WO2021085667A1 - 5g 안테나를 구비하는 전자 기기 - Google Patents

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WO2021085667A1
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pattern
signal
electronic device
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이송이
송문수
유치상
홍성준
홍영택
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엘지전자 주식회사
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    • 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 including an electronic device equipped with a 5G antenna. As an example of implementation, it relates to an electronic device having a low profile antenna operating in a 5G Sub 6 band.
  • Electronic devices can be divided into mobile/portable terminals and stationary terminals depending on whether they can be moved. Again, electronic devices can be divided into handheld terminals and vehicle mounted terminals depending on whether or not the user can directly carry them.
  • the functions of electronic devices are diversifying. For example, there are functions of data and voice communication, taking pictures and videos through a camera, recording voices, playing music files through a speaker system, and outputting images or videos to the display unit.
  • Some terminals add an electronic game play function or perform a multimedia player function.
  • recent mobile terminals can receive multicast signals providing visual content such as broadcasting and video or television programs.
  • Such electronic devices are diversified, they are implemented in the form of a multimedia player with complex functions such as, for example, taking photos or videos, playing music or video files, receiving games, and broadcasting. have.
  • wireless communication systems using LTE communication technology have recently been commercialized in electronic devices, providing various services.
  • wireless communication systems using 5G communication technology are expected to be commercialized and provide various services. Meanwhile, some of the LTE frequency bands may be allocated to provide 5G communication services.
  • the mobile terminal may be configured to provide 5G communication services in various frequency bands. Recently, attempts have been made to provide a 5G communication service using a Sub6 band of 6 GHz or less. In addition, in the future, it is expected to provide 5G communication services using millimeter wave (mmWave) bands in addition to Sub6 bands for faster data rates.
  • mmWave millimeter wave
  • the antenna operating in the 5G Sub6 band may be disposed on the side of the electronic device or inside the electronic device.
  • electronic devices such as mobile terminals tend to adopt a full display.
  • new form-factors in the form of foldable, flexible, and rollable are emerging due to the development of flexible displays.
  • 4 antennas may be used in the current 5G communication system, but in the future 5G communication system or 6G communication system, 8 or more antennas are required.
  • communication systems in the future are for large-capacity high-speed data transmission and the number of antennas will continue to increase.
  • there is a problem in that the size and shape of an antenna that can be disposed in an electronic device is limited, so that a design space is reduced and there is a difficulty in securing radiation efficiency.
  • Another object is to provide an electronic device in which a low profile antenna having a small size and a low height is disposed inside the electronic device.
  • Another object of the present invention is to provide a low profile antenna with high antenna space utilization and placement freedom while optimizing wireless performance.
  • another object of the present invention is to provide an antenna structure capable of securing degree of isolation between low profile antennas while adjacent to each other.
  • an electronic device having a 5G antenna having a 5G antenna according to the present invention.
  • a metal pattern having a predetermined length and width is printed and disposed on the entire surface of the substrate, and a metal pattern configured to emit a first signal and the metal pattern are separated and spaced apart from each other.
  • a first antenna disposed offset from a center line of the substrate and including a feed pattern configured to couple and feed a first signal with the metal pattern.
  • a second antenna including a metal pattern and a second feeding pattern arranged in a symmetrical shape with a center line of the first antenna on the entire surface of the substrate, and configured to emit a second signal.
  • the second power feeding pattern may be disposed to be offset upward from the center line of the substrate.
  • a transmission/reception unit circuit connected to the feeding pattern and the second feeding pattern and configured to radiate at least one of the first signal and the second signal through one of the first antenna and the second antenna ( transceiver circuit).
  • the first antenna may further include a plurality of vias configured to connect a first metal pattern and a second metal pattern to a ground pattern under the substrate at an end portion of the substrate.
  • the second antenna may further include a plurality of vias configured to connect a first metal pattern and a second metal pattern to a ground pattern under the substrate at an end portion of the substrate.
  • a horizontal magnetic field current formed on a horizontal plane from the first metal pattern and the second metal pattern spaced apart from the metal pattern. field), it is possible to reduce the height of the substrate on which the first antenna and the second antenna are formed.
  • the metal pattern of the first antenna and the metal pattern of the second antenna are disposed on the first substrate.
  • the first antenna and the second antenna may be arranged in a horizontally symmetrical shape with respect to a first centerline of the first substrate or a vertically symmetrical shape with respect to a second centerline perpendicular to the first centerline.
  • a second substrate is disposed under the first substrate, and a ground layer disposed under the second substrate is further provided to provide a reference electric potential for the first and second antennas.
  • Can include.
  • the first antenna and the second antenna are formed in a rectangular shape having a predetermined length and width, and include a first radiation portion in which the inset region is formed.
  • the first antenna and the second antenna may further include a second radiating unit connected to the first radiating unit and tapered at a predetermined angle to increase a width.
  • a width of the first radiating part may be formed to be wider than a width of the second radiating part. Accordingly, it is possible to increase a coupling amount of a signal from the feed pattern to the first radiating unit and to increase an electric length by the first antenna and the second antenna.
  • the power supply pattern and the second power supply pattern may be formed in an inset area inside the first radiating part.
  • the position at which the power supply pattern is disposed is offset by a predetermined distance from the lower end in the width direction of the first radiating unit, and the position at which the second power supply pattern is disposed is at the upper end in the width direction of the first radiating unit.
  • the offset may be spaced apart from each other by a predetermined interval. Accordingly, an isolation characteristic between the first antenna and the second antenna may be improved.
  • the second radiating part of the first antenna and the second radiating part of the second antenna may be connected to each other. Accordingly, it is possible to reduce the size of the antenna module formed by the first antenna and the second antenna.
  • the second antenna may be disposed on the substrate adjacent to the first antenna.
  • the second antenna may further include a third antenna disposed on the substrate and adjacent to the second antenna, and configured to radiate a third signal through a metal pattern and a third power supply pattern.
  • the second antenna may further include a fourth antenna disposed on the substrate and adjacent to the third antenna, and configured to radiate a fourth signal through a metal pattern and a fourth power supply pattern.
  • the second radiating part of the first antenna and the second radiating part of the second antenna may be separated from each other by a dielectric region of the substrate. Accordingly, interference between the first antenna and the second antenna may be reduced.
  • the first to fourth antennas further include a plurality of vias configured to connect a first metal pattern, a second metal pattern, and a ground pattern under the substrate at an end portion of the substrate. can do.
  • the plurality of vias may be formed in metal patterns of adjacent antennas separated from each other by a dielectric region of the substrate.
  • the first antenna and the second antenna may further include a second substrate disposed under the substrate in alignment with the substrate.
  • a ground layer disposed under the second substrate may be connected to the system ground in a partial area through a PCB provided in the electronic device.
  • the ground layer may be spaced apart from the system ground in areas other than the partial area. Accordingly, it is possible to increase the bandwidth of the first antenna and the second antenna.
  • the ground layer may be connected to the system ground in three or more areas.
  • the connected region may be an end region of both sides of the second substrate and a center region of the second substrate.
  • it may further include a 4G antenna that is formed on the side of the electronic device and operates in the first band, which is an LTE band.
  • the first antenna and the second antenna may be 5G antennas operating in a second band, which is a 5G Sub 6 band.
  • a baseband processor connected to the transmission/reception unit circuit and controlling the transmission/reception unit circuit to transmit and receive signals through at least one of the 4G antenna and the 5G antenna may be further included.
  • the transceiver circuit may be configured to transmit and receive LTE signals of the first band and to transmit and receive 5G signals of the second band.
  • the baseband processor may control the transceiver circuit to receive the 5G signal through the 5G antenna when the quality of the LTE signal is less than or equal to a threshold.
  • the baseband processor may perform carrier aggregation (CA).
  • CA carrier aggregation
  • the carrier aggregation (CA) is the LTE signal of the first band received through the first antenna and the 5G of the second band received through the antenna selected based on the reception performance of the first to fourth antennas. This can be done using signals.
  • two antennas selected based on the reception performance may be selected, and 5G signals of the second band received through the two antennas may be spatially combined.
  • the baseband processor may perform multiple input/output (MIMO) by receiving a first signal received through the first antenna and a third signal received through the third antenna.
  • MIMO multiple input/output
  • the quality of the first signal or the quality of the third signal is less than or equal to a threshold
  • the first signal received through the first antenna and the fourth signal received through the fourth antenna are received, and multiple input/output (MIMO) signals are received.
  • MIMO multiple input/output
  • a second signal received through the second antenna and a signal received through a different antenna are received to perform multiple input/output (MIMO). I can.
  • the electronic device may include a metal pattern configured to emit a first signal by printing and disposing a metal having a predetermined length and width on a front surface of a substrate; And a first antenna including a feeding pattern arranged to be offset from a center line of the substrate in a region separated by the metal pattern and spaced apart from each other, and configured to couple and feed a first signal to the metal pattern.
  • the electronic device further includes a second antenna including a metal pattern and a second feeding pattern disposed horizontally adjacent to the first antenna on a front surface of the substrate, and radiating a second signal.
  • the electronic device is connected to the feed pattern and the second feed pattern, and is configured to radiate at least one of the first signal and the second signal through one of the first antenna and the second antenna. It may further include a transceiver circuit.
  • the electronic device is a baseband processor that is connected to the transmission/reception unit circuit and controls the transmission/reception unit circuit so that the magnitudes of the first and second signals fed to the first and second antennas are variable. It may further include a (baseband processor).
  • the present invention it is possible to provide an electronic device in which a low profile antenna having a small size and a low height is disposed inside the electronic device even in a full display structure.
  • the antenna pattern disposed between each of the feeding patterns can improve antenna isolation (S21 and ECC) by providing a de-coupling effect as well as each antenna radiator.
  • the low profile antenna according to the present invention has the advantage of being able to effectively design the antenna at a very low height of 0.02 ⁇ or less, and easy impedance matching.
  • the low profile antenna according to the present invention has an advantage in that both ends of the radiator are shorted, so that it is advantageous to arrange several antennas according to the miniaturization of the antenna size and improvement of the degree of isolation between the antennas.
  • 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.
  • FIG. 2A is an exploded perspective view of a mobile terminal according to an embodiment of the present invention.
  • 2B 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 the present invention.
