WO2021080034A1 - 5g 배열 안테나를 구비하는 전자 기기 - Google Patents

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WO2021080034A1
WO2021080034A1 PCT/KR2019/014019 KR2019014019W WO2021080034A1 WO 2021080034 A1 WO2021080034 A1 WO 2021080034A1 KR 2019014019 W KR2019014019 W KR 2019014019W WO 2021080034 A1 WO2021080034 A1 WO 2021080034A1
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WO
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antenna
electronic device
ring
band
signal
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Application number
PCT/KR2019/014019
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English (en)
French (fr)
Inventor
정병운
김동진
Original Assignee
엘지전자 주식회사
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Filing date
Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F21/00—Security arrangements for protecting computers, components thereof, programs or data against unauthorised activity
    • G06F21/30—Authentication, i.e. establishing the identity or authorisation of security principals
    • G06F21/31—User authentication
    • G06F21/32—User authentication using biometric data, e.g. fingerprints, iris scans or voiceprints
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station

Definitions

  • the present invention relates to an electronic device having a 5G array antenna.
  • 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
  • frequency bands to be allocated for 5G communication services in the mmWave band are considered to be 28 GHz band, 39 GHz and 64 GHz band.
  • the length of the wavelength is short, and thus, there is a problem in that the cell coverage providing the corresponding communication service is reduced.
  • an array antenna in which a plurality of antenna elements are arranged at regular intervals in a terminal other than a base station must be provided.
  • Another object is to provide an antenna having a structure capable of radiating a signal to the outside in an electronic device in the form of a metal case.
  • Another object of the present invention is to provide a beamforming method through an array antenna operating in a millimeter wave band in an electronic device in the form of a metal case.
  • an electronic device including a 5G antenna module including a 5G antenna module according to an embodiment.
  • the antenna module is disposed on the substrate and includes a parasitic patch antenna configured to radiate a signal in a specific band.
  • the antenna module may further include a plurality of ring shaped patch antennas formed to surround the parasitic patch antenna.
  • each element of the plurality of ring-shaped patch antennas may be formed in a mutually segmented shape.
  • a transmission/reception unit circuit connected to each of the elements and configured to apply a signal to at least one of the respective elements may be included.
  • the parasitic patch antenna may be a circular patch antenna disposed on the substrate.
  • the plurality of ring-shaped patch antennas may be n segmented ring-shaped patch antennas formed to surround a 360-degree area around the circular patch antenna.
  • the baseband processor may further include a baseband processor connected to the transceiver circuit and configured to control the transceiver circuit to perform beamforming on a beam radiated through the antenna module.
  • the substrate may be a flexible substrate.
  • a phase shifter may be further included on the rear surface of the flexible substrate, disposed at a position connected to each of the devices, and configured to vary a phase of a signal applied to each of the devices.
  • the baseband processor may apply an in-phase signal to all of the respective devices. Accordingly, it is possible to form an omni-directional pattern in the horizontal direction of the body of the electronic device in the beam pattern radiated through the antenna module. For example, a cell common control signal may be received through an omni-directional pattern.
  • the baseband processor may change a phase of a signal applied to each of the devices through the phase shifter. Accordingly, it is possible to search for an optimal beam for communication with the base station by beamforming in the vertical direction of the electronic device body.
  • the baseband processor may perform beam search by sequentially applying signals to three elements arranged in a vertical direction among six elements constituting the ring-shaped patch antenna. Meanwhile, if the optimal beam search is not performed as a result of the beam search, the beam search may be performed by sequentially applying signals to three other elements arranged in the horizontal direction.
  • the antenna module may be implemented on a flexible PCB equipped with a fingerprint sensor.
  • the fingerprint recognition sensor may be formed in an opening area of a rear cover of the electronic device.
  • the parasitic patch antenna may be disposed on a protruding structure in which the fingerprint recognition sensor is accommodated.
  • the antenna module may be configured to emit millimeter wave band signals through the opening area of the rear cover.
  • the baseband processor may control the transmission/reception unit circuit so that the level of the signal transmitted to the antenna module is less than or equal to a threshold.
  • the baseband processor may control the transmission/reception unit circuit to increase a signal level transmitted to the antenna module according to the type of application.
  • the antenna module may further include a plurality of second ring-shaped patch antennas formed to surround the periphery of the parasitic patch antenna in a region between the ring-shaped patch antenna and the parasitic patch antenna.
  • the arc length of each element constituting the second ring-shaped patch antenna may be shorter than the arc length of each element constituting the ring-shaped patch antenna. Accordingly, the antenna module may double resonate in a first band of the millimeter wave band and a second band higher than the first band.
  • the number of elements of the second ring-shaped patch antenna may be greater than the number of elements of the ring-shaped patch antenna. Accordingly, the baseband processor may perform beamforming in the second band in a finer manner than in the first band.
  • each element of the second ring-shaped patch antenna is connected to the transceiver circuit through a phase shifter so that the signal of the second band is applied to each element of the second ring-shaped patch antenna.
  • the baseband processor may control the transceiver circuit so that the second signal is applied to the second ring-shaped patch antenna.
  • a group may be formed in units of three elements among six elements constituting the ring-shaped patch antenna.
  • one of the three elements in the group may be disposed at a position where the feeder is offset, and the other two elements may be disposed at an offset position.
  • the offset position may be disposed adjacent to the feed position of the single element.
  • the ring-shaped patch antenna may include a first group antenna formed in units of the three elements and a second group antenna formed in units of the remaining three elements.
  • the baseband processor performs multiple input/output (MIMO) by receiving a first signal in a first band through the first group antenna and receiving a second signal in a second band through the second group antenna. can do.
  • MIMO multiple input/output
  • the antenna performance of the millimeter wave band can be secured without limitation to the existing antenna and terminal structure by arranging the antenna in the electronic device without a separate mounting space.
  • the antenna module is disposed on the rear surface of the electronic device, so that the rear radiation characteristic and the side radiation characteristic can be improved.
  • the antenna module in which the millimeter wave band array antenna is disposed is disposed on the rear fingerprint sensor module of the electronic device, thereby increasing the degree of freedom in antenna design and arrangement.
  • FIGS. 1B and 1C are conceptual diagrams of an example of an electronic device related to the present disclosure viewed from different directions.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a wireless communication unit of an electronic device capable of operating in a plurality of wireless communication systems according to an embodiment.
  • FIG 3 is a conceptual diagram of an optimal beam selection process between a base station and an electronic device according to an embodiment.
  • FIG. 4 illustrates an electronic device including a plurality of antenna modules performing beamforming according to an embodiment.
  • FIG. 5 illustrates a front-end module including an antenna module and a transceiver circuit according to various embodiments of the present disclosure.
  • 6A is a diagram illustrating a configuration of a ring-shaped patch array antenna for performing beamforming, a transmission/reception unit circuit connected thereto, and a baseband processor according to an exemplary embodiment.
  • 6B illustrates a shape of an antenna module in which a ring-shaped patch array antenna for performing beamforming according to an exemplary embodiment is disposed.
  • FIG. 7A and 7B illustrate beam patterns in vertical and horizontal directions of a substrate on which an antenna module including only a ring-shaped patch is disposed without a circular dummy patch.
  • 8A and 8B illustrate beam patterns in vertical and horizontal directions of a substrate on which an antenna module having a circular dummy patch is disposed.
  • FIG. 9A illustrates an electronic device that performs vertical beamforming according to an embodiment.
  • FIG. 9B illustrates an electronic device that performs vertical beamforming according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 illustrates a shape in which an antenna module according to an embodiment is disposed inside an electronic device.
  • FIG. 11A shows an antenna module of mmWave band operating in a dual band according to an embodiment. Meanwhile, FIG. 11B shows an antenna module of mmWave band operating in a dual band according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 shows a shape of an antenna module operating in a dual band according to an embodiment.
  • FIG. 13 illustrates a block diagram of a wireless communication system to which the methods proposed in the present specification can be applied.
  • Electronic devices described herein include a mobile phone, a smart phone, a laptop computer, a digital broadcasting terminal, a personal digital assistant (PDA), a portable multimedia player (PMP), a navigation system, and a slate PC.
  • PDA personal digital assistant
  • PMP portable multimedia player
  • Tablet PC ultrabook
  • wearable device for example, smartwatch, smart glass, head mounted display (HMD), etc. 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 below 6GHz, may be used.
  • a millimeter wave (mmWave) band may be used as a 5G frequency band to perform broadband high-speed communication.
  • the electronic device 100 may perform beam forming 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 implement a touch screen by forming a layer structure or integrally with the touch sensor.
  • the touch screen may function as a user input unit 123 that provides an input interface between the electronic device 100 and a user, and may provide an output interface between the electronic device 100 and 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, in order to drive the application program, the controller 180 may operate by combining at least two or more of the components included in the electronic device 100 with each other.
  • the power supply unit 190 receives external power and internal power under the control of the controller 180 and supplies power to each of the components included in the electronic device 100.
  • the power supply unit 190 includes a battery, and the battery may be a built-in battery or a replaceable battery.
  • At least some of the respective components may operate in cooperation with each other to implement an operation, control, or control method of an electronic device according to various embodiments described below.
  • the operation, control, or control method of the electronic device may be implemented on the electronic device by driving at least one application program stored in the memory 170.
  • the disclosed electronic device 100 includes a bar-shaped terminal body.
  • the present invention is not limited thereto, and 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. It can be implemented in the form of ).
  • 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.
  • 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) 500.
  • the modem 400 and the application processor AP 500 may be physically implemented in one chip, and may be logically and functionally separated.
  • the present invention is not limited thereto and may be implemented in the form of 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, 500) is configured to control the operation of each component of the electronic device. Specifically, the application processor (AP) 500 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 500 may control the RFIC 250 through the modem 300 as follows. For example, if the electronic device is in the idle mode, the RFIC through the modem 300 so that at least one of the first and second power amplifiers 110 and 120 operates in a low power mode or is turned off. 250 can be controlled.
  • the application processor (AP) 500 may control the modem 300 to provide wireless communication capable of low power communication.
  • the application processor (AP) 500 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) 500 may control the modem 400 and the RFIC 250 to perform short-range communication using only the short-range communication module 113.
  • the modem 300 may be controlled to select an optimal wireless interface.
  • the application processor (AP, 500) 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, 500) 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, 500) 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 may further include a duplexer 231, a filter 232, and a switch 233.
  • the duplexer 231 is configured to separate signals in the transmission band and the reception band from each other.
  • the signal of the transmission band transmitted through the first and second power amplifiers 210 and 220 is applied to the antennas ANT1 and ANT4 through the first output port of the duplexer 231.
  • signals in the reception band received through the antennas ANT1 and ANT4 are received by the low noise amplifiers 310 and 340 through the second output port of the duplexer 231.
  • the filter 232 may be configured to pass a signal in a transmission band or a reception band and block signals in the remaining bands.
  • the filter 232 may include a transmission filter connected to the first output port of the duplexer 231 and a reception filter connected to the second output port of the duplexer 231.
  • the filter 232 may be configured to pass only the signal of the transmission band or only the signal of the reception band according to the control signal.
  • the switch 233 is configured to transmit only either a transmission signal or a reception signal.
  • the switch 233 may be configured in the form of a single pole double throw (SPDT) 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 be a higher frequency band than the Sub6 band.
  • the 5G frequency band may be a millimeter wave band, but is not limited thereto and may be changed according to an application.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram of an optimal beam selection process between a base station and an electronic device according to an embodiment. Referring to FIG. 3(a), it is possible to transmit and receive signals through the optimal beam of the base station BS and the optimal beam of the first array antenna ANT1 of the UE.
  • the present invention detects the movement and rotation state of an electronic device such as a terminal (UE), selects an optimal array antenna from among a plurality of array antennas, and quickly and accurately determines the optimal beam of the array antenna. I can.
  • a terminal that is, an electronic device
  • different array antennas are selected, that is, a first array antenna (ANT1).
  • ANT1 a first array antenna
  • the second array antenna ANT2 it is important to set communication with the base station through which beam of the array antenna. Accordingly, in the present invention, a method of adaptively selecting a specific array antenna and a specific beam according to the arrangement state and rotation state of such a terminal (UE), that is, an electronic device will be described.
  • the antenna provided by the base station (BS) there is an advantage that the shape of the beam does not change.
  • the base station (BS) has an advantage that it is not necessary to repeat the optimal beam search process according to the UE movement state after initial beam selection.
  • the terminal (UE), that is, the electronic device can select an optimal array antenna (ie, an optimal virtual antenna port) in addition to the optimal beam. Accordingly, there is an advantage that the base station does not need to change a plurality of array antennas, that is, an optimal virtual antenna port from time to time.
  • FIG. 4 shows an electronic device including a plurality of antenna modules performing beamforming according to an embodiment.
  • FIG. 4(a) shows beamforming through the first to third antennas ANT1 to ANT3 provided on the upper and side surfaces of the UE.
  • the electronic device may be disposed in upper, lower, left, and right areas of the electronic device, and four antenna modules for performing multiple input/output (MIMO) may be disposed.
  • each antenna module such as the first to third antennas ANT1 to ANT3 may be formed of a plurality of antenna elements to perform beamforming.
