘 안테나(1100-1, 1100-3)에 대해 되어 소정 각도만큼 회전된 형태로 배치될 수 있다. 즉, 제2 및 제4 콘 안테나(1100-2, 1100-4)는 1 및 제3 콘 안테나(1100-1, 1100-3)에 대해 실질적으로 90도만큼 회전된 형태로 배치되어, 상호 간섭 수준을 저감하도록 구성될 수 있다. 따라서, 제1 내지 제4 콘 안테나(1100-1 내지 1100-4)는 실질적으로 90도만큼 순차적으로 회전된 형태로 배치되어, 상호 간섭 수준을 저감하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 실질적으로 90도만큼 회전된 형태로 배치된 콘 안테나들은 순차적으로 회전된 형태로 배치되어, 상호 간섭 수준을 저감할 수 있다.
도 7a 및 도 7b에서 패치 배열 방사체(1101)의 형상은 도 6a 및 도 6b와 달리 사각 패치로 형성될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 패치 배열 방사체(1101)의 형상은 원형 패치 또는 임의의 다각형 패치일 수 있다. 이와 관련하여, 패치 배열 방사체(1101)의 형상이 더 작은 크기의 원형 패치로 구현되면, 상호 간섭 수준을 더 저감할 수 있다. 하지만, 더 작은 크기의 원형 패치에 의해 저주파수 대역까지 커버하지 못하여 대역폭 특성이 열화될 수 있다. 반면에, 패치 배열 방사체(1101)의 형상이 더 큰 크기의 사각 패치로 구현되면, 상호 간섭 수준은 다소 증가할 수 있다. 하지만, 더 큰 크기의 사각 패치에 의해 저주파수 대역까지 커버하여 콘 안테나(1100)의 대역폭 특성이 개선될 수 있다.
따라서, 본 발명의 통신 중계 장치(1000)는 저 대역(LB)에서는 별도의 안테나를 통해 신호를 송신 및 수신하고, 나머지 대역(MB, HB, UHB)에서는 콘 안테나(1100)를 통해 신호를 송신 및 수신할 수 있다. 따라서, 도 7a 및 도 7b와 같은 배치 구조를 채택하지 않고, 도 5와 같은 배치 구조를 통해서도 콘 안테나(1100) 상호 간섭 수준을 충분히 저감할 수 있다. 전술한 바와 같이, 도 5의 구조를 통해, 콘 배열 안테나(1100) 간의 상호 간섭(interference)를 저감하여 다중 입출력(MIMO)에 따른 신호 간 격리도(isolation)를 증가시킬 수 있다.
한편, 도 4a 내지 도 5b를 참조하면, 통신 중계 장치(1000)의 일 측에 배치된 제1 및 제2 금속 패치(1101-1, 1101-2)는 외측 형상이 원형 형상인 원형 패치로 형성될 수 있다. 또한, 통신 중계 장치(1000)의 타 측에 배치된 제3 및 제4 금속 패치(1101-3, 1101-4)도 외측 형상이 원형 형상인 원형 패치로 형성되어, 콘 안테나 간 상호 간섭을 방지하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 및 제2 콘 안테나(1001-1, 1100-2)는 상호 대칭 구조로 배치되어, 상호 간섭 수준을 저감할 수 있다. 또한, 제3 및 제4 콘 안테나(1001-3, 1100-4)도 상호 대칭 구조로 배치되어, 상호 간섭 수준을 저감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 콘 안테나(1100)의 제1 내지 제4 금속 패치(1101-1 내지 1101-4)는 원형 패치의 외측 중심부에서 제2 기판(S2)과 연결되는 제1 내지 제4 단락 핀(1102-1 내지 1102-4)을 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 내지 제4 금속 패치(1101-1 내지 1101-4)는 제1 내지 제4 단락 핀(1102-1 내지 1102-4)에 해당하는 금속 패치 당 하나의 단락 핀에 의해 콘 안테나 모듈의 크기를 최소화할 수 있다. 또한, 제1 내지 제4 단락 핀(1102-1 내지 1102-4)에 해당하는 금속 패치 당 하나의 단락 핀에 의해 콘 안테나의 방사 패턴의 널(null)이 생성되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명에 따르면, 대칭 형태의 원형 패치(1101-1 내지 1101-4)와 외측 중심부에 배치된 대칭 형태의 제1 내지 제4 단락 핀(1102-1 내지 1102-4)에 의해, 수평 방향의 콘 안테나 모듈 간의 상호 간섭 수준을 저감할 수 있다. 또한, 이러한 수평 방향의 콘 안테나 모듈, 즉 제1 및 제2 콘 안테나(1100-1, 1101-2) 간의 낮은 간섭 수준과 제3 및 제4 콘 안테나(1101-3, 1101-4) 간의 낮은 간섭 수준에 의해 다른 콘 안테나들 간에도 낮은 간섭 수준을 유지할 수 있다.
전술한 바와 같이, 단락 핀(1102-1 내지 1102-4)은 금속 패치(1101-1 내지 1101-4)와 제2 기판(S2)의 그라운드 층(GND)을 전기적으로 연결하도록 형성된다. 한편, 단락 핀(1102-1 내지 1102-5)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(1102-1 내지 1102-4)은 금속 패치(1101-1 내지 1101-4)와 제2 기판(S2) 사이에 하나의 단락 핀으로 형성될 수 있다. 이와 같은 하나의 단락 핀(1102-1 내지 1102-3)에 의해, 콘 안테나의 방사 패턴의 널(null)이 생성되는 것을 방지할 수 있다. 이에 대한 동작 원리 및 기술적 특징은 도 11a 및 도 11b에서 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 4b를 참조하면, 하나의 단락 핀을 구비한 콘 안테나는 급전부(1105-1 내지 1105-3)-콘 방사체(1100R1 내지 1100R3)-금속 패치(1101-1 내지 1101-3)-단락 핀(1102-1 내지 1102-3)-그라운드 층(GND)의 전류 경로를 형성한다. 이와 같이, 급전부(1105-1 내지 1105-3)-콘 방사체(1100R1 내지 1100R3)-금속 패치(1101-1 내지 1101-3)-단락 핀(1102-1 내지 1102-3)-그라운드 층(GND)의 비대칭 전류 경로를 통해, 앙각 방향의 보어 사이트에서 방사 패턴이 널(null)이 생성되는 현상을 방지할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 단락 핀(1102-1 내지 1102-5)은 금속 패치(1101-1 내지 1101-4)와 제2 기판(S2)의 그라운드 층(GND) 사이를 수직 연결하도록 구성된 소정 직경의 나사(screw)로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 단락 핀((1102-1 내지 1102-5)의 높이는 2mm로 직경은 1.5mm로 설정될 수 있다. 하지만, 단락 핀(1102-1 내지 1102-5)의 높이와 직경은 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다.