  • 3A is a front view, a side view, and a rear view of a substrate on which a low profile antenna according to the present invention is implemented.
  • 3B shows a MIMO antenna module according to the present invention and a transceiver circuit for transmitting and receiving signals through the antenna.
  • FIG. 4A shows a structure in which a power supply pattern is disposed on the same plane as a metal pattern as a radiator.
  • FIG. 4B shows a structure in which the power supply pattern is disposed on a different plane from the metal pattern as the radiator.
  • 5A shows radiation efficiency according to a frequency change when different dielectrics are used in the low profile antenna of the multilayer substrate structure according to the present invention.
  • 5B shows a principle in which a vertical electric field and a horizontal magnetic field current are formed in an antenna having a shorted arm structure by a via according to the present invention.
  • FIG. 6A shows a structure of a 1x2 MIMO antenna and an equivalent circuit and current flow diagram of a 1x2 MIMO antenna according to an embodiment of the present invention.
  • 6B shows a structure of a 1x2 MIMO antenna and an equivalent circuit and current flow diagram of the 1x2 MIMO antenna.
  • 7A to 7C show reflection coefficients, efficiency, and ECC levels in the 1x2 MIMO antenna structure of FIG. 6A.
  • 8A to 8C show reflection coefficients, efficiency, and ECC levels in a 1x2 MIMO antenna structure having an upper and lower symmetric structure as shown in FIG. 6B.
  • FIG. 9A shows the configuration of a 1x4 MIMO antenna according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9B shows a configuration of a 1x4 MIMO antenna according to another embodiment of the present invention.
  • 10A and 10B show reflection coefficients and antenna efficiency in the 1x4 MIMO antenna of the structure separated by dielectric of FIG. 9A.
  • FIG. 11 illustrates a connection structure between a 1x2 MIMO antenna and a system ground according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 12A shows ECC characteristics in a structure in which the substrate ground and the system ground are connected in two regions in the 1x2 MIMO antenna of the present invention.
  • FIG. 12B shows ECC characteristics in a structure in which the substrate ground and the system ground are connected in three regions in the 1x2 MIMO antenna of the present invention.
  • FIG. 13A is a side view of an electronic device in which an antenna module and a PCB are arranged in parallel according to the present invention. Meanwhile, FIG. 13B shows a structure in which an antenna module and a PCB according to the present invention are disposed inside an electronic device.
  • FIG. 14 illustrates a configuration in which a baseband processor controls a plurality of antenna modules according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 illustrates a configuration in which a baseband processor controls a plurality of antenna modules according to another embodiment of the present invention.
  • 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 Near field communication (NFC), wireless-fidelity (Wi-Fi), Wi-Fi Direct, and wireless universal serial bus (USB) technologies may be used to support short-range communication.
  • 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 detected through the fingerprint recognition sensor as an authentication means.
  • the fingerprint recognition sensor may be embedded in the display unit 151 or the user input unit 123.
  • the microphone 122 is configured to receive a user's voice and other sounds.
  • the microphone 122 may be provided 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.
  • each of the plurality of antennas is implemented as an array antenna
  • a plurality of array antennas may be disposed in the electronic device.
  • the terminal body is provided with a power supply unit 190 (refer to FIG. 1A) for supplying power to the electronic device 100.
  • the power supply unit 190 may include a battery 191 that is built into the terminal body or configured to be detachable from the outside of the terminal body.
  • FIG. 2A is an exploded perspective view of a mobile terminal related to an embodiment of the present invention.
  • the mobile terminal includes a window 210a and a display module 210b constituting the display unit 210. Includes.
  • the window 210a may be coupled to one surface of the front case 201.
  • the window 210a and the display module 210b may be integrally formed.
  • a frame 260 is formed between the front case 201 and the rear case 202 to support electrical elements.
  • the front case 201 and the rear case 202 are made of metal, they may be referred to as a metal frame.
  • the front case 201 is described as being a metal frame 201, but is not limited thereto, and at least one of the front case 201 and the rear case 202 may be implemented as a metal frame made of a metal material. have. Meanwhile, at least a part of a side surface of the metal frame 201 may operate as an antenna.
  • the frame 260 is a support structure inside the terminal and is formed to support at least one of the display module 210b, the camera module 221, the antenna device, the battery 240, or the circuit board 250, for example. .
  • a part of the frame 260 may be exposed to the outside of the terminal.
  • the frame 260 may form part of a sliding module that connects the main body and the display to each other in a slide-type terminal other than a bar-type terminal.
  • the circuit board 250 is disposed between the frame 260 and the rear case 202, and the display module 210b is coupled to one surface of the frame 260.
  • a circuit board 250 and a battery are disposed on the other surface of the frame 260, and the battery cover 203 may be coupled to the rear case 202 to cover the battery.
  • the window 210a is coupled to one surface of the front case 201.
  • a touch sensing pattern 210c formed to sense a touch may be formed on one surface of the window 210a.
  • the touch sensing pattern 210c is formed to sense a touch input and is made of light transmittance.
  • the touch sensing pattern 210c is mounted on the front surface of the window 210a, and may be configured to convert a change in voltage or the like occurring in a specific portion of the window 210a into an electrical input signal.
  • the display module 210b is mounted on the rear surface of the window 210a.
  • a thin film transistor-liquid crystal display TFT LCD
  • TFT LCD thin film transistor-liquid crystal display
  • the display module 210b may be a liquid crystal display (LCD), an organic light-emitting diode (OLED), a flexible display, a 3D display, and the like. I can.
  • LCD liquid crystal display
  • OLED organic light-emitting diode
  • the circuit board 250 may be formed on one surface of the frame 260, but may be mounted under the display module 210b. In addition, at least one electronic device is mounted on a lower surface of the circuit board 250.
  • the frame 260 is formed with a recessed receiving portion to accommodate the battery 240.
  • a contact terminal connected to the circuit board 250 may be formed on one side of the battery accommodating part so that the battery 240 supplies power to the terminal body.
  • the frame 260 may be formed of a metal material so as to maintain sufficient rigidity even if it is formed to have a thin thickness.
  • the metal frame 260 may operate as a ground. That is, the circuit board 250 or the antenna device may be grounded to the frame 260, and the frame 260 may operate as the circuit board 250 or the ground of the antenna device. In this case, the frame 260 may extend the ground of the mobile terminal.
  • the circuit board 250 is electrically connected to the antenna device, and is configured to process a radio signal (or radio electromagnetic wave) transmitted and received by the antenna device.
  • a radio signal or radio electromagnetic wave
  • a plurality of transmission/reception circuits may be formed or mounted on the circuit board 250.
  • Transceiver circuits may be formed including one or more integrated circuits and associated electrical components.
  • the transceiver circuit may include a transmitting integrated circuit, a receiving integrated circuit, a switching circuit, and an amplifier.
  • the plurality of transceiver circuits simultaneously feed conductive members formed in a conductive pattern, which is a radiator, so that a plurality of antenna devices can operate at the same time. For example, one may transmit while the other may receive, transmit both, or receive both.
  • the coaxial cable may be formed to connect the circuit board and each antenna device to each other.
  • the coaxial cable may be connected to a power feeding device for feeding antenna devices.
  • the power supply devices may be formed on one surface of the flexible circuit board 242 formed to process signals input from the operation unit 123a.
  • the other surface of the flexible circuit board 242 may be combined with a signal transmission unit formed to transmit a signal from the manipulation unit 123a.
  • a dome may be formed on the other surface of the flexible circuit board 242 and an actuator may be formed in the signal transmission unit.
  • a flexible circuit board 242 is connected to the lower portion of the carrier 135.
  • the flexible circuit board 242 may be connected at one end to the circuit board 250 having a control unit.
  • the carrier 136 may be disposed on the side of the electronic device rather than under the electronic device.
  • the carrier 136 may be connected to the flexible circuit board or the circuit board 250.
  • the flexible circuit board 242 or the circuit board 250 may be connected to a control unit of the terminal. In this case, the flexible circuit board 242 is formed so that the signal generated by the operation unit is transmitted to the control unit of the circuit board 250.
  • an electronic device in which at least a part of the side surface of the metal frame 201 described above or a plurality of conductive patterns therein operates as an antenna may be considered.
  • a plurality of conductive patterns inside the metal frame 201 may operate as a plurality of antenna elements.
  • the outer metal frame 201 that is, a metal decoration
  • the ground (GND) of two antennas of the same frequency is used as the ground (GND) of two antennas of the same frequency.
  • each of the two antenna patterns connected to the metal member becomes a main radiator.
  • the metal member corresponding to the outer metal frame 201 is ground, and becomes a common ground for a plurality of antennas.
  • an antenna pattern that is in contact with the metal member that is, a conductive pattern, and the conductive pattern serves as a main radiator.
  • the low-profile antenna that may be disposed inside the electronic device other than the side of the electronic device.
  • existing antennas are already disposed on the side of the electronic device, there may be insufficient space in which a plurality of antennas operable in the 5G Sub 6 band are disposed, or interference with other antennas may occur.
  • the low-profile antenna according to the present invention can be implemented with a small size and a low height inside an electronic device.
  • the present invention is to provide an antenna miniaturization design technique for applying 4X4 or more MIMO. Specifically, it is to propose a method of optimally arranging a 5G Sub-6GHz antenna in a low-profile antenna structure implemented with a small size and a low height inside an electronic device.
  • 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) 410 to 440 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 according to the present invention may further include a duplexer 231, a filter 232, and a switch 233.
  • the duplexer 231 is configured to separate signals in the transmission band and the reception band from each other.
  • the signal of the transmission band transmitted through the first and second power amplifiers 210 and 220 is applied to the antennas ANT1 and ANT4 through the first output port of the duplexer 231.
  • signals in the reception band received through the antennas ANT1 and ANT4 are received by the low noise amplifiers 310 and 340 through the second output port of the duplexer 231.
  • the filter 232 may be configured to pass a signal in a transmission band or a reception band and block signals in the remaining bands.
  • the filter 232 may include a transmission filter connected to the first output port of the duplexer 231 and a reception filter connected to the second output port of the duplexer 231.
  • the filter 232 may be configured to pass only the signal of the transmission band or only the signal of the reception band according to the control signal.
  • the switch 233 is configured to transmit only either a transmission signal or a reception signal.