  • the UE may perform beamforming for a base station or another terminal through a first antenna ANT1 corresponding to an optimal antenna.
  • the UE may perform multiple input/output (MIMO) by transmitting or receiving a first signal through the first antenna ANT1 and simultaneously transmitting or receiving a second signal through the second antenna ANT2.
  • MIMO multiple input/output
  • the UE may include first and second antennas ANT1 and ANT2 on the front and rear surfaces.
  • the UE may further include first and second antennas ANT1 and ANT2 separately from the antenna module shown in FIG. 4A.
  • the antenna module of FIG. 4A may include a plurality of patch antenna elements disposed in a dielectric region on the side of the electronic device.
  • the antenna module of FIG. 4B may include a plurality of patch antenna elements or dipole antenna elements disposed inside the electronic device.
  • FIG. 5 shows a front-end module including an antenna module and a transceiver circuit according to various embodiments of the present disclosure.
  • an antenna module corresponding to the front of the front-end module 1200a may be disposed to face the side of the electronic device, that is, the UE. Accordingly, the antenna module may form an antenna beam in a direction of 90 degrees to the side of the UE. Accordingly, the antenna module may radiate the antenna beam through a dielectric region formed in a partial region of the metal bezel.
  • an antenna module corresponding to the front surface of the front-end module 1200b may be disposed in a state that is substantially inclined at a predetermined angle with respect to the horizontal direction. Accordingly, the antenna module may form an antenna beam in a direction of 45 degrees to the side of the UE. Accordingly, the antenna module may radiate the antenna beam through a dielectric region formed in a partial region of the metal bezel.
  • an antenna module may be disposed on the front or rear side of the front-end module 1200c disposed in the horizontal direction. Accordingly, the antenna module may form an antenna beam in the front or rear direction of the UE. Accordingly, the antenna module may radiate the antenna beam through a dielectric region formed in a partial region of the metal body.
  • a dielectric region must be formed on a metal bezel or a partial region of the metal body. Accordingly, in a terminal employing a metal-integrated body structure, radiation performance of an antenna module disposed inside an electronic device may be deteriorated.
  • an object of the present invention is to provide an antenna having a structure capable of radiating a signal to the outside in an electronic device in the form of a metal case.
  • another object of the present invention is to provide a method for forming a beam through an array antenna operating in a millimeter wave band in an electronic device in the form of a metal case.
  • FIG. 6A illustrates a configuration of a ring-shaped patch array antenna for performing beamforming, a transceiver circuit connected thereto, and a baseband processor according to an embodiment.
  • FIG. 6B shows a shape of an antenna module in which a ring-shaped patch array antenna for performing beamforming according to an exemplary embodiment is disposed.
  • the present invention relates to a design method of a ring shaped patch antenna suitable for the structure of an electronic device such as a mobile terminal.
  • 5G stand-alone RFIC Package (SRP) wireless technology can be secured through such a ring-shaped patch antenna.
  • SRP stand-alone RFIC Package
  • the 5G mmWave module has large restrictions on mounting space and design restrictions to secure antenna performance when mounted in an electronic device having a metal case structure. Accordingly, in order to place the 5G mmWave module, a separate opening may be formed in the metal case, and the 5G mmWave antenna module may be exposed through the opening. However, even if the 5G mmWave antenna module is exposed through such a separate opening, there is a problem that radiation is possible only to the rear or side of the exposed area of the electronic device.
  • the ring-shaped patch array antenna according to the embodiment and an antenna module using a separate dummy patch therein.
  • antenna performance can be secured without forming a separate opening.
  • an opening for disposing a fingerprint sensor may be formed on a rear surface of the electronic device.
  • the antenna module 1200 according to the embodiment may be implemented on a flexible PCB equipped with a fingerprint sensor.
  • the fingerprint recognition sensor may be formed in the opening area of the rear cover of the electronic device.
  • an antenna module 1200 may be disposed on one surface of the dielectric substrate, and a fingerprint recognition sensor may be disposed on the other surface.
  • the fingerprint recognition sensor since the fingerprint recognition sensor is not formed of a metal material, the signal radiated by the antenna module 1200 does not deteriorate in performance due to the fingerprint recognition sensor.
  • the antenna module 1200 and the fingerprint recognition sensor may be disposed on the same surface of the dielectric substrate. In this case, an opening may be created in the center of the parasitic patch antenna 1210 so that the fingerprint recognition sensor may be exposed to the outside.
  • the antenna module 1200 may be disposed on a front surface of an electronic device equipped with a fingerprint sensor.
  • the antenna module 1200 may be implemented on a flexible PCB provided with the fingerprint recognition sensor.
  • both the fingerprint recognition sensor and the antenna module 1200 may be formed of a metal mesh inside the display.
  • the electronic device includes an antenna module 1200, a transceiver circuit 1250, and a baseband processor 1400.
  • the antenna module 1200 includes a parasitic patch antenna 1210 and a plurality of ring-shaped patch antennas 1220.
  • the number of the plurality of ring-shaped patch antennas 1220 is shown as six, but is not limited thereto and may be changed according to an application.
  • the parasitic patch antenna 1210 is disposed on the substrate and is configured to radiate a signal in a specific band. Meanwhile, a plurality of ring-shaped patch antennas 1220 are formed to surround the parasitic patch antenna 1210. In this case, each element of the plurality of ring-shaped patch antennas 1220 may be formed in a mutually segmented shape.
  • the parasitic patch antenna 1210 may be a circular patch antenna disposed on a substrate. Accordingly, the parasitic patch antenna 1210 may be referred to as a circular dummy patch.
  • the plurality of ring-shaped patch antennas 1220 may be n segmented ring-shaped patch antennas formed to surround a 360-degree area around the circular patch antenna 1210.
  • an interval between n segmented ring-shaped patch antennas (Patch #0 to Patch #5, hereinafter P0 to P5) may be set to be equal to or greater than half-wavelength.
  • the spacing between the ring-shaped patch antennas P0 to P5 is less than half a wavelength, interference between antenna elements may increase. Accordingly, there may be a problem that a null pattern of the antenna beam pattern is not generated or a beam forming angle error occurs.
  • the spacing between the ring-shaped patch antennas P0 to P5 may be set in a range of 0.5 to 0.7 times the wavelength of the operating band.
  • the transceiver circuit 1250 is connected to each of the elements P0 to P5 of the ring-shaped patch antenna 1220 and is configured to apply a signal to at least one of the respective elements.
  • the beam width of the antenna module 1200 decreases. Accordingly, since the beam directivity of the antenna beam radiated from the antenna module 1200 is improved, a signal can reach a longer distance.
  • the baseband processor 1400 is connected to the transmission/reception unit circuit 1250 and is configured to control the transmission/reception unit circuit 1250 to perform beamforming on a beam radiated through the antenna module 1200.
  • the substrate on which the antenna module 1200 is disposed may be a flexible substrate.
  • the rear surface of the flexible substrate may further include a phase shifter (see FIG. 10) disposed at a position connected to each of the devices and configured to vary a phase of a signal applied to each of the devices.
  • the antenna module 1200 implemented on the flexible PCB provided with the fingerprint recognition sensor according to the embodiment may be formed in the opening area of the rear cover of the electronic device.
  • the parasitic patch antenna 1210 may be disposed on a protruding structure in which the fingerprint recognition sensor is accommodated.
  • the antenna module 1200 may be configured to emit millimeter wave band signals through the opening area of the rear cover.
  • a region from which metal is removed may be formed in a partial region of the parasitic patch antenna 1210 so that the fingerprint recognition sensor may be exposed.
  • the parasitic patch antenna 1210 may be disposed on one side of the PCB, and the fingerprint recognition sensor may be disposed on the other side of the PCB.
  • the baseband processor 1400 may limit the millimeter wave band signal level when the electronic device is in a locked state. In this regard, when the electronic device is changed to the active state, power consumption can be reduced by allowing a millimeter wave band signal to be transmitted. To this end, the baseband processor 1400 may control the transmission/reception unit circuit 1250 so that a signal level transmitted to the antenna module 1200 is less than or equal to a threshold when the electronic device is in a locked state.
  • the baseband processor 1400 may control the transceiver circuit 1250 to increase a signal level transmitted to the antenna module 1200 according to the type of application. For example, if fingerprint recognition is successful and an operation of an application executed by the mmWave module is performed by the mmWave module, a signal level transmitted to the antenna module 1200 may be increased. Accordingly, it is connected to the 5G base station to receive control information and transmit and receive information through beamforming.
  • the parasitic patch antenna 1210 that is, the radiation pattern of the antenna module 1200 by the circular dummy patch may have a substantially omni-directional pattern in the horizontal direction.
  • FIGS. 7A and 7B show beam patterns in vertical and horizontal directions of a substrate on which an antenna module including only a ring-shaped patch is disposed without a circular dummy patch.
  • FIGS. 8A and 8B illustrate beam patterns in vertical and horizontal directions of a substrate on which an antenna module having a circular dummy patch is disposed.
  • the antenna radiation pattern in the vertical direction has a problem in that reception performance is deteriorated as nulls are formed in the bore site (in the direction of 90 degrees).
  • the antenna radiation pattern in the horizontal direction also decreases in reception performance in the bore site (90° direction).
  • the antenna radiation pattern in the vertical direction does not form a null at the bore site (90° direction).
  • the antenna radiation pattern in the horizontal direction has an omni-directional pattern capable of receiving signals in almost all directions. Accordingly, a scan loss phenomenon may be reduced when scanning a beam according to a beam forming operation.
  • the baseband processor 1400 uses the transceiver circuit 1250 to apply an in-phase signal to all elements of the plurality of ring-shaped patch antennas 1220. Can be controlled. Accordingly, the beam pattern radiated through the antenna module 1200 may be formed to form an omni-directional pattern in the horizontal direction of the electronic device body.
  • the mmWave module of the UE when the mmWave module of the UE is turned on, signals may be applied to all antenna elements in order to detect a base station direction that can provide the best signal quality. Accordingly, the antenna radiation pattern may exhibit omni-directional characteristics in the horizontal direction of the UE.
  • the UE may acquire control information by receiving a cell common control signal periodically or in an event manner.
  • the baseband processor 1400 may receive a cell common control signal by applying an in-phase signal to all elements of the plurality of ring-shaped patch antennas 1220. .
  • FIG. 9A illustrates an electronic device that performs vertical beamforming according to an embodiment.
  • FIG. 9B illustrates an electronic device that performs vertical beamforming according to another embodiment of the present invention.
  • the baseband processor 1400 may perform beamforming in the vertical direction of the electronic device body by varying the phase of signals applied to the respective devices through a phase shifter. have. Accordingly, the baseband processor 1400 may search for an optimal beam for communication with the base station.
  • beamforming (VB0 to VB2) in a vertical direction may be performed by varying a phase of a signal applied to an element disposed above and below among the plurality of ring-shaped patch antennas 1220.
  • beamforming (VB0 to VB2) in a vertical direction may be performed by applying a signal to a patch antenna 1220 at a location mapped to a corresponding beam among a plurality of ring-shaped patch antennas 1220.
  • beamforming (VB0 to VB2) in the vertical direction may be performed by sequentially applying signals to elements P0 to P2 at different positions in the vertical direction among the ring-shaped patch antennas.
  • the baseband processor 1400 may perform a beam search in a vertical direction by sequentially applying signals to three elements arranged in a vertical direction among six elements constituting a ring-shaped patch antenna. In this case, in order to adjust the vertical beam scan interval, the phase difference applied to the three elements arranged in the vertical direction may be adjusted.
  • the baseband processor 1400 performs beamforming in the horizontal direction of the electronic device body by varying the phase of the signal applied to each of the devices through a phase shifter. can do. Accordingly, the baseband processor 1400 may search for an optimal beam for communication with the base station.
  • beamforming (HB0 to HB2) in a horizontal direction may be performed by varying a phase of a signal applied to an element disposed on the left and right of the plurality of ring-shaped patch antennas 1220.
  • beamforming (HB0 to HB2) in a horizontal direction may be performed by applying a signal to a patch antenna 1220 at a location mapped to a corresponding beam among a plurality of ring-shaped patch antennas 1220.
  • beamforming (HB0 to HB2) in the horizontal direction may be performed by sequentially applying signals to elements P2 to P4 at different positions in the horizontal direction among the ring-shaped patch antennas.
  • the baseband processor 1400 may perform a beam search in a horizontal direction by sequentially applying signals to three elements arranged in a horizontal direction among six elements constituting a ring-shaped patch antenna. In this case, in order to adjust the horizontal beam scan interval, the phase difference applied to the three elements arranged in the middle horizontal direction can be adjusted.
  • the antenna module 1200 according to the embodiment may be disposed inside the electronic device to be connected to the transceiver circuit 1250.
  • FIG. 10 shows a shape in which an antenna module according to an embodiment is disposed inside an electronic device.
  • the antenna module 120 may be disposed on the FPCB to radiate toward the rear cover 103 of the electronic device.
  • the rear cover 103 may have an opening formed so that a signal radiated by the antenna module 120 can pass.
  • a phase shifter PS may be disposed on the rear surface of the FPCB on which the antenna module 1200 is disposed. A plurality of ring-shaped patches of the antenna module 1200 and the phase shifter PS may be connected through via connection.