한편, 복수의 콘 안테나(1100-1 내지 1100-4)의 금속 패치 형상에 관계없이, 금속 패치(1101-1 내지 1101-4)의 내측 형상(inner side shape)은 원형 형상(circular shape)일 수 있다. 구체적으로, 제1 내지 제4 금속 패치(1101-4)에 해당하는 원형 패치의 내측 형상도 콘 방사체의 상부 개구부의 외곽선의 형상에 대응되도록 원형으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 내지 제4 콘 방사체(1100R1 내지1100R4)로부터 방사되는 신호가 제1 내지 제4 금속 패치(1101-4)의 내측을 통해 커플링되도록 형성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 각각의 금속 패치(1101-1 내지 1101-4)는 단락 핀(shorting pin, 1102-1 내지 1102-4) 이외에 급전부(feeder, 1105-1 내지 1105-4)를 더 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 복수의 콘 안테나를 급전하는 급전부와 콘 방사체의 체결 구조 및 급전부의 상세 구조를 나타낸다.
구체적으로, 도 8a는 본 발명에 따른 복수의 콘 안테나를 급전하는 급전부와 콘 방사체의 체결 구조를 나타낸다. 반면에, 도 8b는 본 발명에 따른 각각의 콘 방사체를 급전하는 각각의 급전부의 구조를 나타낸다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 급전부(1105-1 내지 1105-4)는 하부 기판인 제2 기판(S4) 상에 콘 방사체(1100R1 내지 1100R4)의 형상에 대응되는 형태로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 급전부(1105-1 내지 1105-4)는 제1 급전부(1105-1) 내지 제2 급전부(1105-4)를 포함하도록 구성 가능하다.
한편, 급전부(1105-1 내지 1105-4)는 제2 기판(S2) 상에 형성되고, 제1 내지 제4 콘 방사체(1100R1 내지 1100R4)의 하부 개구부를 통해 신호를 제1 내지 제4 콘 방사체(1100R1 내지 1100R4)로 전달하도록 구성된다. 또한, 급전부(1105-1 내지 1105-4)는 제1 내지 제4 콘 방사체(1100R1 내지 1100R4)의 하부 개구부의 형상에 대응되도록 단부(end portion)가 링 형상으로 구성될 수 있다.
한편, 도 4a 내지 도 8b를 참조하면, 각각의 금속 패치(1101-1 내지 1101-4)는 외곽 림(outer rim, 1103-1 내지 1103-4)와 체결구(fastener, 1104-1 내지 1104-4)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 외곽 림(1103-1 내지 1103-4)은 콘 방사체(1100R1 내지 1100R4)의 상부 개구부와 일체로 형성된다. 또한, 외곽 림(1103-1 내지 1103-4)은 콘 방사체(1100R1 내지 1100R4)를 제1 기판(S1)과 연결하도록 구성된다.
또한, 체결구(1104-1 내지 1104-4)는 외곽 림(1103-1 내지 1103-4)과 제1 기판(S1)을 연결하도록 구성된다. 여기서, 외곽 림(1103-1 내지 1103-4)의 대향하는 영역 상에서 2개의 체결구를 통해 콘 방사체(1100R1 내지 1100R4)를 제1 기판(S1)과 기구적으로 체결할 수 있다. 이 경우, 체결구(1104-1 내지 1104-4)의 개수는 이에 한정되는 것은 아니라, 응용에 따라 다양하게 변경 가능하다. 기구적 안정성 이외에 저주파수 대역에서 다중 공진을 위해 각각의 방사체 별로 외곽 림과 체결구의 개수를 증가시킬 수 있다. 이와 같이 각각의 방사체 별로 구비되는 복수의 외곽 림과 체결구의 개수를 고려하여, 해당 콘 안테나를 "multi-wing 구조"로 지칭할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 통신 중계 장치 (즉, 모바일 라우터, 5G CPE) (1110)는 급전부 단부의 내부를 통해 제2 기판(S2)과 연결되도록 구성된 체결구(fastener, 1107-1 내지 1107-4)를 더 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 체결구(1107-1 내지 1107-4)를 통해 급전부(1105-1 내지 1105-4)가 형성된 제2 기판(S2)과 제1 내지 제4 콘 방사체(1100R1 내지 1100R4)가 고정될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 각각의 콘 안테나(1100-1 내지 1100-4)의 금속 패치들(1101-1 내지 1101-4)은 제1 내지 제4 콘 방사체(1100R1 내지 1100R4)의 상부 개구의 일부 영역을 둘러싸도록 일 측에만 배치될 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101-1 내지 1101-4)를 포함한 콘 배열 안테나(1100-1 내지 1100-4)의 크기를 최소화할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 통신 중계 장치 (즉, 모바일 라우터, 5G CPE) (1110)는 밀리미터파(mmWave) 대역에서 동작 가능한 배열 안테나 모듈(1120)를 더 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 배열 안테나 모듈(1120) 내의 각각의 배열 안테나(도 2b의 ANT1 내지 ANT 4)는 빔 포밍을 수행하도록 다수의 안테나 소자들로 구현될 수 있다. 또한, 제1 배열 안테나(ANT1)와 제2 배열 안테나(ANT2)는 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 구성될 수 있다. 따라서, 통신 중계 장치(1100)는 제1 및 제2 배열 안테나(ANT1)를 서로 다른 방향으로 빔 포밍을 통해 지향하면서 각각 제1 및 제2 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있다.