  • the switch 233 may be configured in the form of a single pole double throw (SPDT) 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.
  • low profile antenna that may be disposed inside an electronic device according to the present invention will be described.
  • low profile means that it can be formed at a low height and disposed inside an electronic device.
  • the antenna operating in the 5G Sub6 band may be disposed on the side of the electronic device or inside the electronic device.
  • electronic devices such as mobile terminals tend to adopt a full display.
  • new form-factors in the form of foldable, flexible, and rollable are emerging due to the development of flexible displays.
  • the present invention is to provide a low profile antenna that can be placed inside an electronic device of a full display or various form-factors. Accordingly, an object of the present invention is to provide an electronic device in which a low profile antenna having a small size and a low height is disposed inside the electronic device. Another object of the present invention is to provide a low profile antenna with high antenna space utilization and placement freedom while optimizing wireless performance.
  • the present invention provides an antenna that can be disposed inside an electronic device rather than a side edge of the electronic device, which is an area where the antenna is previously concentrated. Specifically, the purpose of designing an effective Low Profile antenna with a low height that can be disposed horizontally with the cover inside the cover of an electronic device is low.
  • a 5G communication system or a 6G communication system in the future requires 8 or more antennas.
  • communication systems in the future are for large-capacity high-speed data transmission and the number of antennas will continue to increase.
  • the size and shape of an antenna that can be disposed in an electronic device is limited, so that a design space is reduced and there is a difficulty in securing radiation efficiency.
  • an object of the present invention is to provide a 1xn MIMO antenna module capable of securing isolation between low profile antennas while adjacent to each other.
  • the antenna elements in the 1xn MIMO antenna module may be rotated and arranged and the feeding points may be separated.
  • the meaning of "separating the feed points” means that as the antenna elements are rotated while the feed parts are offset and disposed, the separation distance between them increases.
  • the low profile antenna of the present invention may be disposed on the carrier 136.
  • the carrier 136 on which the low profile antenna of the present invention is disposed may be disposed in the length direction of the electronic device.
  • multiple input/output (MIMO) may be implemented by disposing a plurality of low profile antennas.
  • 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 2x2 MIMO antenna, may be disposed in the upper left, lower left, upper right and lower right of the electronic device.
  • the 5G 2x2 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 disposed very close to each other within a limited space on a carrier 136 inside 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 5G MIMO antenna according to the present invention can be implemented by changing a 2x1 MIMO antenna, a 2x2 MIMO antenna, and an m x n MIMO antenna according to an application.
  • the low profile antenna that may be disposed inside the electronic device according to the present invention may be an antenna operating in the 5G Sub 6 band.
  • the present invention is not limited thereto, and the low profile antenna of the present invention may be an antenna operating in an LTE band according to an application.
  • FIG. 3A is a front view, a side view, and a rear view of a substrate on which a low profile antenna according to the present invention is implemented.
  • FIG. 3B shows a MIMO antenna module according to the present invention and a transceiver circuit for transmitting and receiving signals through the antenna.
  • the technical characteristics of the low profile antenna according to the present invention are as follows.
  • the open surfaces of the two metal patterns shorted at one end are arranged to face each other with a gap.
  • the greatest structural feature is that the two metal patterns are fed by indirect bonding in the same layer or in different layers. By adjusting these gaps, impedance matching can be easily performed.
  • the height between the metal pattern and the ground is low and filled with dielectric or air.
  • a horizontal magnetic field current is formed by the vertical current flowing at the vertical connection connecting the metal pattern and the ground and the vertical electric field generated between the metal pattern and the ground. This horizontal magnetic field current is very efficient at low antenna heights by image theory.
  • the low profile antenna of the present invention may be referred to as an ultra-miniaturized antenna.
  • the meaning of the micro-antenna means that the length and width of the substrate on which the antenna pattern is disposed is reduced, so that a plurality of antenna elements can be disposed inside the electronic device.
  • the antenna of the present invention is characterized in that two patterns (Shorted arms 1 and 2) with one end shorted are arranged to face each other with a gap, and are fed by indirect coupling between the patterns.
  • This structure induces effective radiation of the antenna at a low height (t).
  • a horizontal magnetic field current is formed by a vertical current flowing in a vertical connection part connecting the metal pattern and the ground and a vertical electric field generated between the metal pattern and the ground. This horizontal magnetic field current is very efficient at low antenna heights by image theory.
  • the electronic device includes an antenna 1200, a transceiver circuit 1250, and a baseband processor 1400.
  • the transceiver circuit 1250 may be an RFIC, which is an integrated circuit operating in an RF band.
  • the baseband processor 1400 may be a modem operating in the baseband.
  • the RFIC may include a down-converter for converting an RF band signal into a baseband signal and an up-converter for converting a baseband signal into an RF band signal.
  • the transceiver circuit 1250 corresponding to the RFIC and the baseband processor 1400 corresponding to the modem may be implemented in one chip to be implemented as a Soc (System On Chip).
  • the antenna 1200 may include a first metal pattern 1211, a second metal pattern 1212, and a power supply pattern 1220.
  • the first metal pattern 1211 is configured such that a metal having a predetermined length and width is printed and disposed on the entire surface of the substrate.
  • the second metal pattern 1212 is spaced apart from the first metal pattern 1211 by a predetermined distance, and a metal having a predetermined length and width is printed and disposed.
  • the first metal pattern 1211 and the second metal pattern 1212 include an inset region in which no metal pattern is formed.
  • the meaning of “inset region” refers to a region from which the metal region is removed from the metal region of the first metal pattern 1211 and the second metal pattern 1212, such as a square patch. Through this "inset area", a space in which the power supply pattern 1220 can be arranged may be secured. In addition, impedance matching between the first metal pattern 1211 and the second metal pattern 1212 and the power supply pattern 1220 through the "inset region” can be easily implemented without a separate impedance matching circuit.
  • the power supply pattern 1220 is configured such that a metal having a predetermined length and width is printed and disposed in a region where the first metal pattern 1211 and the second metal pattern 1212 are spaced apart from each other and in an inset region. Accordingly, the power supply pattern 1220 may be configured to couple and supply a signal to the first metal pattern 1211 and the second metal pattern 1212.
  • a position of the power supply unit to which the power supply pattern 1220 is connected to the transmission/reception unit circuit 1250 may be spaced apart from the center of the power supply pattern 1220 by a predetermined distance.
  • the position of the power feeding unit may be set to an acceptable degree of asymmetry of the radiation pattern of the antenna as a threshold spaced apart from the center of the power feeding pattern 1220 by a predetermined distance.
  • the transceiver circuit 1250 is connected to the power supply pattern 1220 and is configured to transmit signals to the first metal pattern 1211 and the second metal pattern 1212 through the power supply pattern 1220.
  • the baseband processor 1400 may control the transceiver circuit 1250 to transmit and receive signals of the 5G Sub 6 band through the antenna 1200.
  • the antenna 1200 may further include a plurality of vias 1230.
  • the plurality of vias 1230 may include the first metal pattern 1211 and the second metal pattern 1212 at end portions of the first metal pattern 1211 and the second metal pattern 1212. It is configured to connect the lower ground pattern.
  • the plurality of vias 1230 may be disposed to be spaced apart from the first metal pattern 1211 and the second metal pattern 1212 at a predetermined interval inward from the terminated portion of the first metal pattern 1211 and the second metal pattern 1212.
  • the low profile antenna according to the present invention may be configured to include a first antenna ANT1 and a second antenna ANT2 for a multiple input/output (MIMO) operation.
  • the first antenna ANT1 may be configured to include metal patterns 1211a, 1211b, 1212a, and 1212b and a power supply pattern 1220-1.
  • the metal patterns 1211a, 1211b, 1212a, and 1212b of the first antenna ANT1 are formed by printing a metal having a predetermined length and width on the entire surface of the substrate to emit a first signal.
  • the power supply pattern 1221-1 is disposed to be offset downward from the center line of the substrate in a region where the metal patterns 1211a, 1211b, 1212a, and 1212b are separated and spaced apart. Accordingly, the power supply pattern 1220-1 is configured to couple and supply the first signal to the metal patterns 1211a, 1211b, 1212a, and 1212b.
  • the second antenna ANT2 includes metal patterns 1211a2, 1211b2, 1212a2, 1212b2 and a second power feeding pattern 1220-2 disposed on the substrate in a symmetrical shape with the center line of the first antenna ANT1.
  • the second antenna ANT2 is configured to emit a second signal through the second feed pattern 1220-2 and the metal patterns 1211a2, 1211b2, 1212a2, and 1212b2.
  • the second power feeding pattern 1220-2 may be disposed to be offset upward from the center line of the substrate.
  • the power supply patterns 1220-1 may be disposed to be offset downward from the center line of the substrate.
  • the first antenna ANT1 and the second antenna ANT2 may reduce mutual interference, thereby reducing the level of an electric coupling coefficient (ECC) during a multiple input/output (MIMO) operation.
  • ECC electric coupling coefficient
  • the transmission/reception unit circuit 1250 is configured to emit at least one of a first signal and a second signal by being connected to the feed pattern 1220-1 and the second feed pattern 1220-2.
  • the first signal and the second signal may be regarded as signals of the same band for multiple input/output (MIMO).
  • the first signal and the second signal may be 5G Sub 6 band signals, but are not limited thereto.
  • the transceiver circuit 1250 is configured to emit at least one of a first signal and a second signal through one of the first antenna ANT1 and the second antenna ANT2.
  • this may be referred to as a 1x2 MIMO antenna.
  • the 1x2 MIMO antenna according to the present invention may include a plurality of vias for miniaturization of the antenna size and reduction of mutual interference.
  • the first antenna ANT1 may further include a plurality of vias configured to connect the first metal pattern and the second metal pattern to the ground pattern under the substrate at an end portion of the substrate.
  • the second antenna ANT2 may further include a plurality of vias configured to connect the first metal pattern and the second metal pattern to the ground pattern under the substrate at the end of the substrate.
  • the plurality of vias may be disposed only in a boundary area between the first antenna ANT1 and the second antenna ANT2.
  • the plurality of vias may be disposed only at the end of the substrate on which the first antenna ANT1 and the second antenna ANT2 are disposed.