  • the RFIC 1250 disposed on the PCB that is, the transceiver circuit 1250 may be connected to the antenna module 1200 without a connector at the shortest distance in order to minimize electrical loss in the mmWave band.
  • a frame and a display 151 may be disposed under the PCB where the transceiver circuit 1250 and the modem 1400 are disposed.
  • the mmWave band antenna module 1200 may be configured to operate in a dual band.
  • FIG. 11A shows an antenna module of mmWave band operating in a dual band according to an embodiment.
  • FIG. 11B shows an antenna module of mmWave band operating in a dual band according to another embodiment of the present invention.
  • Such a dual-band antenna module may be configured to operate in a 28GHz band and a 39GHz band, but is not limited thereto and may be changed to operate in an arbitrary band according to an application.
  • the antenna module includes a plurality of second ring-shaped patch antennas formed to surround the periphery of the parasitic patch antenna 1210 in a region between the ring-shaped patch antenna 1220 and the parasitic patch antenna 1210. It may further include (1230). That is, the second ring-shaped patch antenna 1230 may be disposed to have a smaller diameter than a circle formed in the ring-shaped patch antenna 1220 configured to operate in the first band. Accordingly, it is possible to implement a dual-band patch array antenna by the ring-shaped patch antenna 1220 and the second ring-shaped patch antenna 1230.
  • the antenna module can double resonate in the first band of the millimeter wave band and the second band higher than the first band.
  • the number of elements of the second ring-shaped patch antenna 1230 may be greater than the number of elements of the ring-shaped patch antenna 1220. Accordingly, the baseband processor 1400 may perform beamforming in a finer manner in the second band than in the first band. Accordingly, there is an advantage in that the beam directing direction in the first band and the beam directing direction in the second band are different, so that the level of mutual interference can be reduced.
  • the second signal in the second band may be applied through the second ring-shaped patch antenna 1230 separately from the first signal in the first band.
  • each element in the RFIC 1250 may be configured to operate in both the first band and the second band.
  • the second signal of the second band may also be applied through the respective elements P0 to P5 constituting the ring-shaped patch antenna as shown in FIG. 11A.
  • each element in the RFIC 1250 may be configured to operate in a first band or a second band.
  • the RFIC 1250 may be functionally separated into a first RFIC operating in a first band and a second RFIC operating in a second band.
  • the second signal of the second band may be separately applied through the elements PA0 to PA6 constituting the second ring-shaped patch antenna as shown in FIG. 11B.
  • each element of the second ring-shaped patch antenna 1230 is connected to the transceiver circuit 1250 through a phase shifter.
  • the baseband processor 1400 may control the transceiver circuit 1250 so that the second signal is applied to the second ring-shaped patch antenna 1230 when transmitting or receiving the second signal of the second band.
  • a signal of the second band may be applied to only some elements of the second ring-shaped patch antenna 1230.
  • a signal may be applied through the feeding parts FA0 to FA3 of PA0 to PA2 and the feeding parts FA4 to FA6 of PA4 to PA6.
  • the ring-shaped patch antenna 1220 may apply signals to all three antennas on the left and three antennas on the right.
  • a group may be formed in units of three elements among six elements constituting the ring-shaped patch antenna 1220.
  • the power supply units F0 and F4 may be disposed in the central region.
  • the other two elements P0 and P2 or P3 and P5 may be disposed at positions where the feed units F0 and F2 or F3 and F5 are offset.
  • elements constituting the second ring-shaped patch antenna 1230 may also be grouped in units of three elements.
  • the power supply units FA0 and FA5 may be disposed in the central region.
  • the other two elements PA0 and PA2 or PA4 and PA6 may be disposed at positions where the feed units FA0 and FA2 or FA3 and FA5 are offset.
  • the offset position is disposed adjacent to the feed positions F1 and F4 of the one element P1 and P4.
  • the ring-shaped patch antenna 1220 includes a first group antenna ANT1 formed in units of three elements and a second group antenna ANT2 formed in units of the remaining three elements.
  • the baseband processor 1400 receives the first signal in the first band through the first group antenna ANT1, and receives the second signal in the second band through the second group antenna ANT2 to perform multiplexing.
  • Input/output (MIMO) can be performed. As the feed portions of the adjacent antenna elements are disposed adjacent to the antenna element in the center, the level of mutual interference during MIMO operation can be reduced.
  • antenna elements In relation to such multiple input/output (MIMO), antenna elements generally require a spaced arrangement of 5 wavelengths or more of an operating band.
  • each of the antenna elements such as a 5G MIMO antenna, may be disposed in the upper left, lower left, upper right, and lower right of the electronic device.
  • the 5G MIMO antennas disposed in the upper left, lower left, upper right, and lower right may cause interference between 4G MIMO antennas.
  • the present invention proposes a 5G MIMO antenna that can be placed very close to each other between antenna elements within a limited space of a fingerprint recognition sensor on a rear surface of an electronic device.
  • each of the antenna elements constituting the 5G MIMO antenna may be disposed adjacent to each other with a separation distance of about half or 1/4 wavelength.
  • the first and second antennas ANT1 and ANT2 are disposed very close to each other compared to the conventional spacing of about 5 wavelengths. Accordingly, there is an advantage that MIMO can be performed in a small mounting space while reducing interference between existing antennas or metal bezels through an antenna module that can be disposed on a rear fingerprint recognition sensor according to an embodiment.
  • FIG. 12 shows a shape of an antenna module operating in a dual band according to an embodiment.
  • an opening for disposing a fingerprint sensor may be formed on a rear surface of the electronic device.
  • the antenna module 1200 according to the embodiment may be implemented on a flexible PCB equipped with a fingerprint sensor.
  • the fingerprint recognition sensor may be formed in the opening area of the rear cover of the electronic device.
  • an antenna module 1200 may be disposed on one surface of the dielectric substrate, and a fingerprint recognition sensor may be disposed on the other surface.
  • the fingerprint recognition sensor since the fingerprint recognition sensor is not formed of a metal material, the signal radiated by the antenna module 1200 does not deteriorate in performance due to the fingerprint recognition sensor.
  • the antenna module 1200 and the fingerprint recognition sensor may be disposed on the same surface of the dielectric substrate. In this case, an opening may be created in the center of the parasitic patch antenna 1210 so that the fingerprint recognition sensor may be exposed to the outside.
  • the antenna module 1200 may be disposed on a front surface of an electronic device equipped with a fingerprint sensor.
  • the antenna module 1200 may be implemented on a flexible PCB provided with the fingerprint recognition sensor.
  • both the fingerprint recognition sensor and the antenna module 1200 may be formed of a metal mesh inside the display.
  • the electronic device includes an antenna module 1200, a transceiver circuit 1250, and a baseband processor 1400.
  • the antenna module 1200 includes a parasitic patch antenna 1210, a plurality of ring-shaped patch antennas 1220, and a plurality of second ring-shaped patch antennas 1230.
  • the number of the plurality of ring-shaped patch antennas 1220 is shown as six, but is not limited thereto and may be changed according to an application.
  • the number and arrangement of the plurality of second ring-shaped patch antennas 1230 can be changed according to the application.
  • FIG. 13 illustrates a block diagram of a wireless communication system to which the methods proposed in the present specification can be applied.
  • the wireless communication system includes a first communication device 910 and/or a second communication device 920.
  • 'A and/or B' may be interpreted as having the same meaning as'including at least one of A or B'.
  • the first communication device may represent the base station, and the second communication device may represent the terminal (or the first communication device may represent the terminal and the second communication device may represent the base station).
  • Base station is a fixed station, Node B, evolved-NodeB (eNB), Next Generation NodeB (gNB), base transceiver system (BTS), access point (AP), general NB), 5G system, network, AI system, RSU (road side unit), can be replaced by terms such as robot.
  • eNB evolved-NodeB
  • gNB Next Generation NodeB
  • BTS base transceiver system
  • AP access point
  • general NB 5G system
  • network AI system
  • RSU road side unit
  • the terminal may be fixed or mobile, and UE (User Equipment), MS (Mobile Station), UT (user terminal), MSS (Mobile Subscriber Station), SS (Subscriber Station), AMS (Advanced Mobile) Station), WT (Wireless terminal), MTC (Machine-Type Communication) device, M2M (Machine-to-Machine) device, D2D (Device-to-Device) device, vehicle, robot, AI module May be replaced with terms such as.
  • UE User Equipment
  • MS Mobile Station
  • UT user terminal
  • MSS Mobile Subscriber Station
  • SS Subscriber Station
  • AMS Advanced Mobile
  • WT Wireless terminal
  • MTC Machine-Type Communication
  • M2M Machine-to-Machine
  • D2D Device-to-Device
  • vehicle robot
  • AI module May be replaced with terms such as.
  • the first communication device and the second communication device are a processor (processor, 911,921), memory (memory, 914,924), one or more Tx/Rx radio frequency modules (915,925), Tx processors (912,922), and Rx processors (913,923). , Antennas 916 and 926.
  • the processor implements the previously salpin functions, processes and/or methods. More specifically, in DL (communication from the first communication device to the second communication device), higher layer packets from the core network are provided to the processor 911.
  • the processor implements the functions of the L2 layer. In the DL, the processor provides multiplexing between logical channels and transport channels and radio resource allocation to the second communication device 920, and is responsible for signaling to the second communication device.
  • the transmit (TX) processor 912 implements various signal processing functions for the L1 layer (ie, the physical layer).
  • the signal processing function facilitates forward error correction (FEC) in the second communication device, and includes coding and interleaving.
  • FEC forward error correction
  • the encoded and modulated symbols are divided into parallel streams, each stream is mapped to an OFDM subcarrier, multiplexed with a reference signal (RS) in the time and/or frequency domain, and uses Inverse Fast Fourier Transform (IFFT). These are combined together to create a physical channel carrying the time domain OFDMA symbol stream.
  • the OFDM stream is spatially precoded to produce multiple spatial streams. Each spatial stream may be provided to a different antenna 916 through a separate Tx/Rx module (or transceiver 915).
  • Each Tx/Rx module can modulate an RF carrier with each spatial stream for transmission.
  • each Tx/Rx module (or transceiver 925) receives a signal through each antenna 926 of each Tx/Rx module.
  • Each Tx/Rx module restores information modulated by an RF carrier and provides the information to the receive (RX) processor 923.
  • the RX processor implements a variety of layer 1 signal processing functions.
  • the RX processor may perform spatial processing on the information to recover any spatial stream destined for the second communication device. If multiple spatial streams are directed to the second communication device, they can be combined into a single OFDMA symbol stream by multiple RX processors.
  • the RX processor transforms the OFDMA symbol stream from time domain to frequency domain using Fast Fourier Transform (FFT).
  • FFT Fast Fourier Transform
  • the frequency domain signal contains a separate OFDMA symbol stream for each subcarrier of the OFDM signal.
  • the symbols and reference signal on each subcarrier are reconstructed and demodulated by determining the most probable signal constellation points transmitted by the first communication device. These soft decisions may be based on channel estimate values.
  • the soft decisions are decoded and deinterleaved to restore the data and control signal originally transmitted by the first communication device on the physical channel. Corresponding data and control signals are provided to the processor 921.
  • the UL (communication from the second communication device to the first communication device) is handled in the first communication device 910 in a manner similar to that described with respect to the receiver function in the second communication device 920.
  • Each Tx/Rx module 925 receives a signal through a respective antenna 926.
  • Each Tx/Rx module provides an RF carrier and information to the RX processor 923.
  • the processor 921 may be associated with a memory 924 that stores program code and data.
  • the memory may be referred to as a computer-readable medium.
  • the antenna performance of the millimeter wave band can be secured without limitation to the existing antenna and terminal structure by arranging the antenna in the electronic device without a separate mounting space.
  • the antenna module is disposed on the rear surface of the electronic device, so that the rear radiation characteristic and the side radiation characteristic can be improved.
  • the antenna module in which the millimeter wave band array antenna is disposed is disposed on the rear fingerprint sensor module of the electronic device, thereby increasing the degree of freedom in antenna design and arrangement.
  • the design of the antenna including the control unit and the control unit controlling the same in an electronic device having an array antenna, and a control method thereof can be implemented as computer-readable codes in 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 magnetic tapes
  • optical data storage devices etc.
  • carrier wave for example, transmission over the Internet
  • the computer may include the control unit 180 of the terminal.

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Abstract

실시 예에 따른 5G 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기가 제공된다. 상기 안테나 모듈은 기판 상부에 배치되고, 특정 대역에서 신호를 방사하도록 구성된 기생 패치 안테나(parasitic patch antenna)를 포함한다. 또한, 상기 안테나 모듈은 상기 기생 패치 안테나의 주변을 둘러싸도록 형성된 복수의 링 형상 패치 안테나(ring shaped patch antenna)를 더 포함할 수 있다.

Description

5G 배열 안테나를 구비하는 전자 기기
본 발명은 5G 배열 안테나를 구비하는 전자 기기에 관한 것이다.
전자기기(electronic devices)는 이동 가능여부에 따라 이동 단말기(mobile/portable terminal) 및 고정 단말기(stationary terminal)으로 나뉠 수 있다. 다시 전자기기는 사용자의 직접 휴대 가능 여부에 따라 휴대(형) 단말기(handheld terminal) 및 거치형 단말기(vehicle mounted terminal)로 나뉠 수 있다.