한편, 배열 안테나 모듈(ANT1 및 ANT2)은 2x2 콘 배열 안테나 중 상부에 배치된 제1 및 제2 금속 패치(1101-1, 1101-2)와 하부에 배치된 제3 및 제4 금속 패치(1101-3, 1101-4) 사이의 영역에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 배열 안테나 모듈(ANT1 및 ANT2)의 개수는 2개에 한정되는 것은 도 2b와 같이 4개 이상으로 구현될 수 있다. 이에 따라, 다수의 배열 안테나 모듈을 통해 2RX 이외에 4RX, 8RX 등을 수행할 수 있다. 또한, 다수의 배열 안테나 모듈을 통해 2TX 이외에 4TX, 8TX 등을 수행할 수 있다. 따라서, 통신 중계 장치(1100)는 다중 입출력(MIMO)을 통해 통신 용량을 증가시킬 수 있다. 또한, 통신 중계 장치(1100)는 동일한 시간/주파수자원을 통해 또는 다수의 통신 기기로 동시에 통신 서비스를 제공할 수 있다.
이와 관련하여, 배열 안테나 모듈 중 하나 (즉, 제1 배열 안테나 모듈(ANT1))은 제1 콘 안테나(1100-1)와 제2 콘 안테나(1100-2)의 사이의 영역에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 해당 영역은 제2 콘 안테나(1100-2)와 제4 콘 안테나(1100-4)의 사이의 영역에도 해당한다.
또한, 배열 안테나 모듈 중 다른 하나 (즉, 제2 배열 안테나 모듈(ANT2))도 제1 콘 안테나(1100-1)와 제2 콘 안테나(1100-2)의 사이의 영역에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 해당 영역은 제2 콘 안테나(1100-2)와 제4 콘 안테나(1100-4)의 사이의 영역에도 해당한다.
한편, 제1 배열 안테나 모듈(ANT1)과 제2 배열 안테나 모듈(ANT2)은 각각 배열 안테나 이외에 이에 연결된 송수신 회로를 더 포함할 수 있다. 여기서, 송수신 회로는 도 2b에 도시된 바와 같이, 전력 및 위상 제어부(230), 전력 증폭기(210, 220), 저잡음 증폭부(310, 320)을 더 포함할 수 있다.
한편, 제1 배열 안테나 모듈(ANT1)과 제2 배열 안테나 모듈(ANT2)은 다중 입출력(MIMO) 수행 시, 상호 간섭 수준이 낮도록 상호 간에 이격되어 배치될 수 있다. 이를 위해, 제1 배열 안테나 모듈(ANT1)과 제2 배열 안테나 모듈(ANT2)은 일 축 방향으로 상호 이격되고, 타 축 방향으로도 상호 이격되게 배치될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 통신 중계 장치(1000)는 복수의 콘 안테나(1100-1 내지 1100-4) 이외에 저대역(LB)에서 동작하는 안테나 모듈(1130)을 더 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 저대역(LB)에서 동작하는 안테나 모듈(1130)은 Planar Inverted F antenna로 구현될 수 있다. 일 예로, 저대역(LB)에서 동작하는 안테나 모듈(1130)은 Folded PIFA로 구현될 수 있다.
이에 따라, 복수의 콘 안테나(1100-1 내지 1100-4)를 포함하는 콘 안테나 모듈(1100)은 제1 주파수 대역에서 동작할 수 있다. 또한, PIFA 안테나 모듈(1130)은 제1 주파수 대역보다 낮은 주파수 대역인 제2 주파수 대역에서 동작하도록 구성되고, 통신 중계 장치(1100)의 측면부에 배치될 수 있다. 이와 같이 통신 중계 장치(1100)의 측면부에 배치되는 PIFA 안테나 모듈(1130)에 의해 5G Sub 6 대역 이외에 LTE와 같은 저대역(LB)에서도 통신 성능을 양호하게 유지할 수 있다.
구체적으로, PIFA 안테나 모듈(1130) 중 하나는 측면부의 상부 영역에 배치되고, PIFA 안테나 모듈(1130) 중 다른 하나는 측면부의 측면 영역에 배치될 수 있다. 이와 같이 다른 영역에 실질적으로 직교하는 형태로 배치되는 PIFA 안테나 모듈(1131, 1132)에 의해 상호 간섭 수준을 낮게 유지하면서 다중 입출력(MIMO)를 수행할 수 있다. 이에 따라, LTE와 같은 저대역(LB)에서도 통신 중계 장치(1000)를 통해 기지국과 이동 단말 간에 2x2 MIMO를 수행할 수 있다.
한편, 통신 중계 장치(1100)는 와이파이 안테나 모듈(1140)을 더 포함할 수 있다. 와이파이 안테나 모듈(1140)은 와이파이 주파수 대역에서 동작하도록 구성되고, 통신 중계 장치(1100)의 측면부의 상부 영역과 측면부의 측면 영역에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 통신 중계 장치(1100)의 측면부의 상부 영역에 제1 와이파이 안테나 모듈(1141)가 배치될 수 있다. 또한, 통신 중계 장치(1100)의 측면부의 측면 영역에 제2 와이파이 안테나 모듈(1142)이 배치될 수 있다.
전술한 저대역(LB)에서 동작하는 제1 및 제2 PIFA 안테나 모듈(1131, 1132) 사이에 해당하는 측면부의 상부 영역에 제1 와이파이 안테나 모듈(1141)가 배치될 수 있다. 또한, 제2 PIFA 안테나 모듈(1132)과 인접한 영역에 해당하는 측면부의 측면 영역에 제2 와이파이 안테나 모듈(1142)이 배치될 수 있다. 즉, 와이파이 안테나 모듈 중 하나의 안테나 모듈(1141)는 PIFA 안테나 모듈(1131, 1132) 사이에 배치될 수 있다.