  • the plurality of vias may be disposed both at an end of a substrate on which the first antenna ANT1 and the second antenna ANT2 are disposed, and in a boundary area between the first antenna ANT1 and the second antenna ANT2.
  • the metal pattern of the first antenna ANT1 and the metal pattern of the second antenna ANT2 may be disposed on the first substrate S1.
  • the first antenna ANT1 and the second antenna ANT2 may be disposed in a symmetrical shape with respect to the first center line of the first substrate S1, respectively. That is, the first antenna ANT1 and the second antenna ANT2 may be adjacent to each other and disposed on the left and right sides of the first substrate S1, respectively.
  • the first antenna ANT1 and the second antenna ANT2 may be arranged in an upper and lower symmetric form with respect to a second center line perpendicular to the first center line. That is, the second antenna ANT2 may be disposed adjacent to the first antenna ANT1 while being rotated 180 degrees with respect to the first antenna ANT1.
  • the second substrate S2 may be disposed under the first substrate S1.
  • a ground layer disposed under the second substrate S2 may be further included to provide a reference electric potential for the first and second antennas ANT1 and ANT2.
  • the first antenna ANT1 and the second antenna ANT2 include a first radiation portion 1211a, 1212a, 1211a2, 1212a2 and a second radiation portion 1211b, 1212b, 1211b2, and 1212b2.
  • the first radiating portions 1211a, 1212a, 1211a2, and 1212a2 are formed in a rectangular shape having a predetermined length and width, and are configured such that an inset region is formed therein.
  • the second radiating parts 1211b, 1212b, 1211b2, and 1212b2 may be connected to the first radiating part and may be tapered at a predetermined angle to increase the width.
  • the amount of coupling of a signal from the feed patterns 1220-1 and 1220-2 to the first radiating unit may be increased, and the electrical length of the first antenna and the second antenna may be increased.
  • the width of the first radiating part may be formed to be wider than the width of the second radiating part.
  • the power supply pattern 1220-1 and the second power supply pattern 1220-2 may be formed in an inset region inside the first radiating part.
  • a position at which the power supply pattern 1220-1 is disposed may be offset by a predetermined distance from the lower end portion in the width direction of the first radiating unit.
  • the position where the second power feeding pattern 1220-2 is disposed may be offset by a predetermined distance from the upper end in the width direction of the first radiating unit.
  • the isolation characteristics of the first and second antennas ANT1 and ANT2 can be improved by the feeding patterns 1220-1 and 1220-2 symmetrically arranged in a 1x2 MIMO antenna having a predetermined area. have.
  • the second radiating part 1212b of the first antenna ANT1 and the second radiating part 1211b2 of the second antenna ANT2 may be connected to each other.
  • the overall size of the antenna module may be reduced by the second radiating units 1212b and 1211b2 configured in such an interconnected form.
  • the low profile antenna having the structure as described above, it is possible to provide a low profile antenna with high antenna space utilization and placement freedom while optimizing wireless performance.
  • the low profile antenna according to the present invention has the advantage of being able to effectively design the antenna at a very low height of 0.02 ⁇ or less, and easy impedance matching.
  • the low profile antenna according to the present invention has an advantage in that both ends of the radiator are shorted, so that it is advantageous to arrange several antennas according to the miniaturization of the antenna size and improvement of the degree of isolation between the antennas.
  • the present invention relates to a design and a modification according to an arrangement of an ultra-small antenna in a low profile type.
  • the antenna of the present invention two metal patterns of which one end is short-circuited are arranged to face each other with an interval and fed by indirect coupling between the metal patterns, and one or a plurality of antennas are arranged in series or in series and in parallel .
  • a short-circuit pin of a pattern placed in the center can be used in common.
  • This common short-circuit pattern provides a de-coupling effect as well as each antenna radiator to improve antenna isolation (S21 and ECC).
  • the first metal pattern 1211 and the second metal pattern 1212 which are antenna patterns according to the present invention, can be designed in various shapes such as triangles, squares, and circles, but the biggest feature is that shorted arms 1 and 2 are spaced apart. They are separated, and the resonance frequency and bandwidth are different depending on the shape.
  • the length from the end of the pattern to the point where it is shorted to the contact pin has the greatest influence on the resonant frequency of the antenna.
  • the larger the antenna area the lower the resonant frequency and the wider the bandwidth.
  • the spacing between the two antenna patterns affects the impedance, and the amount of coupling can be adjusted according to the length and spacing facing each other.
  • the antenna 1200 feeding method may be performed on the same plane as the metal pattern, which is a radiator, or may be performed on a different plane.
  • FIG. 4A shows a structure in which the power supply pattern is disposed on the same plane as the metal pattern as the radiator.
  • FIG. 4B shows a structure in which the power supply pattern is disposed on a different plane from the metal pattern as the radiator.
  • the antenna power feeding method is indirect power feeding, and power can be supplied by placing a gap on the same layer as the antenna pattern as shown in FIG. 4A or by placing it on a layer different from the antenna pattern as shown in FIG. 4B.
  • the impedance may be varied depending on the distance between the power supply pattern and the metal pattern, and the length and position of the power supply pattern in addition to the space between the two metal patterns. Accordingly, it is the main part that can adjust the antenna impedance at a low height.
  • the first and second metal patterns 1211 and 1222 which are metal antenna patterns, may be disposed on one or more dielectrics. These dielectrics are interposed between the first and second metal patterns 1211 and 1222 and the ground layer. If two or more dielectrics are used rather than one dielectric, the performance and size of the antenna can be adjusted.
  • the first substrate S1 as the upper substrate corresponding to the above-described dielectric and the second substrate S2 as the lower substrate may be implemented in the same form as a flexible substrate. Accordingly, the low profile antenna 1200 according to the present invention implemented on the flexible substrate may be disposed inside the electronic device. For example, the low profile antenna 1200 according to the present invention implemented on a flexible substrate may be disposed on a carrier inside an electronic device.
  • the first metal pattern and the second metal pattern may be disposed on the first substrate S1 which is an upper substrate.
  • the antenna 1200 may further include a ground layer disposed under the second substrate S2 as a lower substrate to provide a reference electric potential for the antenna 1200.
  • antenna characteristics differ depending on the dielectric material between the metal patterns 1211 and 1212 and the ground.
  • the permittivity of the first substrate S1 is set to a value greater than that of the second substrate S2, so that the efficiency of the antenna 1200 can be increased while reducing the size of the antenna 1200.
  • the antenna efficiency may slightly decrease, but the decrease in the antenna efficiency may be somewhat mitigated due to the low dielectric constant of the second substrate S2. Accordingly, it is possible to reduce the size of the antenna by setting the dielectric constant of the first substrate S1 to a larger value.
  • the antenna efficiency somewhat reduced by the dielectric constant of the first substrate S1 may be alleviated by the low dielectric constant of the second substrate S2.
  • FIG. 5A shows radiation efficiency according to a frequency change when different dielectrics are used in the low profile antenna having a multilayer substrate structure according to the present invention.
  • the FR 4 substrate had a dielectric constant (Dk) of 4.5 and a dielectric loss of 0.015, the Teflon substrate of 3.0 and a dielectric loss of 0.0014.
  • Dk dielectric constant
  • case 1 is a case where both the first substrate and the second substrate are FR 4 substrates.
  • case 2 is a case where the first substrate is a Teflon substrate and the second substrate is an FR 4 substrate. In Case 2, since the first substrate has a low dielectric constant, the radiation efficiency of the antenna increases.
  • case 3 is a case where both the first substrate and the second substrate are Teflon substrates.
  • the antenna radiation efficiency is substantially similar because the effect of the dielectric constant of the first substrate, which is the upper substrate, is large. Accordingly, the low profile antenna of the present invention can optimize other antenna characteristics, such as impedance matching, while maintaining antenna radiation efficiency characteristics by making the dielectric constants of the first substrate and the second substrate different from each other.
  • Table 1 shows the resonance frequency, bandwidth, and maximum efficiency according to configuration changes of a first substrate as an upper substrate and a second substrate as a lower substrate according to an embodiment of the present invention.
  • the thickness of the first substrate is assumed to be 0.4mm and the thickness of the second substrate is 0.6mm, but the present invention is not limited thereto and can be variously changed according to the application.
  • the power supply pattern is disposed below the metal pattern, which is an antenna pattern, as shown in FIG. 4B, but is not limited thereto and may be variously changed according to the application.
  • the permittivity of the first substrate is set to a value greater than that of the second substrate, so that the efficiency of the antenna 1200 can be increased while reducing the size of the antenna 1200.
  • the first substrate uses a high dielectric constant FR 4 substrate to reduce the antenna size
  • the second substrate uses a low dielectric constant Teflon substrate to increase antenna efficiency.
  • the second substrate may have a lower dielectric constant and may be implemented in a form of a foam having a dielectric constant similar to that of air.
  • the power supply pattern 1220 may be disposed on the first substrate that is the same plane as the first metal pattern 1211 and the second metal pattern 1212.
  • the power supply pattern 1220 may be disposed under the first substrate or on the second substrate, which is a different plane from the first metal pattern 1211 and the second metal pattern 1212.
  • the power supply pattern 1220 may be disposed under the first substrate, which is the substrate on which the metal patterns 1211 and 1212 are disposed.
  • an alignment error between metal patterns may be reduced compared to a case where the power supply pattern 1220 is disposed above the second substrate.
  • the resonant frequency decreases, thereby reducing the size of the antenna.
  • the antenna miniaturization effect can be obtained.
  • the efficiency of the antenna can be increased.
  • the area of the dielectric material is irrelevant, dielectric loss can be reduced by making the power supply pattern 1220 and the slot (a gap between the metal pattern) thin.
  • antenna radiation is also effective due to the horizontal magnetic field formed by the metal pattern and the contact pin.
  • FIG. 5B shows a principle in which a vertical electric field and a horizontal magnetic field current are formed in an antenna having a shorted arm structure by a via according to the present invention.
  • a vertical electric field is formed between the first and second metal patterns 1211 and 1212 corresponding to the shorted arm and the ground layer.
  • a horizontal magnetic field current is formed on the first and second metal patterns 1211 and 1212 and the horizontal plane.
  • a horizontal magnetic field current may be generated in a boundary region between a boundary region of the power supply pattern 1220 and an inset region.