전자기기의 기능은 다양화되고 있다. 예를 들면, 데이터와 음성통신, 카메라를 통한 사진촬영 및 비디오 촬영, 음성녹음, 스피커 시스템을 통한 음악파일 재생 그리고 디스플레이부에 이미지나 비디오를 출력하는 기능이 있다. 일부 단말기는 전자게임 플레이 기능이 추가되거나, 멀티미디어 플레이어 기능을 수행한다. 특히 최근의 이동 단말기는 방송과 비디오나 텔레비전 프로그램과 같은 시각적 컨텐츠를 제공하는 멀티캐스트 신호를 수신할 수 있다.
이와 같은 전자기기는 기능이 다양화됨에 따라 예를 들어, 사진이나 동영상의 촬영, 음악이나 동영상 파일의 재생, 게임, 방송의 수신 등의 복합적인 기능들을 갖춘 멀티미디어 기기(Multimedia player) 형태로 구현되고 있다.
이러한 전자기기의 기능 지지 및 증대를 위해, 단말기의 구조적인 부분 및/또는 소프트웨어적인 부분을 개량하는 것이 고려될 수 있다.
상기 시도들에 더하여, 최근 전자기기는 LTE 통신 기술을 이용한 무선 통신 시스템이 상용화되어 다양한 서비스를 제공하고 있다. 또한, 향후에는 5G 통신 기술을 이용한 무선 통신 시스템이 상용화되어 다양한 서비스를 제공할 것으로 기대된다. 한편, LTE 주파수 대역 중 일부를 5G 통신 서비스를 제공하기 위하여 할당될 수 있다.
이와 관련하여, 이동 단말기는 5G 통신 서비스를 다양한 주파수 대역에서 제공하도록 구성될 수 있다. 최근에는 6GHz 대역 이하의 Sub6 대역을 이용하여 5G 통신 서비스를 제공하기 위한 시도가 이루어지고 있다. 하지만, 향후에는 보다 빠른 데이터 속도를 위해 Sub6 대역 이외에 밀리미터파(mmWave) 대역을 이용하여 5G 통신 서비스를 제공할 것으로 예상된다.
한편, 이러한 밀리미터파(mmWave) 대역에서의 5G 통신 서비스를 위해 할당될 주파수 대역은 28GHz 대역, 39GHz 및 64 GHz 대역이 고려되고 있다. 한편, 이와 같은 28GHz 대역, 39GHz 및 64 GHz 대역에서는 파장의 길이가 짧아 해당 통신 서비스를 제공하는 셀 커버리지가 감소한다는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 밀리미터파(mmWave) 대역에서는 기지국 이외에 단말에서도 다수의 안테나 소자들이 일정 간격으로 배치되는 배열 안테나가 구비되어야 한다.
한편, 이러한 배열 안테나가 전자 기기 내에 배치되는 경우, 전자 기기의 메탈 케이스에 의해 외부로 신호를 용이하게 방사하기 어렵다는 문제점이 있다. 이에 따라, 전자 기기 내부에 배열 안테나를 배치하기 용이하지 않다는 실장 이슈 이외에 메탈 케이스 형태의 디자인에 따른 안테나 디자인 제약 사항이 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 메탈 케이스 형태의 전자 기기에서, 외부로 신호를 방사할 수 있는 구조의 안테나를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 메탈 케이스 형태의 전자 기기에서 밀리미터파 대역에서 동작하는 배열 안테나를 통한 빔 포밍 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 실시 예에 따른 5G 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기가 제공된다. 상기 안테나 모듈은 기판 상부에 배치되고, 특정 대역에서 신호를 방사하도록 구성된 기생 패치 안테나(parasitic patch antenna)를 포함한다. 또한, 상기 안테나 모듈은 상기 기생 패치 안테나의 주변을 둘러싸도록 형성된 복수의 링 형상 패치 안테나(ring shaped patch antenna)를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 복수의 링 형상 패치 안테나의 각각의 소자(element)는 상호 분절된 형태로 형성될 수 있다.
일 실시 예로, 상기 각각의 소자와 연결되고, 상기 각각의 소자 중 적어도 하나로 신호를 인가하도록 구성된 송수신부 회로(transceiver)를 포함할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 기생 패치 안테나는 상기 기판에 배치되는 원형 패치 안테나(circular patch antenna)일 수 있다. 한편, 상기 복수의 링 형상 패치 안테나는 상기 원형 패치 안테나의 주변의 360도 영역을 둘러싸도록 형성된 n개의 분절된 링 형상 패치 안테나일 수 있다.
일 실시 예로, 상기 송수신부 회로와 연결되고, 상기 안테나 모듈을 통해 방사되는 빔에 대한 빔 포밍을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어하도록 구성된 기저대역 프로세서를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 기판은 플렉시블 기판(flexible substrate)일 수 있다. 한편, 상기 플렉시블 기판의 후면에는 상기 각각의 소자와 연결되는 위치에 배치되어, 상기 각각의 소자로 인가되는 신호의 위상을 가변하도록 구성된 위상 변위기(phase shifter)를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 기저대역 프로세서는 상기 각각의 소자 전부에 동위상 신호(in-phase signal)를 인가할 수 있다. 이에 따라, 상기 안테나 모듈을 통해 방사되는 빔 패턴이 상기 전자 기기 바디의 수평 방향으로 무지향성(omni-directional) 패턴이 형성되도록 할 수 잇다. 일 예로, 무지향성 패턴을 통해 셀 공통 제어 신호(cell common control signal)을 수신할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 기저대역 프로세서는 상기 위상 변위기를 통해 상기 각각의 소자에 인가되는 신호의 위상을 가변할 수 있다. 이에 따라 상기 전자 기기 바디의 수직 방향으로 빔 포밍하여 기지국과 통신을 위한 최적의 빔을 탐색할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 기저대역 프로세서는 상기 링 형상 패치 안테나를 구성하는 6개의 소자 중 수직 방향으로 배치된 3개의 소자에 순차적으로 신호를 인가하여 빔 탐색을 수행할 수 있다. 한편, 상기 빔 탐색 결과 최적 빔 탐색이 이루어지지 않으면, 수평 방향으로 배치된 다른 3개의 소자에 순차적으로 신호를 인가하여 빔 탐색을 수행할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 안테나 모듈은 지문 인식 센서(fingerprint sensor)가 구비된 플렉시블 PCB에 구현될 수 있다. 한편, 상기 지문 인식 센서는 상기 전자 기기의 후면 커버의 개구 영역에 형성될 수 있다.
일 실시 예로, 상기 기생 패치 안테나는, 상기 지문 인식 센서가 내부에 수용되는 돌출 구조물(protruding structure) 상부에 배치될 수 있다. 한편, 상기 후면 커버의 개구 영역을 통해 상기 안테나 모듈이 밀리미터파 대역 신호를 방사하도록 구성될 수 있다.
일 실시 예로, 상기 전자 기기가 잠금 상태이면 상기 기저대역 프로세서는 상기 안테나 모듈로 전달되는 신호 레벨을 임계치 이하가 되도록 상기 송수신부 회로를 제어할 수 있다. 상기 지문 인식 센서를 통해 지문 인식이 성공되면, 상기 기저대역 프로세서는 상기 어플리케이션의 타입에 따라 상기 안테나 모듈로 전달되는 신호 레벨을 증가시키도록 상기 송수신부 회로를 제어할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 안테나 모듈은 상기 링 형상 패치 안테나와 상기 기생 패치 안테나 사이의 영역에서 상기 기생 패치 안테나의 주변을 둘러싸도록 형성된 복수의 제2 링 형상 패치 안테나를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 링 형상 패치 안테나를 구성하는 각각의 소자의 호의 길이는 상기 링 형상 패치 안테나를 구성하는 각각의 소자의 호의 길이보다 짧게 형성될 수 있다. 따라서, 상기 안테나 모듈이 밀리미터파 대역의 제1 대역 및 상기 제1 대역보다 높은 제2 대역에서 이중 공진하도록 할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 제2 링 형상 패치 안테나의 각각의 소자의 개수는 상기 링 형상 패치 안테나의 각각의 소자의 개수보다 많게 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 기저대역 프로세서가 빔 포밍을 상기 제2 대역에서 상기 제1 대역보다 더 미세하게 수행할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 제2 링 형상 패치 안테나의 각각의 소자에 상기 제2 대역의 신호가 인가되도록, 상기 제2 링 형상 패치 안테나의 각각의 소자가 상기 송수신부 회로와 위상 변위기를 통해 연결되도록 구성될 수 있다. 한편, 상기 기저대역 프로세서는 상기 제2 대역의 제2 신호를 송신 또는 수신하는 경우, 상기 제2 링 형상 패치 안테나로 상기 제2 신호가 인가되도록 상기 송수신부 회로를 제어할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 링 형상 패치 안테나를 구성하는 6개의 소자 중 3개의 소자 단위로 그룹이 형성될 수 있다. 한편, 상기 그룹 내의 3개의 소자 중 하나의 소자는 급전부가 중심 영역에 배치되고, 나머지 두 개의 소자는 급전부가 오프셋된 위치에 배치될 수 있다.
일 실시 예로, 상기 오프셋된 위치는 상기 하나의 소자의 급전 위치에 인접하게 배치될 수 있다. 한편, 상기 링 형상 패치 안테나는 상기 3개의 소자 단위로 형성된 제1 그룹 안테나 및 나머지 3개의 소자 단위로 형성된 제2 그룹 안테나를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 기저대역 프로세서는 상기 제1 그룹 안테나를 통해 제1 대역에서 제1 신호를 수신하고, 상기 제2 그룹 안테나를 통해 제2 대역에서 제2 신호를 수신하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.
본 발명에 따르면, 밀리미터파 대역의 안테나를 별도의 실장 공간 없이도 전자 기기에 배치하여 기존 안테나 및 단말 구조에 제한 없이 안테나 성능을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 안테나 모듈을 전자 기기의 후면에 배치하여, 후면 방사 특성 및 측면 방사 특성을 개선할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 밀리미터파 대역의 배열 안테나가 배치된 안테나 모듈을 전자 기기의 후면 지문 센서 모듈에 배치하여, 안테나 설계 및 배치 자유도를 높일 수 있다는 장점이 있다.
도 1a는 본 발명과 관련된 전자 기기를 설명하기 위한 블록도이고, 도 1b 및 1c는 본 발명과 관련된 전자 기기의 일 예를 서로 다른 방향에서 바라본 개념도이다.
도 2는 실시 예에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기의 무선 통신부의 구성을 도시한다.
도 3은 실시 예에 따른 기지국과 전자 기기 간의 최적 빔 선택 과정의 개념도이다.
도 4는 실시 예에 따른 빔 포밍을 수행하는 다수의 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 안테나 모듈과 송수신부 회로를 포함하는 프론트-엔드 모듈을 나타낸다.
도 6a는 실시 예에 따른 빔 포밍을 수행하는 링 형상 패치 배열 안테나와 이에 연결되는 송수신부 회로 및 기저대역 프로세서의 구성을 나타낸다.
도 6b는 실시 예에 따른 빔 포밍을 수행하는 링 형상 패치 배열 안테나가 배치된 안테나 모듈의 형상을 나타낸다.
도 7a 및 도 7b는 원형 더미 패치 없이 링 형상 패치만 구비하는 안테나 모듈이 배치되는 기판의 수직 방향 및 수평 방향에서의 빔 패턴을 나타낸다.
도 8a 및 도 8b는 원형 더미 패치를 구비하는 안테나 모듈이 배치되는 기판의 수직 방향 및 수평 방향에서의 빔 패턴을 나타낸다.
도 9a는 실시 예에 따른 수직 방향 빔 포밍을 수행하는 전자 기기를 나타낸다. 한편, 도 9b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수직 방향 빔 포밍을 수행하는 전자 기기를 나타낸다.
도 10은 실시 예에 따른 안테나 모듈이 전자 기기의 내부에 배치된 형상을 나타낸다.
도 11a는 실시 예에 따른 이중 대역에서 동작하는 mmWave 대역의 안테나 모듈을 나타낸다. 한편, 도 11b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이중 대역에서 동작하는 mmWave 대역의 안테나 모듈을 나타낸다.
도 12는 실시 예에 따른 이중 대역에서 동작하는 안테나 모듈의 형상을 나타낸다.
도 13은 본 명세서에서 제안하는 방법들이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템의 블록 구성도를 예시한다.