이에 따라, 제1 및 제2 PIFA 안테나 모듈(1131, 1132)은 서로 다른 측면에 배치되고 상호 간 간격이 충분히 이격되어 다중 입출력 동작 시 간섭 수준을 저감할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 PIFA 안테나 모듈(1131, 1132)은 실질적으로 직교하는 편파, 즉 수평 편파(HP: horizontal polarization)와 수직 편파(VP: vertical polarization)로 동작하므로 상호 간 간섭 수준은 더욱 저감될 수 있다.
한편, 제1 및 제2 와이파이 안테나 모듈(1141, 1142)도 서로 다른 측면에 배치되고 상호 간 간격이 충분히 이격되어 다중 입출력 동작 시 간섭 수준을 저감할 수 있다. 또한, 와이파이 안테나 모듈(1141, 1142) 중 제1 안테나와 제2 안테나는 실질적으로 상호 직교하는 편파, 즉 수평 편파와 수직 편파를 생성하도록 동작한다. 이에 따라서, 와이파이 안테나 모듈(1141, 1142) 중 제1 안테나와 제2 안테나 간 상호 간섭 수준은 더욱 저감될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 통신 중계 장치(1000)는 또 다른 안테나, 즉 제3 와이파이 안테나(1143)을 더 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 및 제2 와이파이 안테나 모듈(1141, 1142)은 프린트된 폴디드 다이폴 또는 프린트된 폴디드 모노폴 안테나 형태로 구현된다. 반면에, 제3 와이파이 안테나(1143)는 통신 중계 장치(1000)의 측면부가 아니라 제1 기판(S1) 상에 패치 안테나 형태로 구현된다. 한편, 제1 기판(S1) 상에 패치 안테나 형태의 제3 와이파이 안테나(1143)는 실내 와이파이 수신용(indoor WiFi reception purpose)으로 사용될 수 있다. 반면에, 측면부에 구비되는 제1 및 제2 와이파이 안테나 모듈(1141, 1142)은 실외 와이파이 수신용(outdoor WiFi reception purpose)으로 사용될 수 있다.
한편, 통신 중계 장치(1100)에 구비되는 밀리미터파 안테나 모듈(1120)이 배치되는 영역에는 제1 기판(S1)이 제거될 수 있다. 이와 관련하여, 밀리미터파 안테나 모듈(1120)이 배치되는 영역에는 제1 기판(S1)이 제거되어, 콘 배열 안테나(1100-1 내지 1100-4)와 밀리미터파 안테나 모듈(1120)간에 간섭을 제거하도록 구성될 수 있다.
한편, 통신 중계 장치(1100)에 구비되는 밀리미터파 안테나 모듈(1120)은 도 2b와 같은 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)와 제2 송수신부 회로(250)을 구비할 수 있다. 이와 관련하여, 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4) 각각은 밀리미터파 대역에서 빔 포밍을 수행하도록 다수의 방사 소자(radiating elements)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 수평 및 수직 방향으로 빔 포밍 하기 위해 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4) 각각은 2차원 배열 안테나로 구성될 수 있다. 대안으로, 수평 및 수직 방향 중 어느 한 방향으로 빔 포밍 하기 위해 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4) 각각은 1차원 배열 안테나로 구성될 수 있다.
한편, 제2 송수신부 회로(250)는 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)의 각각의 안테나 소자에 위상 제어된 신호를 전달하도록 구성된다. 이와 관련하여, 제2 송수신부 회로(250)는 전단의 전력 증폭기(210, 220), 저잡음 증폭기(310, 320) 및 전력 및 위상 제어부(230)를 포함하도록 구성 가능하다.
한편, 제2 송수신부 회로(250)와 전력 및 위상 제어부(230)가 분리된 경우에도, 전력 및 위상 제어부(230)를 통해 안테나(ANT1 내지 ANT4)의 각각의 방사 소자로 전달되는 신호의 크기 및 위상을 제어할 수 있다. 이에 따라, 밀리미터파(mmWave) 대역에서 안테나(ANT1 내지 ANT4) 별로 빔 포밍을 독립적으로 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 도 2b의 안테나(ANT 1, ANT 2) 각각은 도 5a의 밀리미터파 배열 안테나 모듈의 제1 및 제2 배열 안테나(ANT1, ANT2)에 해당한다.
한편, 전술한 바와 같이 복수의 콘 안테나(1100)의 패치 배열 방사체(1101)를 구성하는 제1 내지 제4 금속 패치(1101-1 내지 1101-4)는 원형 패치로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 내지 제4 금속 패치(1101-1 내지 1101-4)에 해당하는 원형 패치의 내측 형상(inner side shape)은 상부 개구부의 외곽선의 형상에 대응되도록 원형으로 형성될 수 있다. 하지만, 이러한 제1 내지 제4 금속 패치(1101-1 내지 1101-4)의 형상 및 배치 형태는 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다.
이와 관련하여, 도 9a 및 도 9b는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 Cone with single shorting pin 구조의 콘 안테나의 전면도를 나타낸다. 즉, 도 9a 및 도 9b는 하나의 방사체에 의해 하나의 단락 핀에 의해 구현되는 콘 안테나를 나타낸다. 여기서, 도 9a 및 도 9b와 같이 콘 방사체(1100R)의 일 측에만 금속 패치(1101, 1101')가 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 9a의 원형 패치(1101)의 경우 금속 패치(1101)의 내측은 이에 대응되도록 원형 형상으로 형성될 수 있다.
한편, 도 9a 및 도 9b과 같은 Cone with single shorting pin 구조는 1개의 단락 핀 (또는 단락 지지체)에 의해 구현될 수 있다. 구체적으로, 도 8a는 원형 형상의 금속 패치가 콘 방사체의 상부 개구의 일측에 배치된 형상을 나타낸다. 반면에, 도 8b는 사각형 형상의 금속 패치가 콘 방사체의 상부 개구의 일측에 배치된 형상을 나타낸다.