  • the height of the substrate on which the antenna 1200 is formed can be reduced by the horizontal magnetic field current, so that a low profile antenna can be implemented.
  • a shorted arm may be formed by a via, and a cavity-backed slot antenna may be implemented by a ground layer.
  • a cavity-backed slot antenna may be implemented by a ground layer.
  • SIW Substrate Integrated Waveguide
  • a cavity slot antenna using a substrate-integrated waveguide there is an advantage in that a low profile antenna can be implemented by making a cavity with a slot, a ground, and a via. Referring to the vertical electric field distribution of FIG.
  • the SIW Cavity-Backed Slot Antenna may be implemented as an antenna by selecting only a partial area of the entire antenna forming a vertical current and a vertical electric field. Accordingly, the antenna 1200 according to the present invention has the advantage of minimizing the height and the antenna area.
  • a contact pin (short pin) connecting the antenna pattern and the ground can be applied in various ways. It can be connected through a via hole penetrating between dielectrics, or by a C-clip, Pogo pin, spring, finger, etc.
  • the two patterns (Shorted arm, 1211, 1212) shorted at one end are arranged to face each other with an interval, and the antenna is indirectly coupled by the feeding pattern 1220 between the patterns. It is fed.
  • a vertical connection part connecting the pattern and the ground that is, a vertical current flowing through the via is formed. That is, a horizontal magnetic field current is formed by a vertical electric field generated between the metal patterns 1211 and 1212 and the ground layer. This horizontal magnetic field current is very efficient at low antenna heights.
  • FIG. 6A shows a structure of a 1x2 MIMO antenna and an equivalent circuit and current flow diagram of a 1x2 MIMO antenna according to an embodiment of the present invention.
  • the 1x2 MIMO antenna is formed in a structure in which two antennas are disposed adjacent to each other, and the size of the first substrate S1 on which the antennas are disposed may be 2La and Wa may be a width.
  • a plurality of vias may be formed at both ends and a central portion of the first substrate S1.
  • a plurality of vias disposed at both ends of the first substrate S1 may reduce the antenna size.
  • a plurality of vias formed in the center of the first substrate S1 may reduce interference between two antennas.
  • the feed pattern of each antenna is formed with a length Fl, so that the 5G Sub6 band signal is coupled with a metal pattern.
  • the metal patterns of each antenna are spaced apart by an interval d, and a low-profile antenna may be implemented by a horizontal magnetic field current formed in a region spaced apart by d.
  • the first and second antennas ANT1 and ANT2 may be modeled as a power supply pattern disposed therein and a metal pattern surrounding the power supply pattern.
  • the geometric structure of the feed pattern of the first and second antennas ANT1 and ANT2 may be modeled as being formed in the same direction. Accordingly, a current direction when only the first antenna ANT1 is supplied and a current direction when only the second antenna ANT2 are supplied are formed in different directions.
  • the de-coupler structure corresponding to a plurality of vias disposed between the first and second antennas ANT1 and ANT2 does not operate completely. Accordingly, when the first and second antennas ANT1 and ANT2 are disposed adjacent to each other without rotating, as shown in FIG. 6A, mutual interference may increase.
  • FIG. 6B shows the structure of a 1x2 MIMO antenna and an equivalent circuit and current flow diagram of the 1x2 MIMO antenna.
  • the 1x2 MIMO antenna is formed in a structure in which two antennas are disposed adjacent to each other, and the size of the first substrate S1 on which the antennas are disposed may be 2L in length and W in width.
  • a plurality of vias may be formed at both ends and a central portion of the first substrate S1.
  • a plurality of vias disposed at both ends of the first substrate S1 may reduce the antenna size.
  • a plurality of vias formed in the center of the first substrate S1 may reduce interference between two antennas.
  • a plurality of vias may be disposed in various forms.
  • a plurality of vias may be disposed in the center of a section having a length L3.
  • a plurality of vias may be disposed at both ends of a section having a length L3.
  • a plurality of vias may be disposed at both ends and centers of a section having a length L3.
  • the feed pattern of each antenna is formed with a length Fl, so that the 5G Sub6 band signal is coupled with a metal pattern.
  • the metal patterns of each antenna are spaced apart by an interval d, and a low-profile antenna may be implemented by a horizontal magnetic field current formed in a region spaced apart by d.
  • the first and second antennas ANT1 and ANT2 may be modeled as a power supply pattern disposed therein and a metal pattern surrounding the power supply pattern.
  • the geometric structure of the feed pattern of the first and second antennas ANT1 and ANT2 may be modeled as being formed in a symmetrical shape based on the vias of the boundary regions of the first and second antennas ANT1 and ANT2. . That is, in FIG. 6B(b), it may be indicated that the feeding patterns of the first and second antennas ANT1 and ANT2 are formed in different directions based on the boundary area.
  • FIG. 6A(b) it may be indicated that the feeding patterns of the first and second antennas ANT1 and ANT2 are formed in the same direction with respect to the boundary area.
  • the current direction when only the first antenna ANT1 is supplied and the current direction when only the second antenna ANT2 are supplied are formed in the same direction.
  • a de-coupler structure corresponding to a plurality of vias disposed between the first and second antennas ANT1 and ANT2 can ideally operate completely. Accordingly, as shown in FIG. 6B, when the first and second antennas ANT1 and ANT2 are rotated 180 degrees to each other and arranged in a vertical symmetrical shape, the level of mutual interference can be reduced.
  • FIGS. 7A to 7C show reflection coefficients, efficiency, and ECC levels in the 1x2 MIMO antenna structure of FIG. 6A.
  • the interference level S12 between the first and second antennas ANT1 and ANT2 in the 1x2 MIMO antenna structure of FIG. 6A has a value of -6dB or more in an operating band.
  • the ECC level between the first and second antennas ANT1 and ANT2 in the 1x2 MIMO antenna structure of FIG. 6A has a value of 0.2 or more, for example, about 0.6 in the operating band.
  • the efficiency in the 1x2 MIMO antenna structure of FIG. 6A has a value of 40% or more in an operating band.
  • the efficiency may slightly decrease in some frequency bands as shown in FIG. 7B. Accordingly, referring to FIG. 7B, the efficiency characteristic according to the increase of the interference level S12 is also reduced, and it can be seen that the graph has a left-right asymmetric shape.
  • FIGS. 8A to 8C show reflection coefficients, efficiency, and ECC levels in a 1x2 MIMO antenna structure having an upper and lower symmetric structure as shown in FIG. 6B.
  • the interference level S12 between the first and second antennas ANT1 and ANT2 in the 1x2 MIMO antenna structure of FIG. 6B has a value of -6 dB or less in an operating band.
  • the ECC level between the first and second antennas ANT1 and ANT2 in the 1x2 MIMO antenna structure of FIG. 6B has a value of 0.2 or less, for example, a maximum of about 0.1 in the operating band.
  • the efficiency in the 1x2 MIMO antenna structure of FIG. 6B has a value of 40% or more in an operating band.
  • the interference level S12 has a value less than or equal to the threshold value in the entire operating band, and thus the efficiency characteristic is stable in the entire operating band as shown in FIG. 8B. Accordingly, referring to FIG. 8B, as the interference level S12 decreases, the efficiency characteristic is also improved, and it can be seen that the graph has a left-right symmetric shape.
  • FIG. 9A shows the configuration of a 1x4 MIMO antenna according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9B shows a configuration of a 1x4 MIMO antenna according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9A is a structure in which antenna elements of the same type are disposed adjacent to each other and extended to a 1x4 MIMO antenna.
  • FIG. 9B is a structure in which the antenna elements having a vertical symmetrical shape are disposed adjacent to each other and extended to a 1x4 MIMO antenna.
  • the second antenna ANT2 is disposed on the substrate adjacent to the first antenna ANT1.
  • the 1x4 MIMO antenna according to the present invention is configured to further include a third antenna ANT3 and a fourth antenna ANT4 in addition to the first antenna ANT1 and the second antenna ANT2.
  • the third antenna ANT3 is disposed adjacent to the second antenna ANT2 on the substrate, and is configured to emit a third signal through the metal patterns P5 and P6 and the third feeding pattern F3.
  • the fourth antenna ANT4 is disposed adjacent to the third antenna ANT3 on the substrate, and is configured to emit a fourth signal through the metal patterns P7 and P8 and the fourth feeding pattern F4.
  • the baseband processor 1400 may perform UL MIMO to simultaneously transmit two or more signals in the same band.
  • the baseband processor 1400 may perform DL MIMO so as to simultaneously receive two or more signals in the same band.
  • the radiating portions between adjacent antennas may be separated by a dielectric.
  • the second radiating part P2 of the first antenna ANT1 and the second radiating part P3 of the second antenna ANT2 are separated from each other by a dielectric region of the substrate.
  • the second radiating portions P2 and P3 of the first and second antennas ANT1 and ANT2 correspond to a metal pattern having an increasing width in a tapered shape. In this way, the second radiating part of the first antenna ANT1 and the second radiating part of the second antenna ANT2 are separated from each other, so that interference between the first antenna ANT1 and the second antenna ANT2 can be reduced. .
  • a plurality of vias may be formed in the 1x4 MIMO antenna as shown in FIG. 9A.
  • the first to fourth antennas ANT1 to ANT4 are provided with a plurality of vias configured to connect the first metal pattern and the second metal pattern to the ground pattern below the end portion of the substrate. Includes them.
  • a plurality of vias may be formed in metal patterns P2 to P7 of adjacent antennas separated from each other by a dielectric region of the substrate. Accordingly, a plurality of vias may be formed in the metal patterns P2 to P7 of adjacent antennas in order to improve the isolation between antennas rather than in terms of antenna miniaturization.
  • a plurality of vias may be formed on all metal patterns P1 to P8 of the antenna in order to reduce the size of the antenna and improve the isolation between the antennas.
  • a plurality of vias may be formed in a similar manner.
  • the first to fourth antennas ANT1 to ANT4 are provided with a plurality of vias configured to connect the first metal pattern and the second metal pattern to the ground pattern below the end portion of the substrate. Includes them.