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 실시 예에 따른 다중 송신 시스템 구조 및 이를 구비하는 전자 기기, 특히 이종 무선 시스템(heterogeneous radio system)에서 전력 증폭기 및 이를 구비하는 전자 기기와 관련된 실시 예들에 대해 첨부된 도면을 참조하여 살펴보겠다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
도 2는 실시 예에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기의 무선 통신부의 구성을 도시한다. 도 2를 참조하면, 전자 기기는 제1 전력 증폭기(210), 제2 전력 증폭기(220) 및 RFIC(250)를 포함한다. 또한, 전자 기기는 모뎀(Modem, 400) 및 어플리케이션 프로세서(AP: Application Processor, 500)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 모뎀(Modem, 400)과 어플리케이션 프로세서(AP, 500)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)를 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, 500)는 전자 기기의 각 구성부의 동작을 제어하도록 구성한다. 구체적으로, 어플리케이션 프로세서(AP, 500)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, 500)는 전자 기기가 대기 모드(idle mode)에 있다고 판단되면, 모뎀(300)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(300)을 통해 RFIC(250)를 제어할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 어플리케이션 프로세서(AP, 500)는 전자 기기가 low battery mode이면, 저전력 통신이 가능한 무선 통신을 제공하도록 모뎀(300)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 전자 기기가 4G 기지국, 5G 기지국 및 액세스 포인트 중 복수의 엔티티와 연결된 경우, 어플리케이션 프로세서(AP, 500)는 가장 저전력으로 무선 통신이 가능하도록 모뎀(400)을 제어할 수 있다. 이에 따라, 스루풋을 다소 희생하더라도 어플리케이션 프로세서(AP, 500)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(300)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 어플리케이션 프로세서(AP, 500)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, 500)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, 500)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, 실시 예에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기는 듀플렉서(duplexer, 231), 필터(232) 및 스위치(233)를 더 포함할 수 있다.
듀플렉서(231)는 송신 대역과 수신 대역의 신호를 상호 분리하도록 구성된다. 이때, 제1 및 제2 전력 증폭기(210, 220)를 통해 송신되는 송신 대역의 신호는 듀플렉서(231)의 제1 출력 포트를 통해 안테나(ANT1, ANT4)에 인가된다. 반면에, 안테나(ANT1, ANT4)를 통해 수신되는 수신 대역의 신호는 듀플렉서(231)의 제2 출력포트를 통해 저잡음 증폭기(310, 340)로 수신된다.
필터(232)는 송신 대역 또는 수신 대역의 신호를 통과(pass)시키고 나머지 대역의 신호는 차단(block)하도록 구성될 수 있다. 이때, 필터(232)는 듀플렉서(231)의 제1 출력 포트에 연결되는 송신 필터와 듀플렉서(231)의 제2 출력포트에 연결되는 수신 필터로 구성될 수 있다. 대안적으로, 필터(232)는 제어 신호에 따라 송신 대역의 신호만을 통과시키거나 또는 수신 대역의 신호만을 통과시키도록 구성될 수 있다.
스위치(233)는 송신 신호 또는 수신 신호 중 어느 하나만을 전달하도록 구성된다. 본 발명의 일 실시 예에서, 스위치(233)는 시분할 다중화(TDD: Time Division Duplex) 방식으로 송신 신호와 수신 신호를 분리하도록 SPDT (Single Pole Double Throw) 형태로 구성될 수 있다. 이때, 송신 신호와 수신 신호는 동일 주파수 대역의 신호이고, 이에 따라 듀플렉서(231)는 서큘레이터(circulator) 형태로 구현될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에서, 스위치(233)는 주파수 분할 다중화(FDD: Time Division Duplex) 방식에서도 적용 가능하다. 이때, 스위치(233)는 송신 신호와 수신 신호를 각각 연결 또는 차단할 수 있도록 DPDT (Double Pole Double Throw) 형태로 구성될 수 있다. 한편, 듀플렉서(231)에 의해 송신 신호와 수신 신호의 분리가 가능하므로, 스위치(233)가 반드시 필요한 것은 아니다.
한편, 실시 예에 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 2와 같은 다중 송수신 시스템이 구비된 실시 예에 따른 서로 다른 대역에서 동작하는 배열 안테나를 구비하는 전자기기의 구체적인 동작 및 기능에 대해서 이하에서 검토하기로 한다.
실시 예에 따른 5G 통신 시스템에서, 5G 주파수 대역은 Sub6 대역보다 높은 주파수 대역일 수 있다. 예를 들어, 5G 주파수 대역은 밀리미터파 대역일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다.
도 3은 실시 예에 따른 기지국과 전자 기기 간의 최적 빔 선택 과정의 개념도이다. 도 3(a)를 참조하면, 기지국(BS)의 최적 빔과 단말(UE)의 제1 배열 안테나(ANT1)의 최적 빔을 통해 신호의 송신 및 수신이 가능하다.
한편, 도 3(b)와 같이 단말(UE)이 임계치 이상의 각도로 일정 방향으로 회전한 경우, 제1 배열 안테나(ANT1)가 아닌 제2 배열 안테나(ANT2)를 통한 최적 빔 스캐닝과 선정된 최적 빔을 통해 신호를 송신 및 수신하는 것이 더 유리하다.
이와 관련하여, mmWave 대역을 이용하는 경우 빔 포밍(Beamforming)을 통한 기지국과의 연결(Connection)이 가능하다. 이때, 단말(UE)의 급격한 방향 변경으로 빔을 생성하는 배열 안테나를 변경하거나 또는 빔의 ID를 변경해야 지속적인 연결이 가능하다.
만약 단말(UE)의 방향이 바뀌어 기지국과의 연결 유지 어려운 경우 다시 한번 빔 스캐닝을 통해 최적의 빔 ID를 탐색해야 한다. 이때, 해당 배열 안테나, 예컨대 제2 배열 안테나(ANT2)를 통한 모든 가능한 빔을 탐색하는 시간 동안에 데이터 손실(Data Loss)이 발생할 수 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해, 단말(UE)과 같은 전자 기기의 이동 및 회전 상태를 감지하여, 복수의 배열 안테나들 중 최적 배열 안테나의 선택과 해당 배열 안테나의 최적 빔을 신속하고 정확하게 결정할 수 있다.
구체적으로, 도 3(b)를 참조하면, 본 발명에서 단말(UE), 즉 전자기기가 하나 이상의 특정 회전 축 방향으로 회전한 경우, 서로 다른 배열 안테나를 선택, 즉 제1 배열 안테나(ANT1)에서 제2 배열 안테나(ANT2)를 선택하는 것과 관련된다. 또한, 이러한 배열 안테나의 선택 이슈 이외에 특정 회전 축 방향으로 회전한 경우, 해당 배열 안테나의 어느 빔을 통해 기지국과 통신 설정을 할 것인지가 중요하다. 따라서, 본 발명에서는 이러한 단말(UE), 즉 전자기기의 배치 상태 및 회전 상태에 따라 적응적으로 특정 배열 안테나와 특정 빔을 선택하는 방법에 대해 살펴보기로 한다.
한편, 도 3 (a) 및 도 3(b)를 참조하면, 본 발명에서는 단말(UE), 즉 전자기기의 배치 또는 회전 상태가 변경되는 경우에도, 기지국(BS)에서도 제공(serving)되는 안테나 빔의 형태는 변경되지 않는다는 장점이 있다. 이와 관련하여 표준 관점에서 기지국(BS)은 초기 빔 선택 이후에, 단말 이동 상태에 따라 최적 빔 탐색 과정을 반복할 필요가 없다는 장점이 있다. 또한, 단말(UE), 즉 전자기기가 최적 빔 이외에, 최적 배열 안테나 (즉, 최적 가상 안테나 포트(optimum antenna port))를 선택할 수 있다는 장점이 있다. 이에 따라, 기지국에서 다수의 배열 안테나들, 즉 최적 가상 안테나 포트를 수시로 변경할 필요가 없다는 장점이 있다.
한편, 도 4는 실시 예에 따른 빔 포밍을 수행하는 다수의 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기를 나타낸다. 이와 관련하여, 도 4(a)는 UE의 상부와 측면에 구비되는 제1 내지 제3 안테나(ANT1 내지 ANT3)을 통한 빔 포밍을 나타낸다. 여기서, 전자 기기는 전자 기기의 상부, 하부, 좌측, 우측 영역에 배치되고 다중 입출력(MIMO)을 수행하기 위한 4개의 안테나 모듈이 배치될 수 있다. 한편, 제1 내지 제3 안테나(ANT1 내지 ANT3)와 같은 각각의 안테나 모듈은 빔 포밍을 수행할 수 있도록 다수의 안테나 소자로 이루어질 수 있다.
한편, 도 4(a)를 참조하면, UE는 기지국 또는 다른 단말에 대해 최적의 안테나에 해당하는 제1 안테나(ANT1)를 통해 빔 포밍을 수행할 수 있다. 또한, UE는 제1 안테나(ANT1)를 통해 제1 신호를 송신 또는 수신하면서 동시에 제2 안테나(ANT2)를 통해 제2 신호를 송신 또는 수신하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.
한편, 도 4(b)를 참조하면, UE는 전면과 배면에 제1 및 제2 안테나(ANT1 및 ANT2)를 구비할 수 있다. 이와 관련하여, UE는 도 4(a)와 같은 안테나 모듈과 별도로 제1 및 제2 안테나(ANT1 및 ANT2)를 더 구비할 수 있다. 이와 관련하여, 도 4(a)의 안테나 모듈은 전자 기기의 측면의 유전체 영역에 배치되는 복수의 패치 안테나 소자로 이루어질 수 있다. 반면에, 도 4(b)의 안테나 모듈은 전자 기기의 내부에 배치되는 복수의 패치 안테나 소자 또는 다이폴 안테나 소자로 이루어질 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 안테나 모듈과 송수신부 회로를 포함하는 프론트-엔드 모듈을 나타낸다. 도 5(a)를 참조하면, 프론트-엔드 모듈(1200a)의 전면에 해당하는 안테나 모듈이 전자 기기, 즉 UE의 측면을 향하도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 안테나 모듈이 UE의 측면 90도 방향으로 안테나 빔을 형성할 수 있다. 따라서, 안테나 모듈은 메탈 베젤 중 일부 영역에 형성되는 유전체 영역을 통해 안테나 빔을 방사할 수 있다.
한편, 도 5(b)를 참조하면, 프론트-엔드 모듈(1200b)의 전면에 해당하는 안테나 모듈이 수평 방향에 대해 실질적으로 소정 각도 기울어진 상태로 배치될 수 있다. 이에 따라, 안테나 모듈이 UE의 측면 45도 방향으로 안테나 빔을 형성할 수 있다. 따라서, 안테나 모듈은 메탈 베젤 중 일부 영역에 형성되는 유전체 영역을 통해 안테나 빔을 방사할 수 있다.
한편, 도 5(c)를 참조하면, 수평 방향으로 배치된 프론트-엔드 모듈(1200c)의 전면 또는 후면에 안테나 모듈이 배치될 수 있다. 이에 따라, 안테나 모듈이 UE의 전면 또는 후면 방향으로 안테나 빔을 형성할 수 있다. 따라서, 안테나 모듈은 메탈 바디의 일부 영역에 형성되는 유전체 영역을 통해 안테나 빔을 방사할 수 있다.
하지만, 이와 같은 도 5(a) 내지 도 5(c)와 같은 안테나 모듈이 배치된 구조에서는 메탈 베젤 또는 메탈 바디의 일부 영역에 유전체 영역이 형성되어야 한다. 따라서, 메탈 일체형 바디 구조를 채택하는 단말에서 전자 기기 내부에 배치되는 안테나 모듈의 방사 성능은 저하될 수 있다.
이러한 이슈를 해결하기 위한 실시 예에 따른 빔 포밍을 수행하는 링 형상 패치 배열 안테나의 구성에 대해 설명하면 다음과 같다. 한편, 이러한 본 발명의 목적은 메탈 케이스 형태의 전자 기기에서, 외부로 신호를 방사할 수 있는 구조의 안테나를 제공하기 위한 것이다. 또한, 본 발명의 다른 일 목적은, 메탈 케이스 형태의 전자 기기에서 밀리미터파 대역에서 동작하는 배열 안테나를 통한 빔 포밍 방법을 제공하기 위한 것이다.
이를 위해, 도 6a는 실시 예에 따른 빔 포밍을 수행하는 링 형상 패치 배열 안테나와 이에 연결되는 송수신부 회로 및 기저대역 프로세서의 구성을 나타낸다. 한편, 도 6b는 실시 예에 따른 빔 포밍을 수행하는 링 형상 패치 배열 안테나가 배치된 안테나 모듈의 형상을 나타낸다.
이와 관련하여, 본 발명은 이동 단말기와 같은 전자 기기 구조에 적합한 링 형상 패치 안테나(ring shaped patch antenna)의 설계 방법에 관한 것이다. 이러한 링 형상 패치 안테나를 통해 5G SRP (stand-alone RFIC Package) 무선 기술을 확보할 수 있다.
한편, 5G mmWave 모듈은 메탈 케이스 구조의 전자 기기에서 실장 시 안테나 성능을 확보하기 위한 실장 공간의 제약과 디자인 제약 사항이 크다. 이에 따라, 5G mmWave 모듈을 배치하기 위해 메탈 케이스에 별도의 개구부를 형성하고, 이러한 개구부를 통해 5G mmWave 안테나 모듈이 노출되도록 배치할 수 있다. 하지만, 이러한 별도의 개구부를 통해 5G mmWave 안테나 모듈이 노출되더라도 노출된 영역인 전자 기기의 후면 또는 측면으로만 방사가 가능하다는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 실시 예에 따른 링 형상 패치 배열 안테나와 내부에 별도의 더미 패치를 이용한 안테나 모듈을 통해 다양한 방향으로 빔 포밍이 가능하다. 또한, 이러한 패치 배열 안테나 모듈을 전자 기기 후면의 지문 인식 센서와 함께 배치하여 별도의 개구부를 형성하지 않고도 안테나 성능 확보가 가능하다. 또한, 링 형상 패치 배열 안테나와 내부에 별도의 더미 패치를 이용하여 다양한 조합을 통해 전자 기기의 후면 및 측면 전부로 방사가 가능하다.