도 9a 및 도 9b를 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 9a 및 도 9b를 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 9a와 같이 원형 패치(circular patch) 형태로 구성될 수 있다.
또한, 금속 패치(1101)의 형태는 도 9b와 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 9a를 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 9b를 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, 도 10a 및 도 10b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 원형 패치와 단락 핀으로 이루어진 콘 안테나의 전면도를 나타낸다. 즉, 도 10a 및 도 10b는 하나의 방사체와 하나의 단락 핀에 의해 구현되는 콘 안테나를 나타낸다. 여기서, 도 10a 및 도 10b와 같이 콘 방사체(1102)의 양 측에 금속 패치(1101, 1101')가 배치될 수 있다.
도 10a에서, 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 10a 및 도 10b는 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 10a 및 도 10b의 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 10a의 단락 핀(1102a) 중 하나는 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 10a 및 도 10b를 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 10b를 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.
도 10a를 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.
한편, 도 10b는 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 9a 및 도 9b의 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 10b의 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 10b를 참조하면, 본 발명에 따른 전자 기기는 콘 안테나(1100b)를 포함한다. 또한, 전자 기기는 송수신부 회로(1250)를 더 포함할 수 있다.
한편, 도 4a 내지 도 10b를 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(1100b)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.
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 8에서의 설명으로 대체한다.
도 10b를 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.
한편, 본 발명에 따른 콘 안테나를 구비하는 전자 기기, 즉 통신 중계 장치에서 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 11a는 2개의 단락 핀을 구비한 콘 안테나와 같은 대칭 구조에 대한 방사 패턴을 나타낸다. 반면에, 도 11b는 하나의 단락 핀을 구비한 콘 안테나와 같은 구조에 대한 방사 패턴을 나타낸다.
도 11a를 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(1100)가 하나의 단락 핀(1102)과 연결되는 구조를 통해, 앙각 방향의 보어사이트에서 방사 패턴의 널이 제거될 수 있다. 이와 관련하여, 도 9a를 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 11b를 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 복수의 콘 안테나를 구비하는 전자 기기, 즉 통신 중계 장치에 대해 살펴보았다. 이하에서는, 본 발명의 다른 양상에 따른 복수의 콘 안테나와 송수신부 회로를 구비하는 전자 기기, 즉 통신 중계 장치에 대해 설명하기로 한다. 이와 관련하여, 전술한 설명이 이하의 복수의 콘 안테나와 송수신부 회로를 구비하는 전자 기기, 즉 통신 중계 장치에도 적용된다.
이와 관련하여, 도 12는 본 발명에 따른 복수의 콘 안테나들, 송수신부 회로 및 프로세서를 구비하는 전자 기기, 즉 통신 중계 장치의 구조를 나타낸다.
도 4a 내지 도 12를 참조하면, 전자 기기, 즉 통신 중계 장치(1000)는 복수의 콘 안테나들(1100-1 내지 1100-4), 송수신부 회로(1250) 및 프로세서(1400)를 구비한다.
이와 관련하여, 통신 중계 장치(1000)는 복수의 콘 안테나들(1100-1 내지 1100-4)에 해당하는 콘 배열 안테나(conical array antenna)를 포함한다. 이와 관련하여, 콘 배열 안테나(1100-1 내지 1100-4)는 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이에 구비되고,　상부는 제1 기판(S1)과 연결되고, 하부는 제2 기판(S2)과 연결된다. 또한, 콘 배열 안테나(1100-1 내지 1100-4)는 상부에 상부 개구부를 구비한　콘 방사체들(1100R1 내지 1100R4)이 소정 간격으로 배열된다.
한편, 각각의 콘 방사체들(1100R1 내지 1100R4)의 일 측에 금속 패치(1101-1 내지 1101-4)가 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 금속 패치(1101-1 내지 1101-4)를 포함하는 패치 배열 방사체(patch array radiator, 1101)는 제1 기판(S1)에 형성된다. 또한, 패치 배열 방사체(1101)는 각각의 콘 방사체들(1100R1 내지 1100R4)의 상부 개구부에 이격되게 형성된 금속 패치들(1101-1 내지 1101-4)이 배열되어 구성된다.
한편, 단락 핀들(1102-1 내지 1102-4)은 금속 패치들(1102-1 내지 1102-4)과 제2기판(S2)의 그라운드 층(GND)을 전기적으로 연결하도록 형성된다. 이와 관련하여, 제1 및 제2 금속 패치(1101-1, 1101-2)에 해당하는 원형 패치의 외측 중심부에서 제1 및 제2 단락 핀(1102-1, 1102-2)이 제2 기판(S2)과 연결된다. 한편, 제3 및 제4 금속 패치(1101-3, 1101-4)에 해당하는 원형 패치의 외측 중심부에서 제3 및 제4 단락 핀(1102-3)이 제2 기판(S2)과 연결된다. 하지만, 제1 내지 제4 금속 패치(1101-1 내지 1101-4)의 형상과 배치 형태는 이에 한정되는 것은 아니고, 응용에 따라 다양하게 변경 가능하다.
제1 내지 제4 콘 안테나(1100-1 내지 1100-4)의 배치 형태에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 한편, 콘 배열 안테나 중 하부에 배치된 콘 안테나(1101-3, 1101-4)는 상부에 배치된 콘 안테나(1100-1, 1100-2)와 수평 방향 (즉, x축)에서 실질적으로 동일한 위치에 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 내지 제4 콘 안테나(1100-1 내지 1100-4)를 포함하는 콘 안테나 모듈의 전체 크기를 최소화하면서 상호 간 간섭 수준을 일정 수준 이하로 유지할 수 있다.