  • a plurality of vias may be formed in metal patterns P2 to P7 of adjacent antennas separated from each other by a dielectric region of the substrate. Accordingly, a plurality of vias may be formed in the metal patterns P2 to P7 of adjacent antennas in order to improve the isolation between antennas rather than in terms of antenna miniaturization.
  • a plurality of vias may be formed on all metal patterns P1 to P8 of the antenna in order to reduce the size of the antenna and improve the isolation between the antennas.
  • the present invention is not limited thereto, and if the overall size of the antenna is not a problem, the radiating portions between adjacent antennas may be separated by a dielectric as shown in FIG. 9A in order to further improve the isolation.
  • the tapered bow-tie structure as shown in FIG. 3B has been described, but is not limited thereto. Accordingly, the adjacent radiating part separation structure of FIG. 9A and the vertical symmetric structure of FIG. 9B can also be applied to a rectangular radiating part structure as shown in FIG. 3A.
  • FIGS. 10A and 10B show reflection coefficients and antenna efficiency in the 1x4 MIMO antenna of FIG. 9A having a structure separated by dielectric structure.
  • FIG. 10A since the isolation between adjacent antennas has a value of -6 dB or less, it can be seen that the isolation between the antennas is guaranteed to be less than a certain level.
  • FIG. 10B it can be seen that (A) Radiation Efficiency has a value of 60% or more in an operating band.
  • (B) it can be seen that the total efficiency has a value of 4% or more in the operating band.
  • the total efficiency means the antenna efficiency in consideration of both the loss of the antenna itself and the feed loss.
  • (A) radiation efficiency means antenna efficiency considering only the loss of the antenna itself.
  • a vertical symmetric structure as shown in FIG. 9B is not essential.
  • the 1x4 MIMO antenna is arranged in the same shape, and the radiator between adjacent antenna elements is arranged so as to be spaced apart to ensure antenna isolation.
  • the above-mentioned 1x2 MIMO antenna and any type of MIMO antenna can be applied to the above-described vertically symmetrical structure and/or the radiation part spacing structure.
  • the antenna module according to the present invention that is, a 1x2 MIMO antenna or a 1x4 MIMO antenna is disposed on the substrate as described above.
  • the antenna module may be disposed to be spaced apart from the system ground on the body of the electronic device or other PCB.
  • the size of the substrate on which the antenna module is formed is formed to a limited size. Accordingly, various structures for connecting the antenna module to the system ground can be considered in terms of antenna performance improvement and structural stability.
  • FIG. 11 shows a connection structure between a 1x2 MIMO antenna and a system ground according to various embodiments of the present disclosure.
  • the first antenna ANT1 and the second antenna ANT2 may include a second substrate S2 disposed under the substrate S1 in alignment with the substrate S1.
  • a wide ground such as a system ground operates as a ground of an antenna module
  • antenna efficiency and bandwidth performance are improved due to securing the overall height of the antenna.
  • antenna performance can be affected by components below the antenna placed on the system ground or other PCBs.
  • the ground formed on the second substrate S2 may be connected to the system ground in two regions.
  • the ground formed on the second substrate S2 may be connected to the system ground at both ends A and B of the second substrate S2.
  • the ground formed on the second substrate S2 may be connected to the system ground in three regions.
  • Such a connection structure is not limited to three areas, but can be extended to a structure that is connected in three or more areas. That is, the ground layer of the second substrate S2 may be connected to the system ground in three or more regions.
  • the connected regions are between the end regions A and B of the second substrate S2 and the second substrate S2. It may be a central region (C).
  • the ground formed on the second substrate S2 may be connected to the system ground in the entire area. That is, a separate ground structure having a predetermined height may be disposed so that the second substrate S2 and the system ground are electrically connected over the entire area.
  • FIG. 12A shows ECC characteristics in a structure in which the substrate ground and the system ground are connected in two regions in the 1x2 MIMO antenna of the present invention.
  • FIG. 12B shows ECC characteristics in a structure in which the substrate ground and the system ground are connected in three regions in the 1x2 MIMO antenna of the present invention.
  • the ground-to-ground connection structure is based on a plurality of vias disposed at the radiating portions of the first and second antennas ANT1 and ANT2. Accordingly, via region contact is required to the radiating portions of the first and second antennas ANT1 and ANT2.
  • FIG. 13A shows a side view of an electronic device in which an antenna module and a PCB are arranged in parallel according to the present invention.
  • FIG. 13B shows a structure in which an antenna module and a PCB according to the present invention are disposed inside an electronic device.
  • the ground layer disposed under the second substrate S2 may be connected to the system ground in a partial area through the PCB S3 provided in the electronic device.
  • the substrate on which the antenna module is disposed is disposed substantially parallel to the PCB (S3), and may be connected to the system ground of the front cover through a screw.
  • a transceiver circuit 1250 corresponding to an RFIC and a baseband processor 1400 corresponding to a modem may be disposed on the PCB S3.
  • the front cover and the metal rim 201 on the side of the electronic device are integrally formed to operate as a system ground.
  • the ground layer is spaced apart from the system ground by h in the rest area except for the partial area, thereby increasing the bandwidth of the first and second antennas ANT1 and ANT2.
  • the antenna module operating in the 5G Sub6 band has been described.
  • a description will be given of a method of controlling an antenna operation through an antenna module operating in the 5G Sub6 band and an antenna operating in a different band.
  • FIG. 14 shows a configuration in which a baseband processor controls a plurality of antenna modules according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 shows a configuration in which a baseband processor controls a plurality of antenna modules according to another embodiment of the present invention.
  • an antenna module operating in a 5G Sub6 band among a plurality of antenna modules may have a dielectric separation type structure as shown in FIG. 9A. Further, referring to FIG. 15, an antenna module operating in a 5G Sub6 band among a plurality of antenna modules may have a vertical symmetric structure as shown in FIG. 9B.
  • the low profile antenna of various shapes according to the present invention can operate in the 5G Sub 6 band.
  • the operating band of the low profile antenna of various shapes is not limited thereto, and may operate in an arbitrary communication frequency band.
  • the low profile antenna according to the present invention operates in the 5G Sub 6 band, and the antenna implemented as a conductive member disposed on the side of the electronic device may operate in the LTE band.
  • a control operation for a plurality of antennas operating in a plurality of communication systems is required.
  • FIGS. 14 and 15 show a configuration of an electronic device including a plurality of antennas, a transceiver circuit, and a baseband processor according to the present invention.
  • the electronic device 1000 according to the present invention may include a 4G antenna 1100, a 5G antenna 1200, a transceiver circuit 1250, and a baseband processor 1400.
  • the 4G antenna 1100 and the 5G antenna 1200 may be referred to as a first type antenna 1100 and a second type antenna 1200, respectively.
  • the 5G antenna 1200 is illustrated as a 1x4 MIMO antenna in FIGS. 14 and 15, it is not limited thereto, and may be changed in various forms such as a 1x2 MIMO antenna.
  • the 4G antenna 1100 which is a first type antenna, is formed on the side of the electronic device and is configured to operate in the first band, which is an LTE band.
  • the 5G antenna 1200 which is a second type antenna according to the present invention, may be an antenna configured to operate in a second band, which is a 5G Sub 6 band.
  • the position of the 4G antenna 1100 is not limited to FIGS. 14 and 15, and may be formed in a region of the left, right, upper or lower portion of the electronic device.
  • the 5G antenna 1200 is configured to include a first antenna ANT1 and a second antenna ANT2. Accordingly, the first antenna ANT1 and the second antenna ANT2 are 5G antennas operating in a second band, which is a 5G Sub 6 band.
  • the 5G antenna 1200 is configured to include a first antenna ANT1 to a fourth antenna ANT4. Accordingly, the first to fourth antennas ANT1 to ANT4 are 5G antennas operating in a second band, which is a 5G Sub 6 band.
  • the transmission/reception unit circuit 1250 is connected to the feed patterns F1 and F2, and signals through the first and second metal patterns P1 and P3 and P2 and P4 through the feed patterns F1 and F2. Is configured to deliver.
  • the transceiver circuit 1250 is connected to the feed patterns F1 to F4.
  • the signal is transmitted to the first metal patterns P1, P3, P5, and P7 and the second metal patterns P2, P4, P6, and P8 through the power supply patterns F1 to F4.
  • the baseband processor 1400 is connected to the transceiver circuit 1250 and controls the transceiver circuit 1250 to transmit and receive signals through at least one of the 4G antenna 1100 and the 5G antenna 1200. It is composed.
  • the transceiver circuit 1250 may be configured to transmit and receive a first signal of a first band and to transmit and receive a second signal of a second band.
  • the baseband processor 1400 may control the transceiver circuit 1250 to receive the second signal through the 5G antenna 1200 when the quality of the first signal is less than or equal to the threshold.
  • the baseband processor 1400 may perform carrier aggregation (CA).
  • CA carrier aggregation
  • the baseband processor 1400 uses the first signal of the first band received through the 4G antenna 1100 and the second signal of the second band received through the 5G antenna 1200 to perform carrier aggregation (CA). : Carrier Aggregation) can be performed.
  • the 5G antenna 1200 may be an antenna selected based on the reception performance of the first to fourth antennas ANT 1 to ANT 4. That is, the baseband processor 1400 may compare the reception performance of the first to fourth antennas ANT 1 to ANT 4 and transmit information on the antenna having the highest reception performance to the base station. Accordingly, two antennas selected based on the reception performance may be selected, and the 5G signals of the second band received through the two antennas may be spatially combined.
  • the 4G antenna 1100 can be configured to transmit and receive signals in the LTE band.
  • the 4G antenna 1100 may be disposed on the side of the electronic device.
  • the 4G antenna 1100 may include one or more antennas 1100a and 1100b disposed on the upper, lower, left, or right side of the electronic device.
  • the baseband processor 1400 corresponding to the modem may perform a multiple input/output (MIMO) or diversity operation through the 4G antennas 1100a and 1100b.
  • MIMO multiple input/output
  • the positions and the number of the 4G antennas 1100a and 1100b are not limited thereto and may be variously changed according to applications.
  • the number of 4G antennas 1100a and 1100b can be extended up to 4 to support 4TX or 4RX.
  • the first type antennas 1100a and 1100b which are 4G antennas, may operate in a dual band so as to operate in a 5G band in addition to the LTE band.