또한, 이러한 링 형상 패치 배열 안테나를 서로 다른 직경으로 배치하여, 이중 공진하는 안테나 모듈을 제공할 수 있다. 이에 따라, 제한된 공간 내에서 별도의 안테나 모듈 없이 이중 대역에서 동작하는 하나의 안테나 모듈을 제공할 수 있다.
도 6b과 같은 실시 예에 따른 mmWave 안테나 모듈이 형성된 기판을 배치하기 위해 전자 기기의 외관에 별도의 개구부를 형성할 필요가 없다. 이와 관련하여, 전자 기기의 배면에는 지문 인식 센서(fingerprint sensor)를 배치하기 위한 개구부가 형성될 수 있다. 이에 따라, 실시 예에 따른 안테나 모듈(1200)은 지문 인식 센서(fingerprint sensor)가 구비된 플렉시블 PCB에 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 지문 인식 센서는 전자 기기의 후면 커버의 개구 영역에 형성될 수 있다.
일 예로, 유전체 기판의 일 면에 안테나 모듈(1200)이 배치되고, 타 면에 지문 인식 센서가 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 지문 인식 센서는 금속 재질로 형성되지 않으므로, 안테나 모듈(1200)에 의해 방사되는 신호는 지문 인식 센서로 인해 성능이 저하되지 않는다. 다른 예로, 유전체 기판의 동일 면에 안테나 모듈(1200)과 지문 인식 센서가 배치될 수 있다. 이 경우, 지문 인식 센서가 외부로 노출될 수 있도록, 기생 패치 안테나(1210)의 중심부에 개구부가 생성될 수 있다.
대안으로, 실시 예에 따른 안테나 모듈(1200)은 지문 인식 센서(fingerprint sensor)가 구비된 전자 기기의 전면부에 배치될 수 있다. 이를 위해, 지문 인식 센서가 별도의 물리 버튼으로 전자 기기의 전면에 배치되는 경우, 지문 인식 센서가 구비된 플렉시블 PCB에 안테나 모듈(1200)이 구현될 수 있다. 반면에, 지문 인식 센서가 디스플레이 내부에 배치되는 경우, 지문 인식 센서와 안테나 모듈(1200)은 모두 디스플레이 내부의 메탈 메쉬로 이루어질 수 있다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 전자 기기는 안테나 모듈(1200), 송수신부 회로(1250) 및 기저대역 프로세서(1400)를 포함한다. 한편, 안테나 모듈(1200)은 기생 패치 안테나(parasitic patch antenna, 1210), 복수의 링 형상 패치 안테나(1220)을 포함한다. 여기서, 복수의 링 형상 패치 안테나(1220)의 개수는 6개로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다.
기생 패치 안테나(1210)는 기판 상부에 배치되고, 특정 대역에서 신호를 방사하도록 구성된다. 한편, 복수의 링 형상 패치 안테나(1220)는 기생 패치 안테나(1210)의 주변을 둘러싸도록 형성된다. 이 경우, 복수의 링 형상 패치 안테나(1220)의 각각의 소자(element)는 상호 분절된 형태로 형성될 수 있다.
한편, 기생 패치 안테나(1210)는 기판에 배치되는 원형 패치 안테나(circular patch antenna)일 수 있다. 이에 따라, 기생 패치 안테나(1210)를 원형 더미 패치로 지칭할 수 있다. 구체적으로, 복수의 링 형상 패치 안테나(1220)는 원형 패치 안테나(1210)의 주변의 360도 영역을 둘러싸도록 형성된 n개의 분절된 링 형상 패치 안테나일 수 있다. 이 경우, n개의 분절된 링 형상 패치 안테나(Patch #0 내지 Patch #5, 이하 P0 내지 P5) 간 간격은 반파장(half-wavelength) 이상으로 설정될 수 있다. 이와 관련하여, 링 형상 패치 안테나(P0 내지 P5) 간 간격은 반파장 이하이면 안테나 소자 상호 간에 간섭이 증가할 수 있다. 이에 따라, 안테나 빔 패턴의 널(null) 패턴이 생성되지 않거나 빔 포밍 각도 오차가 발생하는 문제가 발생할 수 있다.
반면에, 링 형상 패치 안테나(P0 내지 P5) 간 간격은 파장의 0.7배 이상이면 빔 포밍 각도가 증가함에 따라 부엽(sidelobe) 레벨이 증가하여 다른 UE로 간섭을 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 실시 예에 따른 링 형상 패치 안테나(P0 내지 P5) 간 간격은 동작 대역의 파장의 0.5배 내지 0.7배 범위로 설정될 수 있다.
한편, 송수신부 회로(1250)는 링 형상 패치 안테나(1220)의 각각의 소자(P0 내지 P5)와 연결되고, 각각의 소자 중 적어도 하나로 신호를 인가하도록 구성된다. 이와 관련하여, 송수신부 회로(1250)에서 신호가 인가되는 안테나 소자의 개수가 증가할수록, 안테나 모듈(1200)에 의한 빔 폭이 감소된다. 이에 따라, 안테나 모듈(1200)에서 방사되는 안테나 빔의 빔 지향성이 향상되어 더 먼 거리까지 신호 도달이 가능하다.
한편, 기저대역 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)와 연결되고, 안테나 모듈(1200)을 통해 방사되는 빔에 대한 빔 포밍을 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어하도록 구성된다.
한편, 안테나 모듈(1200)이 배치되는 기판은 플렉시블 기판(flexible substrate)일 수 있다. 이러한 플렉시블 기판의 후면에는 상기 각각의 소자와 연결되는 위치에 배치되어, 상기 각각의 소자로 인가되는 신호의 위상을 가변하도록 구성된 위상 변위기(phase shifter, 도 10 참조)를 더 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 실시 예에 따른 지문 인식 센서가 구비된 플렉시블 PCB에 구현되는 안테나 모듈(1200)은 전자 기기의 후면 커버의 개구 영역에 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 기생 패치 안테나(1210)는, 지문 인식 센서가 내부에 수용되는 돌출 구조물(protruding structure) 상부에 배치될 수 있다. 이에 따라, 후면 커버의 개구 영역을 통해 안테나 모듈(1200)이 밀리미터파 대역 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 기생 패치 안테나(1210)의 일부 영역에는 지문 인식이 센서가 노출될 수 있도록 금속이 제거된 영역이 형성될 수 있다.
다른 예로, 기생 패치 안테나(1210)는 PCB의 일 면에 배치되고, 지문 인식 센서는 PCB의 타 면에 배치될 수 있다.
한편, 기저대역 프로세서(1400)는 전자 기기가 잠금 상태인 경우 밀리미터파 대역 신호 레벨을 제한할 수 있다. 이와 관련하여, 전자 기기가 활성화 상태로 변경되는 경우, 밀리미터파 대역 신호가 송신될 수 있도록 하여 전력 소모를 저감할 수 있다. 이를 위해, 기저대역 프로세서(1400)는 전자 기기가 잠금 상태이면 안테나 모듈(1200)로 전달되는 신호 레벨을 임계치 이하가 되도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다.
한편, 지문 인식 센서를 통해 지문 인식이 성공되면, 기저대역 프로세서(1400)는 어플리케이션의 타입에 따라 안테나 모듈(1200)로 전달되는 신호 레벨을 증가시키도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 일 예로, 지문 인식이 성공되어 실행되는 어플리케이션의 동작이 mmWave 모듈에 의해 수행된다면, 안테나 모듈(1200)로 전달되는 신호 레벨을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 5G 기지국에 연결되어 제어 정보를 수신하고 빔 포밍을 통해 정보를 송신 및 수신할 수 있다.
한편, 실시 예에 따른 기생 패치 안테나(1210), 즉 원형 더미 패치에 의해 안테나 모듈(1200)의 방사 패턴은 수평 방향에서 실질적으로 무지향성(omni-directional) 패턴이 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 7a 및 도 7b는 원형 더미 패치 없이 링 형상 패치만 구비하는 안테나 모듈이 배치되는 기판의 수직 방향 및 수평 방향에서의 빔 패턴을 나타낸다.
반면에, 도 8a 및 도 8b는 원형 더미 패치를 구비하는 안테나 모듈이 배치되는 기판의 수직 방향 및 수평 방향에서의 빔 패턴을 나타낸다.
도 7a를 참조하면, 수직 방향에서 안테나 방사 패턴은 보어 사이트(90도 방향)에서 널(null)이 형성됨에 따라 수신 성능이 저하되는 문제점이 있다. 한편, 도 7b를 참조하면, 수평 방향에서 안테나 방사 패턴도 보어 사이트(90도 방향)에서 수신 성능이 저하된다.
한편, 실시 예에 따른 원형 더미 패치를 구비하는 안테나 모듈의 경우, 도 8a를 참조하면, 수직 방향에서 안테나 방사 패턴은 보어 사이트(90도 방향)에서 널(null)이 형성되지 않는다. 특히, 도 8b를 참조하면, 수평 방향에서 안테나 방사 패턴은 거의 전 방향에서 신호 수신이 가능한 무지향성(omni-directional) 패턴이 형성된다. 이에 따라, 빔 포밍 동작에 따른 빔 스캔 시 스캔 손실(scan loss) 현상이 저감될 수 있다.
한편, 도 6a 내지 도 8b를 참조하면, 기저대역 프로세서(1400)는 복수의 링 형상 패치 안테나(1220)의 소자 전부에 동위상 신호(in-phase signal)를 인가하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 안테나 모듈(1200)을 통해 방사되는 빔 패턴이 전자 기기 바디의 수평 방향으로 무지향성(omni-directional) 패턴이 형성되도록 할 수 있다.
이와 관련하여, UE의 mmWave 모듈이 on되는 경우, 가장 좋은 신호 품질을 제공할 수 있는 기지국 방향을 검출하기 위해 모든 안테나 소자로 신호를 인가할 수 있다. 이에 따라, 안테나 방사 패턴은 UE의 수평 방향으로 무지향성 특성을 나타낼 수 있다. 또한, UE는 주기적으로 또는 이벤트 방식으로 셀 공통 제어 신호(cell common control signal)을 수신하여 제어 정보를 획득할 수 있다. 이를 위해, 기저대역 프로세서(1400)는 복수의 링 형상 패치 안테나(1220)의 소자 전부에 동위상 신호(in-phase signal)를 인가하여 셀 공통 제어 신호(cell common control signal)을 수신할 수 있다.
한편, 실시 예에 따른 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기에서 링 형상 패치 안테나에 인가되는 신호의 위상을 가변하여 빔 포밍을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 도 9a는 실시 예에 따른 수직 방향 빔 포밍을 수행하는 전자 기기를 나타낸다. 한편, 도 9b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수직 방향 빔 포밍을 수행하는 전자 기기를 나타낸다.
도 6a, 도 6b 및 도 9a를 참조하면, 기저대역 프로세서(1400)는 위상 변위기를 통해 상기 각각의 소자에 인가되는 신호의 위상을 가변하여, 전자 기기 바디의 수직 방향으로 빔 포밍을 수행할 수 있다. 이에 따라, 기저대역 프로세서(1400)는 기지국과 통신을 위한 최적의 빔을 탐색할 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 링 형상 패치 안테나(1220) 중 상부와 하부에 배치되는 소자에 인가되는 신호의 위상을 가변하여 수직 방향으로 빔 포밍(VB0 내지 VB2)을 수행할 수 있다.
또는, 복수의 링 형상 패치 안테나(1220) 중 해당 빔에 매핑되는 위치의 패치 안테나(1220)에 신호를 인가하여 수직 방향으로 빔 포밍(VB0 내지 VB2)을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 링 형상 패치 안테나 중 수직 방향으로 서로 다른 위치의 소자(P0 내지 P2)로 신호를 순차적으로 인가하여 수직 방향으로 빔 포밍(VB0 내지 VB2)을 수행할 수 있다. 이를 위해, 기저대역 프로세서(1400)는 링 형상 패치 안테나를 구성하는 6개의 소자 중 수직 방향으로 배치된 3개의 소자에 순차적으로 신호를 인가하여 수직 방향으로 빔 탐색을 수행할 수 있다. 이 경우, 수직 방향 빔 스캔 간격을 조정하기 위해 중 수직 방향으로 배치된 3개의 소자에 인가되는 위상 차를 조정할 수 있다.
한편, 도 6a, 도 6b 및 도 9a를 참조하면, 기저대역 프로세서(1400)는 위상 변위기를 통해 상기 각각의 소자에 인가되는 신호의 위상을 가변하여, 전자 기기 바디의 수평 방향으로 빔 포밍을 수행할 수 있다. 이에 따라, 기저대역 프로세서(1400)는 기지국과 통신을 위한 최적의 빔을 탐색할 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 링 형상 패치 안테나(1220) 중 좌측과 우측에 배치되는 소자에 인가되는 신호의 위상을 가변하여 수평 방향으로 빔 포밍(HB0 내지 HB2)을 수행할 수 있다.