이와 관련하여, 상부에 배치된 제1 및 제2 콘 안테나(1100-1, 1100-2)는 밀리미터파 안테나 모듈(1120)에 의해 분리되어 상호 간 거리가 증가하고 상호 간 격리도가 향상된다. 한편, 좌측 상부와 우측 상부에 배치된 제1 및 제2 금속 패치(1101-1, 1101-2)는 외측 형상이 원형 형상인 원형 패치로 형성된다. 따라서, 패치 배열 방사체 중 좌측 상부 및 우측 상부에 배치된 제1 및 제2 금속 패치에 해당하는 원형 패치(1101-1, 1101-2)는 대칭 형태로 제1 및 제2 콘 방사체(1100R1, 1100R3)의 우측 영역과 좌측 영역에 배치될 수 있다. 즉, 제1 원형 패치(1101-1)는 제1 콘 방사체(1100R1)의 우측 영역에만 배치된다. 또한, 제2 원형 패치(1101-2)는 제2 콘 방사체(1100R2)의 좌측 영역에만 배치된다.
또한, 하부에 배치된 제3 및 제4 콘 안테나(1100-3, 1100-4)는 밀리미터파 안테나 모듈(1120)에 의해 분리되어 상호 간 거리가 증가하고 상호 간 격리도가 향상된다. 이와 관련하여, 좌측 하부와 우측 하부에 배치된 제3 및 제4 금속 패치(1101-3, 1101-4)는 외측 형상이 원형 형상인 원형 패치로 형성된다. 따라서, 패치 배열 방사체 중 좌측 하부 및 우측 하부에 배치된 제3 및 제4 금속 패치에 해당하는 원형 패치(1101-3, 1101-4)는 대칭 형태로 제3 및 제4 콘 방사체(1100R3, 1100R4)의 우측 영역과 좌측 영역에 배치될 수 있다.즉, 제3 원형 패치(1101-3)는 제3 콘 방사체(1100R3)의 우측 영역에만 배치된다. 또한, 제4 원형 패치(1101-4)는 제4 콘 방사체(1100R4)의 좌측 영역에만 배치된다.
한편, 본 발명에 따른 콘 배열 안테나(1100-1 내지 1100-4)와 패치 배열 방사체(1101)는, 수평 방향과 수직 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치된 2x2 콘 배열 안테나로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 2x2 콘 배열 안테나는 5G Sub 6 대역보다 낮은 대역에서 다중 입출력(MIMO)를 수행하도록 구성 가능하다. 이와 관련하여, 송수신부 회로(1250)는 콘 배열 안테나의 급전부(1105-1 내지 1105-4)를 통해 연결되고, 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 2x2 콘 배열 안테나(1100-1 내지 1100-4)를 통해 신호를 방사하도록 구성된다.
한편, 본 발명에 따른 통신 중계 장치(1000)는 복수의 콘 안테나(1100-1 내지 1100-4) 이외에 다른 안테나들을 더 포함하도록 구성 가능하다. 이와 관련하여, 통신 중계 장치(1000)는 저대역(LB)에서 동작 가능한 안테나 모듈(1130)을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 콘 배열 안테나(1100R)와 패치 배열 방사체(1101)를 포함하는 콘 안테나 모듈(1100-1 내지 1100-4)은 제1 주파수 대역에서 동작할 수 있다. 반면에, PIFA 안테나 모듈(1130)은 제1 주파수 대역보다 낮은 주파수 대역인 제2 주파수 대역에서 동작하도록 구성 가능하다.
또한, 통신 중계 장치의 측면부에 배치되는 PIFA 안테나 모듈(1130)은 제1 및 제2 PIFA 안테나 모듈(1131, 1132)을 포함한다. 이에 따라, PIFA 안테나 모듈(1130) 중 하나 (즉, 제1 PIFA 안테나 모듈(1131))은 통신 중계 장치(1000)의 측면부의 상부 영역에 배치될 수 있다. 반면에, PIFA 안테나 모듈(1130) 중 다른 하나 (즉, 제2 PIFA 안테나 모듈(1132))은 통신 중계 장치(1000)의 측면부의 측면 영역에 배치될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 통신 중계 장치(1000)는 복수의 콘 안테나(1100-1 내지 1100-4) 이외에 다른 안테나들을 더 포함하도록 구성 가능하다. 이와 관련하여, 통신 중계 장치(1000)는 와이파이 안테나 모듈(1140)을 더 포함할 수 있다. 한편, 와이파이 안테나 모듈(1141, 1142)은 와이파이 주파수 대역에서 동작하도록 구성되고, 측면부의 상부 영역과 상기 측면부의 측면 영역에 각각 배치된다. 구체적으로, 와이파이 안테나 모듈(1140) 중 하나 (즉, 제1 와이파이 안테나 모듈(1141))은 PIFA 안테나 모듈(1131, 1132) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 와이파이 안테나 모듈(1140)의 제1 안테나와 제2 안테나는 상호 직교하는 편파를 생성할 수 있다.
전술한 바와 같이, 통신 중계 장치와 같은 전자 기기는 송수신부 회로(1250)를 더 포함할 수 있다. 또한, 통신 중계 장치와 같은 전자 기기는 프로세서(1400)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)를 제어하도록 구성된 기저대역 프로세서일 수 있다.
이와 관련하여, 송수신부 회로(1250)는 콘 방사체(1100R1 내지 1100R4)에 급전부(1105-1 내지 1105-4)를 통해 각각 연결된다. 또한, 송수신부 회로(1250)는 제1 주파수 대역의 제1 신호를 콘 안테나(1100-1 내지 1100-4) 중 적어도 하나를 통해 방사하도록 제어할 수 있다. 또한, 송수신부 회로(1250)는 제1 주파수 대역보다 낮은 제2 주파수 대역의 제2 신호를 콘 안테나(1100-1 내지 1100-4) 중 적어도 하나를 통해 방사하도록 제어할 수 있다.
이와 관련하여, 프로세서(1400)는 복수의 콘 안테나들(1100-1 내지 1100-4) 중 둘 이상을 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 송수신부(1250)를 제어할 수 있다.
제1 주파수 대역의 자원이 전자 기기에 할당된 경우, 프로세서(1400)는 복수의 콘 안테나들(1100-1 내지 1100-4) 중 둘 이상을 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 송수신부(1250)를 제어한다. 이를 위해, 제1 주파수 대역의 자원이 전자 기기에 할당된 경우, 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)를 제1 주파수 대역에서 동작하도록 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 프로세서(1400)는 제2 주파수 대역에서 동작하는 송수신부 회로(1250)의 일부 구성을 비활성화할 수 있다.