  • the baseband processor 1400 may perform multiple input/output (MIMO) using at least one of the at least one second type antenna 1200 among the first type antennas 1100a and 1100b.
  • MIMO multiple input/output
  • the baseband processor 1400 may perform multiple input/output (MIMO) by receiving a first signal received through the first antenna ANT1 and a third signal received through the third antenna ANT3. have. That is, since the third antenna ANT3 is selected instead of the second antenna ANT2 immediately adjacent to the first antenna ANT1, interference between antennas can be reduced.
  • MIMO multiple input/output
  • the baseband processor 1400 may select another antenna if the quality of the first signal or the quality of the third signal is less than or equal to a threshold.
  • multiple input/output (MIMO) may be performed by receiving a first signal received through the first antenna ANT1 and a fourth signal received through the fourth antenna ANT4. Accordingly, there is an advantage in that the distance between antennas performing MIMO is further increased, and the level of mutual interference can be further reduced.
  • the baseband processor 1400 may select a different antenna combination. For example, if the quality of the first signal or the quality of the fourth signal is less than or equal to the threshold, the baseband processor 1400 receives a second signal received through the second antenna ANT2 and a signal received through a different antenna.
  • Multiple input/output (MIMO) can be performed. That is, the MIMO operation may be performed using the second signal received through the second antenna ANT2 and the fourth signal received through the fourth antenna ANT4.
  • an electronic device including a plurality of antenna modules includes a first antenna ANT1 and a second antenna ANT2.
  • an electronic device including a plurality of antenna modules according to the present invention includes a transceiver circuit 1250 corresponding to an RFIC and a baseband processor 1400 corresponding to a modem.
  • the first antenna ANT1 includes a metal pattern 1210 or P1, P2 configured to emit a first signal by printing and disposing a metal having a predetermined length and width on the entire surface of the substrate. do.
  • the first antenna ANT1 has a feed pattern 1220-1 or F1 configured to be offset from the center line of the substrate in a region where the metal pattern is separated and spaced apart, and configured to couple and feed the first signal with the metal pattern. Include more.
  • the second antenna ANT2 includes a metal pattern 1210 or P3, P4 and second power feeding patterns 1220-2 and F2 disposed on the substrate to be horizontally adjacent to the first antenna ANT1, , Configured to emit a second signal.
  • an electronic device including a plurality of antenna modules includes a transceiver circuit 1250 corresponding to an RFIC and a baseband processor 1400 corresponding to a modem.
  • the transceiver circuit 1250 is connected to the feeding pattern F1 and the second feeding pattern F2, and the first signal and the second signal through one of the first antenna ANT1 and the second antenna ANT2. It is configured to emit at least one of.
  • the baseband processor 1400 is connected to the transmission/reception unit circuit 1250, and the transmission/reception unit circuit so that the sizes of the first and second signals fed to the first antenna ANT1 and the second antenna ANT2 are variable. Control (1250). For example, during 4G/5G switching or MIMO operation, the baseband processor 1400 may control the transceiver circuit 1250 so that a signal is applied to a specific antenna and a signal is not applied to another antenna.
  • the baseband processor 1400 may control the first and second power amplifiers of the transceiver circuit 1250 to compensate for the difference in the reception level of the first signal and the second signal based on the channel state information. .
  • the amplification ratio of the first and second power amplifiers of the transceiver circuit 1250 may be varied to compensate for the difference in the reception level of the first signal and the second signal based on the channel state information. I can. Accordingly, information can be decoded without loss through the first signal and the second signal when rank 2 is transmitted or received.
  • the first antenna ANT1 and the second antenna ANT2 include a first radiation portion 1211a, 1212a, 1211a2, 1212a2 and a second radiation portion 1211b, 1212b, 1211b2, and 1212b2.
  • the first radiating portions 1211a, 1212a, 1211a2, and 1212a2 are formed in a rectangular shape having a predetermined length and width, and are configured such that an inset region is formed therein.
  • the second radiating parts 1211b, 1212b, 1211b2, and 1212b2 may be connected to the first radiating part and may be tapered at a predetermined angle to increase the width.
  • the 1x4 MIMO antenna according to the present invention is configured to further include a third antenna ANT3 and a fourth antenna ANT4 in addition to the first antenna ANT1 and the second antenna ANT2.
  • the third antenna ANT3 is disposed adjacent to the second antenna ANT2 on the substrate, and is configured to emit a third signal through the metal patterns P5 and P6 and the third feeding pattern F3.
  • the fourth antenna ANT4 is disposed adjacent to the third antenna ANT3 on the substrate, and is configured to emit a fourth signal through the metal patterns P7 and P8 and the fourth feeding pattern F4.
  • the baseband processor 1400 may perform UL MIMO to simultaneously transmit two or more signals in the same band.
  • the baseband processor 1400 may perform DL MIMO so as to simultaneously receive two or more signals in the same band.
  • the baseband processor 1400 may perform multiple input/output (MIMO) by receiving a first signal received through the first antenna ANT1 and a third signal received through the third antenna ANT3. have. That is, since the third antenna ANT3 is selected instead of the second antenna ANT2 immediately adjacent to the first antenna ANT1, interference between antennas can be reduced.
  • MIMO multiple input/output
  • the baseband processor 1400 may select another antenna if the quality of the first signal or the quality of the third signal is less than or equal to a threshold.
  • multiple input/output (MIMO) may be performed by receiving a first signal received through the first antenna ANT1 and a fourth signal received through the fourth antenna ANT4. Accordingly, there is an advantage in that the distance between antennas performing MIMO is further increased, and the level of mutual interference can be further reduced.
  • the baseband processor 1400 may select a different antenna combination. For example, if the quality of the first signal or the quality of the fourth signal is less than or equal to the threshold, the baseband processor 1400 receives a second signal received through the second antenna ANT2 and a signal received through a different antenna.
  • Multiple input/output (MIMO) can be performed. That is, the MIMO operation may be performed using the second signal received through the second antenna ANT2 and the fourth signal received through the fourth antenna ANT4.
  • an electronic device having a 5G antenna according to the present invention has been described.
  • the technical effects of an electronic device having such a 5G antenna, in particular, an electronic device having a low-profile antenna that can be disposed inside the electronic device will be described as follows.
  • the present invention it is possible to provide an electronic device in which a low profile antenna having a small size and a low height is disposed inside the electronic device even in a full display structure.
  • the antenna pattern disposed between each of the feeding patterns can improve antenna isolation (S21 and ECC) by providing a de-coupling effect as well as each antenna radiator.
  • the low profile antenna according to the present invention has the advantage of being able to effectively design the antenna at a very low height of 0.02 ⁇ or less, and easy impedance matching.
  • the low profile antenna according to the present invention has an advantage in that both ends of the radiator are shorted, so that it is advantageous to arrange several antennas according to the miniaturization of the antenna size and improvement of the degree of isolation between the antennas.
  • the design of a low-profile antenna and control of the antenna and the transceiver circuit through a control unit such as a baseband processor are implemented as computer-readable codes in a medium on which a program is recorded. It is possible to do.
  • 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 controllers 180, 1250, and 1400 of the terminal. Therefore, the detailed description above should not be construed as restrictive in all respects and should be considered as illustrative. The scope of the present invention should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.

Landscapes

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Abstract

본 발명에 따른 5G 안테나를 구비하는 전자 기기가 제공된다. 상기 전자 기기는 기판 전면에 소정 길이(length)와 너비(width)를 갖는 금속이 프린트되어 배치되어, 제1 신호를 방사하도록 구성된 금속 패턴(metal pattern) 및 상기 금속 패턴이 분리되어 이격된 영역 내에 배치되고, 상기 금속 패턴으로 제1 신호를 커플링 급전하도록 구성된 급전 패턴을 포함하는 제1 안테나가 구비된다. 또한, 상기 전자 기기는 상기 기판 전면에 상기 제1 안테나와 대칭 형태로 배치되는 금속 패턴과 제2 급전 패턴을 포함하고, 제2 신호를 방사하도록 구성된 제2 안테나를 더 포함한다.

Description

5G 안테나를 구비하는 전자 기기
본 발명은 5G 안테나를 구비하는 전자 기기를 구비하는 전자 기기에 관한 것이다. 일 구현 예로, 5G Sub 6 대역에서 동작하는 로우 프로파일 안테나를 구비하는 전자 기기에 관한 것이다.
전자기기(electronic devices)는 이동 가능여부에 따라 이동 단말기(mobile/portable terminal) 및 고정 단말기(stationary terminal)로 나뉠 수 있다. 다시 전자기기는 사용자의 직접 휴대 가능 여부에 따라 휴대(형) 단말기(handheld terminal) 및 거치형 단말기(vehicle mounted terminal)로 나뉠 수 있다.
전자기기의 기능은 다양화되고 있다. 예를 들면, 데이터와 음성통신, 카메라를 통한 사진촬영 및 비디오 촬영, 음성녹음, 스피커 시스템을 통한 음악파일 재생 그리고 디스플레이부에 이미지나 비디오를 출력하는 기능이 있다. 일부 단말기는 전자게임 플레이 기능이 추가되거나, 멀티미디어 플레이어 기능을 수행한다. 특히 최근의 이동 단말기는 방송과 비디오나 텔레비전 프로그램과 같은 시각적 컨텐츠를 제공하는 멀티캐스트 신호를 수신할 수 있다.
이와 같은 전자기기는 기능이 다양화됨에 따라 예를 들어, 사진이나 동영상의 촬영, 음악이나 동영상 파일의 재생, 게임, 방송의 수신 등의 복합적인 기능들을 갖춘 멀티미디어 기기(Multimedia player) 형태로 구현되고 있다.
이러한 전자기기의 기능 지지 및 증대를 위해, 단말기의 구조적인 부분 및/또는 소프트웨어적인 부분을 개량하는 것이 고려될 수 있다.
상기 시도들에 더하여, 최근 전자기기는 LTE 통신 기술을 이용한 무선 통신 시스템이 상용화되어 다양한 서비스를 제공하고 있다. 또한, 향후에는 5G 통신 기술을 이용한 무선 통신 시스템이 상용화되어 다양한 서비스를 제공할 것으로 기대된다. 한편, LTE 주파수 대역 중 일부를 5G 통신 서비스를 제공하기 위하여 할당될 수 있다.