또는, 복수의 링 형상 패치 안테나(1220) 중 해당 빔에 매핑되는 위치의 패치 안테나(1220)에 신호를 인가하여 수평 방향으로 빔 포밍(HB0 내지 HB2)을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 링 형상 패치 안테나 중 수평 방향으로 서로 다른 위치의 소자(P2 내지 P4)로 신호를 순차적으로 인가하여 수평 방향으로 빔 포밍(HB0 내지 HB2)을 수행할 수 있다. 이를 위해, 기저대역 프로세서(1400)는 링 형상 패치 안테나를 구성하는 6개의 소자 중 수평 방향으로 배치된 3개의 소자에 순차적으로 신호를 인가하여 수평 방향으로 빔 탐색을 수행할 수 있다. 이 경우, 수평 방향 빔 스캔 간격을 조정하기 위해 중 수평 방향으로 배치된 3개의 소자에 인가되는 위상 차를 조정할 수 있다.
전술한 바와 같이, 복수의 링 형상 패치 안테나(1220) 중 일부 안테나 소자에만 신호를 인가함에 따라 전력 소모를 저감할 수 있다는 장점이 있다. 이에 따라, 전력 증폭기 또는 수신 증폭기를 통해 소모되는 전력량이 감소하여 발열(heat dissipation) 이슈도 해결할 수 있다.
또한, 복수의 링 형상 패치 안테나(1220) 중 일부 안테나 소자만을 사용하면서, 안테나 포트 선택에 따라 수직 방향 또는 수평 방향 빔 포밍이 가능하다는 장점이 있다. 즉, 링 형상으로 배치되는 하나의 안테나 모듈(1200)을 통해 기능상으로 2개의 안테나 모듈의 기능을 수행할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 실시 예에 따른 안테나 모듈(1200)은 전자 기기의 내부에 배치되어 송수신부 회로(1250)와 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 도 10은 실시 예에 따른 안테나 모듈이 전자 기기의 내부에 배치된 형상을 나타낸다. 도 10을 참조하면, 안테나 모듈(120)은 전자 기기의 후면 커버(103)를 향해 방사되도록 FPCB 상에 배치될 수 있다. 한편, 후면 커버(103)는 안테나 모듈(120)에 의해 방사되는 신호가 통과할 수 있도록 개구부가 형성될 수 있다.
한편, 안테나 모듈(1200)이 배치되는 FPCB의 배면에는 위상 변위기(PS)가 배치될 수 있다. 안테나 모듈(1200)의 복수의 링 형상 패치(Patch array)와 위상 변위기(PS)는 비아 연결을 통해 연결될 수 있다. 한편, PCB 상에 배치되는 RFIC(1250), 즉 송수신부 회로(1250)는 mmWave 대역에서 전기적 손실을 최소화하기 위해 최단 거리로 커넥터 없이 안테나 모듈(1200)과 연결될 수 있다. 또한, 송수신부 회로(1250)와 모뎀(1400)이 배치되는 PCB의 하부에는 프레임과 디스플레이(151)가 배치될 수 있다.
한편, 실시 예에 따른 mmWave 대역의 안테나 모듈(1200)은 이중 대역(dual band)에서 동작하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 11a는 실시 예에 따른 이중 대역에서 동작하는 mmWave 대역의 안테나 모듈을 나타낸다. 한편, 도 11b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이중 대역에서 동작하는 mmWave 대역의 안테나 모듈을 나타낸다.
이러한 이중 대역 안테나 모듈은 28GHz 대역과 39GHz 대역에서 동작하도록 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 임의의 대역에서 동작하도록 변경 가능하다.
도 11a 및 도 11b를 참조하면, 안테나 모듈은 링 형상 패치 안테나(1220)와 기생 패치 안테나(1210) 사이의 영역에서 기생 패치 안테나(1210)의 주변을 둘러싸도록 형성된 복수의 제2 링 형상 패치 안테나(1230)를 더 포함할 수 있다. 즉, 제1 대역에서 동작하도록 구성된 링 형상 패치 안테나(1220)에 형성되는 원에 비해 작은 직경을 갖도록 제2 링 형상 패치 안테나(1230)가 배치될 수 있다. 이에 따라, 링 형상 패치 안테나(1220)와 제2 링 형상 패치 안테나(1230)에 의해 이중 대역 패치 배열 안테나 구현이 가능하다.
한편, 복수의 제2 링 형상 패치 안테나를 구성하는 각각의 소자(PA0 내지 PA6)의 호의 길이는 링 형상 패치 안테나를 구성하는 각각의 소자(P0 내지 P5)의 호의 길이보다 짧게 형성된다. 이에 따라, 안테나 모듈이 밀리미터파 대역의 제1 대역 및 제1 대역보다 높은 제2 대역에서 이중 공진하도록 할 수 있다.
일 예로, 제2 링 형상 패치 안테나(1230)의 각각의 소자의 개수는 링 형상 패치 안테나(1220)의 각각의 소자의 개수보다 많게 형성될 수 있다. 이에 따라, 기저대역 프로세서(1400)가 빔 포밍을 제2 대역에서 제1 대역보다 더 미세하게 수행할 수 있다. 이에 따라, 제1 대역에서의 빔 지향 방향과 제2 대역에서의 빔 지향 방향이 상이하여 상호 간 간섭 수준을 저감할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 도 11b를 참조하면, 제1 대역에서의 제1 신호와 별도로 제2 대역에서의 제2 신호는 제2 링 형상 패치 안테나(1230)를 통해 인가될 수 있다. 이와 관련하여, 도 10 및 도 11a를 참조하면, RFIC(1250)내의 각각의 소자는 제1 대역 및 제2 대역에서 모두 동작하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 도 11a와 같이 링 형상 패치 안테나를 구성하는 각각의 소자(P0 내지 P5)를 통해 제2 대역의 제2 신호도 인가될 수 있다.
반면에, 도 10 및 도 11b를 참조하면, RFIC(1250)내의 각각의 소자는 제1 대역 또는 제2 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, RFIC(1250)는 제1 대역에서 동작하는 제1 RFIC와 제2 대역에서 동작하는 제2 RFIC로 기능적으로 분리될 수 잇다. 이에 따라, 도 11b와 같이 제2 링 형상 패치 안테나를 구성하는 소자(PA0 내지 PA6)를 통해 제2 대역의 제2 신호가 별도로 인가될 수 있다.
이를 위해, 제2 링 형상 패치 안테나(1230)의 각각의 소자에 제2 대역의 신호가 인가되도록, 제2 링 형상 패치 안테나의 각각의 소자가 송수신부 회로(1250)와 위상 변위기를 통해 연결되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 기저대역 프로세서(1400)는 제2 대역의 제2 신호를 송신 또는 수신하는 경우, 제2 링 형상 패치 안테나(1230)로 제2 신호가 인가되도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다.
또 다른 예로, 제2 링 형상 패치 안테나(1230) 중 일부의 소자에만 제2 대역의 신호가 인가될 수 있다. 도 11b를 참조하면, 제2 링 형상 패치 안테나(1230) 중 PA0 내지 PA2의 급전부(FA0 내지 FA3)와 PA4 내지 PA6의 급전부(FA4 내지 FA6)를 통해 신호를 인가할 수 있다. 한편, 링 형상 패치 안테나(1220)는 좌측의 3개의 안테나와 우측의 3개의 안테나로 모두 신호가 인가될 수 있다.
이에 따라, 링 형상 패치 안테나(1220)를 구성하는 6개의 소자 중 3개의 소자 단위로 그룹이 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 그룹 내의 3개의 소자 중 하나의 소자(P1, P4)는 급전부(F0, F4)가 중심 영역에 배치될 수 있다. 반면에, 나머지 두 개의 소자(P0, P2 또는 P3, P5)는 급전부(F0, F2 또는 F3, F5)가 오프셋된 위치에 배치될 수 있다.
이와 유사하게, 제2 링 형상 패치 안테나(1230)를 구성하는 소자들도 3개의 소자 단위로 그룹이 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 그룹 내의 3개의 소자 중 하나의 소자(PA1, PA5)는 급전부(FA0, FA5)가 중심 영역에 배치될 수 있다. 반면에, 나머지 두 개의 소자(PA0, PA2 또는 PA4, PA6)는 급전부(FA0, FA2 또는 FA3, FA5)가 오프셋된 위치에 배치될 수 있다.
이와 관련하여, 상기 오프셋된 위치는 상기 하나의 소자(P1, P4)의 급전 위치(F1, F4)와 인접하게 배치된다. 이에 따라, 링 형상 패치 안테나(1220)는 3개의 소자 단위로 형성된 제1 그룹 안테나(ANT1)와 나머지 3개의 소자 단위로 형성된 제2 그룹 안테나(ANT2)를 포함한다. 이 경우, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 그룹 안테나(ANT1)를 통해 제1 대역에서 제1 신호를 수신하고, 제2 그룹 안테나(ANT2)를 통해 제2 대역에서 제2 신호를 수신하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 이와 같은 중심부의 안테나 소자를 중심으로 인접한 안테나 소자의 급전부가 인접하게 배치됨에 따라, MIMO 동작 시 상호 간섭 수준을 저감할 수 있다.
이러한 다중 입출력(MIMO)과 관련하여, 일반적으로 안테나 소자들은 동작 대역의 5 파장 이상의 이격 배치를 필요로 한다. 이러한 5 파장 이상의 이격 배치를 위해 각각의 안테나 소자들, 예컨대 5G MIMO 안테나는 전자 기기의 좌측 상부, 좌측 하부, 우측 상부 및 우측 하부에 배치될 수 있다. 이와 같이 좌측 상부, 좌측 하부, 우측 상부 및 우측 하부에 배치되는 5G MIMO 안테나는 4G MIMO 안테나 간에 간섭이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 전자 기기의 후면 지문 인식 센서의 제한된 공간 내에 안테나 소자 간에 매우 인접하여 배치 가능한 5G MIMO 안테나를 제안한 것이다. 이와 관련하여, 5G MIMO 안테나를 구성하는 각각의 안테나 소자는 반파장 또는 1/4 파장 정도의 이격 거리로 인접하여 배치할 수 있다. 일 예로, 도 11a 및 도 11b의 안테나 구조에서, 제1 및 제2 안테나(ANT1, ANT2)는 기존의 약 5 파장의 간격에 비해 매우 인접하게 배치됨을 알 수 있다. 이에 따라, 실시 예에 따른 후면 지문 인식 센서에 배치 가능한 안테나 모듈을 통해 기존 다른 안테나 또는 메탈 베젤 간의 간섭을 저감하면서도 적은 실장 공간 내에서 MIMO를 수행할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 실시 예에 따른 이중 대역에서 동작하는 안테나 모듈도 전술한 바와 같이 회로 기판 상에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 12는 실시 예에 따른 이중 대역에서 동작하는 안테나 모듈의 형상을 나타낸다.
도 12와 같은 실시 예에 따른 mmWave 안테나 모듈이 형성된 기판을 배치하기 위해 전자 기기의 외관에 별도의 개구부를 형성할 필요가 없다. 이와 관련하여, 전자 기기의 배면에는 지문 인식 센서(fingerprint sensor)를 배치하기 위한 개구부가 형성될 수 있다. 이에 따라, 실시 예에 따른 안테나 모듈(1200)은 지문 인식 센서(fingerprint sensor)가 구비된 플렉시블 PCB에 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 지문 인식 센서는 전자 기기의 후면 커버의 개구 영역에 형성될 수 있다.
일 예로, 유전체 기판의 일 면에 안테나 모듈(1200)이 배치되고, 타 면에 지문 인식 센서가 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 지문 인식 센서는 금속 재질로 형성되지 않으므로, 안테나 모듈(1200)에 의해 방사되는 신호는 지문 인식 센서로 인해 성능이 저하되지 않는다. 다른 예로, 유전체 기판의 동일 면에 안테나 모듈(1200)과 지문 인식 센서가 배치될 수 있다. 이 경우, 지문 인식 센서가 외부로 노출될 수 있도록, 기생 패치 안테나(1210)의 중심부에 개구부가 생성될 수 있다.
대안으로, 실시 예에 따른 안테나 모듈(1200)은 지문 인식 센서(fingerprint sensor)가 구비된 전자 기기의 전면부에 배치될 수 있다. 이를 위해, 지문 인식 센서가 별도의 물리 버튼으로 전자 기기의 전면에 배치되는 경우, 지문 인식 센서가 구비된 플렉시블 PCB에 안테나 모듈(1200)이 구현될 수 있다. 반면에, 지문 인식 센서가 디스플레이 내부에 배치되는 경우, 지문 인식 센서와 안테나 모듈(1200)은 모두 디스플레이 내부의 메탈 메쉬로 이루어질 수 있다.
도 10, 도 11a, 도 11b 및 도 12를 참조하면, 전자 기기는 안테나 모듈(1200), 송수신부 회로(1250) 및 기저대역 프로세서(1400)를 포함한다. 한편, 안테나 모듈(1200)은 기생 패치 안테나(parasitic patch antenna, 1210), 복수의 링 형상 패치 안테나(1220) 및 복수의 제2 링 형상 패치 안테나(1230)을 포함한다. 여기서, 복수의 링 형상 패치 안테나(1220)의 개수는 6개로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다. 또한, 복수의 제2 링 형상 패치 안테나(1230)의 개수와 배치 형태도 응용에 따라 변경 가능하다.