반면에, 제2 주파수 대역의 자원이 전자 기기에 할당된 경우, 프로세서(1400)는 복수의 콘 안테나들(1100-1 내지 1100-4) 중 둘 이상을 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 송수신부(1250)를 제어한다. 이를 위해, 제2 주파수 대역의 자원이 전자 기기에 할당된 경우, 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)를 제2 주파수 대역에서 동작하도록 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 프로세서(1400)는 제1 주파수 대역에서 동작하는 송수신부 회로(1250)의 일부 구성을 비활성화할 수 있다.
한편, 제1 주파수 대역의 자원과 제2 주파수 대역의 자원이 모두 전자 기기에 할당된 경우, 프로세서(1400)는 하나의 콘 안테나만을 사용할 수 있다. 이를 위해, 프로세서(1400)는 하나의 콘 안테나를 통해 수신되는 제1 신호와 제2 신호에 대해 반송파 집성(CA: Carrier Aggregation)을 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 프로세서(1400)는 제1 및 제2 신호에 각각 포함된 제1 및 제2 정보를 모두 동시에 획득할 수 있다.
한편, 복수의 콘 안테나들의 배치 구조와 이를 통한 신호 송수신 방법은 다음과 같다. 이와 관련하여, 콘 안테나들(1100-1 내지 1100-4)은 전자 기기, 즉 통신 중계 장치의 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, 즉 통신 중계 장치 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.
이상에서는 본 발명에 따른 콘 안테나(cone antenna)를 구비하는 전자 기기, 즉 통신 중계 장치에 대해 살펴보았다. 이와 같은 콘 안테나(cone antenna)를 구비하는 전자 기기, 즉 통신 중계 장치의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따르면, 저주파수 대역에서 5G Sub 6 대역까지 넓은 주파수 대역에서 동작하는 서로 다른 형태의 복수의 콘 안테나를 제공하여, 각 안테나 소자 별로 성능을 최적화할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전자 기기 또는 차량에서 저주파수 대역에서 5G Sub 6 대역까지 동작하는 콘 방사체를 복수의 금속 패치 및 단락 핀과 최적으로 배치하여 안테나 성능을 최적화할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 복수의 광대역 안테나와 함께, 5G 밀리미터파 대역의 배열 안테나가 하나의 전자기기(예를 들어, 통신 중계 장치)와 차량 등에 배치되는 경우, 상호 간 격리도를 고려하여 최적 배치할 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.
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 통신 중계 장치에 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 방사체들이 소정 간격으로 배열된 콘 배열 안테나(conical array antenna);
    상기 제1 기판에 형성되며, 상기 상부 개구부에 이격되게 형성된 금속 패치들이 배열된 패치 배열 방사체(patch array radiator);
    상기 금속 패치들과 상기 제2기판의 상기 그라운드 층을 전기적으로 연결하도록 형성된 단락 핀들; 및
    상기 콘 배열 안테나 중 일 측과 타 측에 형성되는 콘 안테나 사이에 밀리미터파 대역에서 동작하는 밀리미터파 안테나 모듈이 배치되는, 통신 중계 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 콘 배열 안테나와 상기 패치 배열 방사체는, 수평 방향과 수직 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치된 2x2 콘 안테나로 구성되고,
    상기 2x2 콘 안테나의 급전부를 통해 연결되고, 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 상기 2x2 콘 배열 안테나를 통해 신호를 방사하도록 구성된 송수신부 회로를 더 포함하는, 통신 중계 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 패치 배열 방사체 중 좌측 상부 및 우측 상부에 배치된 제1 및 제2 금속 패치에 해당하는 원형 패치는 대칭 형태로 제1 및 제2 콘 방사체의 우측 영역과 좌측 영역에 배치되고,
    상기 패치 배열 방사체 중 좌측 하부 및 우측 하부에 배치된 제3 및 제4 금속 패치에 해당하는 원형 패치는 대칭 형태로 제3 및 제4 콘 방사체의 우측 영역과 좌측 영역에 배치되는, 통신 중계 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 금속 패치는 원형 패치의 외측 중심부에서 상기 제2 기판과 연결되는 제1 내지 제4 단락 핀을 포함하고,
    상기 제1 내지 제4 금속 패치는 상기 제1 내지 제4 단락 핀에 해당하는 하나의 단락 핀에 의해 콘 안테나 모듈의 크기를 최소화하고, 상기 콘 안테나의 방사 패턴의 널(null)이 생성되는 것을 방지하는, 통신 중계 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 대칭 형태의 원형 패치와 상기 원형 패치의 외측 중심부에 배치된 대칭 형태의 상기 제1 내지 제4 단락 핀에 의해, 수평 방향의 콘 안테나 모듈 간의 상호 간섭 수준을 저감하는, 통신 중계 장치.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 콘 안테나 모듈은 제1 주파수 대역에서 동작하고,
    상기 제1 주파수 대역보다 낮은 주파수 대역인 제2 주파수 대역에서 동작하도록 구성되고, 상기 통신 중계 장치의 측면부에 배치되는 PIFA 안테나 모듈을 더 포함하고,
    상기 PIFA 안테나 모듈 중 하나는 상기 측면부의 상부 영역에 배치되고, 상기 PIFA 안테나 모듈 중 다른 하나는 상기 측면부의 측면 영역에 배치되는, 통신 중계 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    와이파이 주파수 대역에서 동작하도록 구성되고, 상기 측면부의 상부 영역과 상기 측면부의 측면 영역에 배치되는 와이파이 안테나 모듈을 더 포함하고,
    상기 와이파이 안테나 모듈 중 하나는 상기 PIFA 안테나 모듈 사이에 배치되고, 상기 와이파이 안테나 모듈 중 제1 안테나와 제2 안테나는 상호 직교하는 편파를 생성하는, 통신 중계 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 밀리미터파 안테나 모듈이 배치되는 영역에는 상기 제1 기판이 제거되어, 상기 콘 배열 안테나와 상기 밀리미터파 안테나 모듈 간에 간섭을 제거하도록 구성되는, 통신 중계 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 밀리미터파 안테나 모듈은,
    밀리미터파 대역에서 빔 포밍을 수행하도록 구성되는 배열 안테나; 및
    상기 배열 안테나의 각각의 안테나 소자에 위상 제어된 신호를 전달하도록 구성된 제2 송수신부 회로를 더 포함하는, 통신 중계 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 패치 배열 방사체를 구성하는 제1 내지 제4 금속 패치는 원형 패치로 구성되고,
    상기 제1 내지 제4 금속 패치에 해당하는 원형 패치의 내측 형상(inner side shape)은 상기 상부 개구부의 외곽선의 형상에 대응되도록 원형으로 형성되어, 제1 내지 제4 콘 방사체로부터 방사되는 신호가 상기 원형 패치의 내측을 통해 커플링되도록 형성되는, 통신 중계 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 기판 상에 형성되고, 하부 개구부를 통해 상기 신호를 제1 내지 제4 콘 방사체로 전달하도록 구성된 상기 급전부를 더 포함하고,
    상기 급전부는 상기 하부 개구부의 형상에 대응되도록 단부(end portion)가 링 형상으로 구성되는, 통신 중계 장치.