이상에서는 실시 예에 따른 원형으로 배치되는 배열 안테나를 구비하는 전자 기기에서, 빔 포밍을 수행하는 방법에 대해 살펴보았다. 이러한 배열 안테나를 통해 빔 포밍을 수행하는 전자 기기와 기지국을 포함하는 무선 통신 시스템에 대해 살펴보면 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 13은 본 명세서에서 제안하는 방법들이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템의 블록 구성도를 예시한다.
도 13을 참조하면, 무선 통신 시스템은 제 1 통신 장치(910) 및/또는 제 2 통신 장치(920)를 포함한다. 'A 및/또는 B'는 'A 또는 B 중 적어도 하나를 포함한다'와 동일한 의미로 해석될 수 있다. 제 1 통신 장치가 기지국을 나타내고, 제 2 통신 장치가 단말을 나타낼 수 있다(또는 제 1 통신 장치가 단말을 나타내고, 제 2 통신 장치가 기지국을 나타낼 수 있다).
기지국(BS: Base Station)은 고정국(fixed station), Node B, eNB(evolved-NodeB), gNB(Next Generation NodeB), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(AP: Access Point), gNB(general NB), 5G 시스템, 네트워크, AI 시스템, RSU(road side unit), 로봇 등의 용어에 의해 대체될 수 있다. 또한, 단말(Terminal)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, UE(User Equipment), MS(Mobile Station), UT(user terminal), MSS(Mobile Subscriber Station), SS(Subscriber Station), AMS(Advanced Mobile Station), WT(Wireless terminal), MTC(Machine-Type Communication) 장치, M2M(Machine-to-Machine) 장치, D2D(Device-to-Device) 장치, 차량(vehicle), 로봇(robot), AI 모듈 등의 용어로 대체될 수 있다.
제 1 통신 장치와 제 2 통신 장치는 프로세서(processor, 911,921), 메모리(memory, 914,924), 하나 이상의 Tx/Rx RF 모듈(radio frequency module, 915,925), Tx 프로세서(912,922), Rx 프로세서(913,923), 안테나(916,926)를 포함한다. 프로세서는 앞서 살핀 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 보다 구체적으로, DL(제 1 통신 장치에서 제 2 통신 장치로의 통신)에서, 코어 네트워크로부터의 상위 계층 패킷은 프로세서(911)에 제공된다. 프로세서는 L2 계층의 기능을 구현한다. DL에서, 프로세서는 논리 채널과 전송 채널 간의 다중화(multiplexing), 무선 자원 할당을 제 2 통신 장치(920)에 제공하며, 제 2 통신 장치로의 시그널링을 담당한다. 전송(TX) 프로세서(912)는 L1 계층 (즉, 물리 계층)에 대한 다양한 신호 처리 기능을 구현한다. 신호 처리 기능은 제 2 통신 장치에서 FEC(forward error correction)을 용이하게 하고, 코딩 및 인터리빙(coding and interleaving)을 포함한다. 부호화 및 변조된 심볼은 병렬 스트림으로 분할되고, 각각의 스트림은 OFDM 부반송파에 매핑되고, 시간 및/또는 주파수 영역에서 기준 신호(Reference Signal, RS)와 멀티플렉싱되며, IFFT (Inverse Fast Fourier Transform)를 사용하여 함께 결합되어 시간 영역 OFDMA 심볼 스트림을 운반하는 물리적 채널을 생성한다. OFDM 스트림은 다중 공간 스트림을 생성하기 위해 공간적으로 프리코딩된다. 각각의 공간 스트림은 개별 Tx/Rx 모듈(또는 송수신기,915)를 통해 상이한 안테나(916)에 제공될 수 있다. 각각의 Tx/Rx 모듈은 전송을 위해 각각의 공간 스트림으로 RF 반송파를 변조할 수 있다. 제 2 통신 장치에서, 각각의 Tx/Rx 모듈(또는 송수신기,925)는 각 Tx/Rx 모듈의 각 안테나(926)을 통해 신호를 수신한다. 각각의 Tx/Rx 모듈은 RF 캐리어로 변조된 정보를 복원하여, 수신(RX) 프로세서(923)에 제공한다. RX 프로세서는 layer 1의 다양한 신호 프로세싱 기능을 구현한다. RX 프로세서는 제 2 통신 장치로 향하는 임의의 공간 스트림을 복구하기 위해 정보에 공간 프로세싱을 수행할 수 있다. 만약 다수의 공간 스트림들이 제 2 통신 장치로 향하는 경우, 다수의 RX 프로세서들에 의해 단일 OFDMA 심볼 스트림으로 결합될 수 있다. RX 프로세서는 고속 푸리에 변환 (FFT)을 사용하여 OFDMA 심볼 스트림을 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환한다. 주파수 영역 신호는 OFDM 신호의 각각의 서브 캐리어에 대한 개별적인 OFDMA 심볼 스트림을 포함한다. 각각의 서브캐리어 상의 심볼들 및 기준 신호는 제 1 통신 장치에 의해 전송된 가장 가능성 있는 신호 배치 포인트들을 결정함으로써 복원되고 복조 된다. 이러한 연 판정(soft decision)들은 채널 추정 값들에 기초할 수 있다. 연판정들은 물리 채널 상에서 제 1 통신 장치에 의해 원래 전송된 데이터 및 제어 신호를 복원하기 위해 디코딩 및 디인터리빙 된다. 해당 데이터 및 제어 신호는 프로세서(921)에 제공된다.
UL(제 2 통신 장치에서 제 1 통신 장치로의 통신)은 제 2 통신 장치(920)에서 수신기 기능과 관련하여 기술된 것과 유사한 방식으로 제 1 통신 장치(910)에서 처리된다. 각각의 Tx/Rx 모듈(925)는 각각의 안테나(926)을 통해 신호를 수신한다. 각각의 Tx/Rx 모듈은 RF 반송파 및 정보를 RX 프로세서(923)에 제공한다. 프로세서 (921)는 프로그램 코드 및 데이터를 저장하는 메모리 (924)와 관련될 수 있다. 메모리는 컴퓨터 판독 가능 매체로서 지칭될 수 있다.
한편, 이와 같은 배열 안테나를 구비하는 전자 기기에서, 밀리미터파 대역의 안테나 모듈의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따르면, 밀리미터파 대역의 안테나를 별도의 실장 공간 없이도 전자 기기에 배치하여 기존 안테나 및 단말 구조에 제한 없이 안테나 성능을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 안테나 모듈을 전자 기기의 후면에 배치하여, 후면 방사 특성 및 측면 방사 특성을 개선할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 밀리미터파 대역의 배열 안테나가 배치된 안테나 모듈을 전자 기기의 후면 지문 센서 모듈에 배치하여, 안테나 설계 및 배치 자유도를 높일 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
전술한 본 발명과 관련하여, 배열 안테나를 구비하는 전자 기기에서 제어부를 포함한 안테나 및 이를 제어하는 제어부의 설계 및 이의 제어 방법은 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 제어부(180)를 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 (15)

  1. 전자 기기에 있어서,
    기판 상부에 배치되고, 특정 대역에서 신호를 방사하도록 구성된 기생 패치 안테나(parasitic patch antenna); 및
    상기 기생 패치 안테나의 주변을 둘러싸도록 형성된 복수의 링 형상 패치 안테나(ring shaped patch antenna)- 상기 복수의 링 형상 패치 안테나의 각각의 소자(element)는 상호 분절된 형태로 형성됨 -을 포함하는 안테나 모듈; 및
    상기 각각의 소자와 연결되고, 상기 각각의 소자 중 적어도 하나로 신호를 인가하도록 구성된 송수신부 회로(transceiver)를 포함하는, 전자 기기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 기생 패치 안테나는 상기 기판에 배치되는 원형 패치 안테나(circular patch antenna)이고,
    상기 복수의 링 형상 패치 안테나는 상기 원형 패치 안테나의 주변의 360도 영역을 둘러싸도록 형성된 n개의 분절된 링 형상 패치 안테나인, 전자 기기.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 송수신부 회로와 연결되고, 상기 안테나 모듈을 통해 방사되는 빔에 대한 빔 포밍을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어하도록 구성된 기저대역 프로세서를 포함하는, 전자 기기.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 기판은 플렉시블 기판(flexible substrate)이고, 상기 플렉시블 기판의 후면에는 상기 각각의 소자와 연결되는 위치에 배치되어, 상기 각각의 소자로 인가되는 신호의 위상을 가변하도록 구성된 위상 변위기(phase shifter)를 더 포함하는, 전자 기기.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 기저대역 프로세서는,
    상기 각각의 소자 전부에 동위상 신호(in-phase signal)를 인가하여, 상기 안테나 모듈을 통해 방사되는 빔 패턴이 상기 전자 기기 바디의 수평 방향으로 무지향성(omni-directional) 패턴이 형성되도록 하여 셀 공통 제어 신호(cell common control signal)을 수신하는, 전자 기기.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 기저대역 프로세서는,
    상기 위상 변위기를 통해 상기 각각의 소자에 인가되는 신호의 위상을 가변하여, 상기 전자 기기 바디의 수직 방향으로 빔 포밍하여 기지국과 통신을 위한 최적의 빔을 탐색하는, 전자 기기.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 기저대역 프로세서는,
    상기 링 형상 패치 안테나를 구성하는 6개의 소자 중 수직 방향으로 배치된 3개의 소자에 순차적으로 신호를 인가하여 빔 탐색을 수행하고,
    상기 빔 탐색 결과 최적 빔 탐색이 이루어지지 않으면, 수평 방향으로 배치된 다른 3개의 소자에 순차적으로 신호를 인가하여 빔 탐색을 수행하는, 전자 기기.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 안테나 모듈은 지문 인식 센서(fingerprint sensor)가 구비된 플렉시블 PCB에 구현되고,
    상기 지문 인식 센서는 상기 전자 기기의 후면 커버의 개구 영역에 형성되는, 전자 기기.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 기생 패치 안테나는, 상기 지문 인식 센서가 내부에 수용되는 돌출 구조물(protruding structure) 상부에 배치되어, 상기 후면 커버의 개구 영역을 통해 상기 안테나 모듈이 밀리미터파 대역 신호를 방사하도록 구성되는, 전자 기기.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 전자 기기가 잠금 상태이면 상기 기저대역 프로세서는 상기 안테나 모듈로 전달되는 신호 레벨을 임계치 이하가 되도록 상기 송수신부 회로를 제어하고,
    상기 지문 인식 센서를 통해 지문 인식이 성공되면, 상기 기저대역 프로세서는 상기 어플리케이션의 타입에 따라 상기 안테나 모듈로 전달되는 신호 레벨을 증가시키도록 상기 송수신부 회로를 제어하는, 전자 기기.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 안테나 모듈은 상기 링 형상 패치 안테나와 상기 기생 패치 안테나 사이의 영역에서 상기 기생 패치 안테나의 주변을 둘러싸도록 형성된 복수의 제2 링 형상 패치 안테나를 더 포함하고,
    상기 제2 링 형상 패치 안테나를 구성하는 각각의 소자의 호의 길이는 상기 링 형상 패치 안테나를 구성하는 각각의 소자의 호의 길이보다 짧게 형성되어, 상기 안테나 모듈이 밀리미터파 대역의 제1 대역 및 상기 제1 대역보다 높은 제2 대역에서 이중 공진하도록 하는, 전자 기기.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제2 링 형상 패치 안테나의 각각의 소자의 개수는 상기 링 형상 패치 안테나의 각각의 소자의 개수보다 많게 형성되어, 상기 기저대역 프로세서가 빔 포밍을 상기 제2 대역에서 상기 제1 대역보다 더 미세하게 수행하는, 전자 기기.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 제2 링 형상 패치 안테나의 각각의 소자에 상기 제2 대역의 신호가 인가되도록, 상기 제2 링 형상 패치 안테나의 각각의 소자가 상기 송수신부 회로와 위상 변위기를 통해 연결되도록 구성되고,
    상기 기저대역 프로세서는 상기 제2 대역의 제2 신호를 송신 또는 수신하는 경우, 상기 제2 링 형상 패치 안테나로 상기 제2 신호가 인가되도록 상기 송수신부 회로를 제어하는, 전자 기기.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 링 형상 패치 안테나를 구성하는 6개의 소자 중 3개의 소자 단위로 그룹이 형성되고, 상기 그룹 내의 3개의 소자 중 하나의 소자는 급전부가 중심 영역에 배치되고, 나머지 두 개의 소자는 급전부가 오프셋된 위치에 배치되는, 전자 기기.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 오프셋된 위치는 상기 하나의 소자의 급전 위치에 인접하게 배치되고,
    상기 링 형상 패치 안테나는,
    상기 3개의 소자 단위로 형성된 제1 그룹 안테나; 및
    나머지 3개의 소자 단위로 형성된 제2 그룹 안테나를 포함하고,
    상기 기저대역 프로세서는 상기 제1 그룹 안테나를 통해 제1 대역에서 제1 신호를 수신하고, 상기 제2 그룹 안테나를 통해 제2 대역에서 제2 신호를 수신하여 다중 입출력(MIMO)을 수행하는, 전자 기기.
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