  12. 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 제1 내지 제4 콘 방사체가 고정되는 것을 특징으로 하는, 통신 중계 장치.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 콘 방사체들 각각은,
    상기 콘 방사체의 상기 상부 개구부를 형성하고, 상기 콘 방사체를 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 상부와 하부에 형성된 2개의 체결구를 통해 상기 콘 방사체를 상기 제1 기판과 기구적으로 체결하는 것을 특징으로 하는, 통신 중계 장치.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 콘 배열 안테나와 상기 금속 패치들은 제1 내지 제4 콘 안테나를 구성하고,
    상기 제1 내지 제4 콘 안테나는 상기 밀리미터파 안테나 모듈의 일 측에 배치된 제1 및 제3 콘 안테나와 상기 밀리미터파 안테나 모듈의 타 측에 배치된 제2 및 제4 콘 안테나를 포함하고,
    상기 타 측에 배치된 상기 제2 및 제4 콘 안테나는 상기 일 측에 배치된 상기 제1 및 제3 콘 안테나에 대해 되어 소정 각도만큼 회전된 형태로 배치되어, 상호 간섭 수준을 저감하도록 구성되는, 통신 중계 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 콘 안테나는 실질적으로 90도만큼 순차적으로 회전된 형태로 배치되어, 상호 간섭 수준을 저감하도록 구성되는, 통신 중계 장치.
  16. 안테나를 구비하는 통신 중계 장치에 있어서,
    제1 기판과 제2 기판 사이에 구비되고,　상부는 상기 제1 기판과 연결되고, 하부는 상기 제2 기판과 연결되며,　상부에 개구부를 구비한　콘 방사체들이 소정 간격으로 배열된 콘 배열 안테나(conical array antenna);
    상기 제1 기판에 형성되며, 상기 상부 개구부에 이격되게 형성된 금속 패치들이 배열된 패치 배열 방사체(patch array radiator);
    상기 금속 패치들과 상기 제2기판의 상기 그라운드 층을 전기적으로 연결하도록 형성된 단락 핀들; 및
    상기 콘 배열 안테나의 급전부를 통해 연결되고, 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 상기 콘 배열 안테나를 통해 신호를 방사하도록 구성된 송수신부 회로를 포함하고,
    상기 콘 배열 안테나 중 일 측과 타 측에 형성되는 콘 안테나 사이에 밀리미터파 대역에서 동작하는 밀리미터파 안테나 모듈이 배치되는, 통신 중계 장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 콘 배열 안테나와 상기 패치 배열 방사체는, 수평 방향과 수직 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치된 2x2 콘 안테나로 구성되고,
    상기 송수신부 회로는,
    상기 2x2 콘 안테나의 급전부를 통해 연결되고, 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 상기 2x2 콘 배열 안테나를 통해 신호를 방사하도록 구성되는, 통신 중계 장치.
  18. 제15 항에 있어서,
    상기 패치 배열 방사체 중 좌측 상부 및 우측 상부에 배치된 제1 및 제2 금속 패치에 해당하는 원형 패치는 대칭 형태로 제1 및 제2 콘 방사체의 우측 영역과 좌측 영역에 배치되고,
    상기 패치 배열 방사체 중 좌측 하부 및 우측 하부에 배치된 제3 및 제4 금속 패치에 해당하는 원형 패치는 대칭 형태로 제3 및 제4 콘 방사체의 우측 영역과 좌측 영역에 배치되는, 통신 중계 장치.
  19. 제16 항에 있어서,
    상기 콘 배열 안테나와 상기 패치 배열 방사체를 포함하는 콘 안테나 모듈은 제1 주파수 대역에서 동작하고,
    상기 제1 주파수 대역보다 낮은 주파수 대역인 제2 주파수 대역에서 동작하도록 구성되고, 상기 통신 중계 장치의 측면부에 배치되는 PIFA 안테나 모듈을 더 포함하고,
    상기 PIFA 안테나 모듈 중 하나는 상기 측면부의 상부 영역에 배치되고, 상기 PIFA 안테나 모듈 중 다른 하나는 상기 측면부의 측면 영역에 배치되는, 통신 중계 장치.
  20. 제16 항에 있어서,
    와이파이 주파수 대역에서 동작하도록 구성되고, 상기 측면부의 상부 영역과 상기 측면부의 측면 영역에 배치되는 와이파이 안테나 모듈을 더 포함하고,
    상기 와이파이 안테나 모듈 중 하나는 상기 PIFA 안테나 모듈 사이에 배치되고, 상기 와이파이 안테나 모듈 중 제1 안테나와 제2 안테나는 상호 직교하는 편파를 생성하는, 통신 중계 장치.
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