이와 관련하여, 이동 단말기는 5G 통신 서비스를 다양한 주파수 대역에서 제공하도록 구성될 수 있다. 최근에는 6GHz 대역 이하의 Sub6 대역을 이용하여 5G 통신 서비스를 제공하기 위한 시도가 이루어지고 있다. 또한, 향후에는 보다 빠른 데이터 속도를 위해 Sub6 대역 이외에 밀리미터파(mmWave) 대역을 이용하여 5G 통신 서비스를 제공할 것으로 예상된다.
한편, 5G Sub6 대역에서 동작하는 안테나는 전자 기기의 측면 또는 전자 기기의 내부에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 최근 들어 이동 단말기와 같은 전자 기기에서, 풀 디스플레이(Full Display)를 채택하는 경향이 있다. 또한, 풀 디스플레이를 구비하는 전자 기기 이외에 Flexible Display 개발로 인해 Foldable, Flexible, Rollable 형태의 새로운 form-factor가 등장하고 있다.
이와 같은 다양한 form-factor에 따른 전자 기기에서도 빠른 데이터 전송을 위해 안테나 수가 증가하고 있다. 하지만, 전자 기기에 배치될 수 있는 안테나의 크기와 형태가 제한되어 설계 공간이 줄고 방사 효율 확보에 어려움이 있다는 문제점이 있다.
또한, 현재 5G 통신 시스템에서 4개의 안테나가 사용될 수 있지만, 향후 5G 통신 시스템 또는 6G 통신 시스템에서는 8개 이상의 많은 안테나를 필요로 한다. 이와 관련하여, 향후 통신 시스템은 대용량 고속 데이터 전송을 위한 것으로 안테나 수가 계속 증가할 것이다. 하지만, 전자 기기에 배치될 수 있는 안테나의 크기와 형태가 제한되어 설계 공간이 감소하고, 방사 효율 확보에 어려움이 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 전자 기기 내부에 작은 크기와 낮은 높이를 갖는 로우 프로파일 안테나(Low Profile)가 배치된 전자 기기를 제공하기 위한 것이다
본 발명의 다른 일 목적은 무선 성능을 최적화하면서 안테나 공간 활용도와 배치 자유도가 높은 로우 프로파일 안테나를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 일 목적은 로우 프로파일 안테나를 인접하게 배치하면서 상호 간에 격리도를 확보할 수 있는 안테나 구조를 제공하기 위한 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 5G 안테나를 구비하는 전자 기기가 제공된다. 상기 전자 기기는 기판 전면에 소정 길이(length)와 너비(width)를 갖는 금속이 프린트되어 배치되어, 제1 신호를 방사하도록 구성된 금속 패턴(metal pattern) 및 상기 금속 패턴이 분리되어 이격된 영역 내에 상기 기판의 중심선에서 하부로 오프셋 되어 배치되고, 상기 금속 패턴으로 제1 신호를 커플링 급전하도록 구성되는 급전 패턴을 포함하는 제1 안테나를 포함한다. 또한, 상기 기판 전면에 상기 제1 안테나의 중심선과 대칭 형태로 배치되는 금속 패턴과 제2 급전 패턴을 포함하고, 제2 신호를 방사하도록 구성된 제2 안테나를 포함한다. 또한, 상기 제2 급전 패턴은 상기 기판의 중심선에서 상부로 오프셋 되어 배치될 수 있다.
일 실시 예로, 상기 급전 패턴 및 상기 제2 급전 패턴과 연결되고, 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나 중 하나를 통해 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호 중 적어도 하나를 방사하도록 구성된 송수신부 회로(transceiver circuit)를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 제1 안테나는 상기 기판의 단부(end portion)에서 제1 금속 패턴 및 제2 금속 패턴과 하부의 그라운드 패턴을 연결하도록 구성된 복수의 비아(via)들을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 제2 안테나는 상기 기판의 단부(end portion)에서 제1 금속 패턴 및 제2 금속 패턴과 하부의 그라운드 패턴을 연결하도록 구성된 복수의 비아(via)들을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 급전 패턴의 경계 영역과와 상기 급속 패턴의 인셋 영역의 경계 영역에서, 상기 금속 패턴이 이격된 제1 금속 패턴 및 상기 제2 금속 패턴과 수평면에 형성되는 수평 자계 전류 (horizontal magnetic field)에 의해 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나가 형성되는 기판의 높이를 감소시킬 수 있다.
일 실시 예로, 상기 제1 안테나의 금속 패턴과 상기 제2 안테나의 금속 패턴은 제1 기판의 상부에 배치된다. 또한, 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나는 상기 제1 기판의 제1 중심선을 기준으로 좌우 대칭 형태 또는 상기 제1 중심선에 수직한 제2 중심선을 기준으로 상하 대칭 형태로 배치될 수 있다.
일 실시 예로, 상기 제1 기판의 하부에 제2 기판이 배치되고, 상기 제1 및 제2 안테나에 대한 기준 전위(reference electric potential)을 제공하도록 상기 제2 기판의 하부에 배치되는 그라운드 층을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는 소정 길이와 너비를 갖는 직사각형 형태로 형성되고, 내부에 상기 인셋 영역이 형성되는 제1 방사 부(radiation portion)를 포함한다. 또한, 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는 상기 제1 방사 부에 연결되고, 소정 각도로 테이퍼링(tapering)되어 너비가 증가하도록 형성되는 제2 방사 부를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 제1 방사 부와 상기 제2 방사 부가 연결되는 지점에서, 상기 제1 방사 부의 너비는 상기 제2 방사 부의 너비보다 더 넓게 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 급전 패턴에서 상기 제1 방사부로의 신호의 커플링 량을 증가시키고 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나에 의한 전기적 길이를 증가시킬 수 있다.
일 실시 예로, 상기 급전 패턴과 상기 제2 급전 패턴은 상기 제1 방사 부 내부의 인셋 영역에 형성될 수 있다. 한편, 상기 급전 패턴이 배치되는 위치는 상기 제1 방사 부의 너비 방향으로 하부 단부에서 소정 간격 이격되어 오프셋 배치되고, 상기 제2 급전 패턴이 배치되는 위치는 상기 제1 방사 부의 너비 방향으로 상부 단부에서 소정 간격 이격되어 오프셋 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나의 격리도(isolation) 특성을 개선시킬 수 있다.
일 실시 예로, 상기 제1 안테나의 상기 제2 방사부와 상기 제2 안테나의 상기 제2 방사부는 상호 연결된 형태로 구성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나에 의해 형성되는 안테나 모듈의 크기를 감소시킬 수 있다.
일 실시 예로, 상기 제2 안테나는 상기 제1 안테나에 인접하여 상기 기판 상부에 배치될 수 있다. 또한, 상기 제2 안테나는 상기 기판 상부에 상기 제2 안테나와 인접하여 배치되고, 금속 패턴과 제3 급전 패턴을 통해 제3 신호를 방사하도록 구성된 제3 안테나를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 안테나는 상기 기판 상부에 상기 제3 안테나와 인접하여 배치되고, 금속 패턴과 제4 급전 패턴을 통해 제4 신호를 방사하도록 구성된 제4 안테나를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 제1 안테나의 상기 제2 방사부와 상기 제2 안테나의 상기 제2 방사부는 상기 기판의 유전체 영역에 의해 상호 분리된 형태로 구성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나 간의 간섭을 감소시킬 수 있다.
일 실시 예로, 상기 제1 안테나 내지 상기 제4 안테나는 상기 기판의 단부(end portion)에서 제1 금속 패턴 및 제2 금속 패턴과 하부의 그라운드 패턴을 연결하도록 구성된 복수의 비아(via)들을 더 포함할 수 있다. 이러한 상기 복수의 비아들은 상기 기판의 유전체 영역에 의해 상호 분리되는 인접한 안테나의 금속 패턴에 형성될 수 있다.
일 실시 예로, 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는 상기 기판의 하부에 상기 기판과 정렬되어 배치되는 제2 기판을 더 포함할 수 있다. 한편, 상기 제2 기판의 하부에 배치되는 그라운드 층은 상기 전자 기기 내에 구비되는 PCB를 통해 시스템 그라운드와 일부 영역에서 연결될 수 있다. 또한, 상기 그라운드 층은 상기 일부 영역을 제외한 나머지 영역에서는 상기 시스템 그라운드와 이격될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나의 대역폭을 증가시킬 수 있다.
일 실시 예로, 상기 그라운드 층은 상기 시스템 그라운드와 3개 이상의 영역에서 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 연결되는 영역은 상기 제2 기판의 양측 단부 영역과 상기 제2 기판의 중심 영역일 수 있다.
일 실시 예로, 상기 전자 기기의 측면부에 형성되어, LTE 대역인 제1 대역에서 동작하는 4G 안테나를 더 포함할 수 있다. 한편, 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나는 5G Sub 6 대역인 제2 대역에서 동작하는 5G 안테나들일 수 있다. 또한, 상기 송수신부 회로와 연결되고, 상기 4G 안테나 및 상기 5G 안테나들 중 적어도 하나를 통해 신호를 송신 및 수신하도록 상기 송수신부 회로를 제어하는 기저대역 프로세서를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 송수신부 회로는 상기 제1 대역의 LTE 신호를 송신 및 수신하고 상기 제2 대역의 5G 신호를 송신 및 수신하도록 구성될 수 있다. 한편, 상기 기저대역 프로세서는 상기 LTE 신호의 품질이 임계치 이하이면 상기 5G 안테나를 통해 상기 5G 신호를 수신하도록 상기 송수신부 회로를 제어할 수 있다.
일 실시 예로, 광대역 전송이 요청되어 광대역이 할당된 경우, 상기 기저대역 프로세서는 반송파 집성(CA: Carrier Aggregation)을 수행할 수 있다. 이 경우, 반송파 집성(CA)은 상기 제1 안테나를 통해 수신되는 상기 제1 대역의 LTE 신호와 상기 제1 내지 제4 안테나의 수신 성능에 기반하여 선택된 안테나를 통해 수신되는 상기 제2 대역의 5G 신호를 이용하여 수행될 수 있다.
일 실시 예로, 상기 수신 성능에 기반하여 선택된 안테나는 2개로 선택되어 상기 2개의 안테나를 통해 수신된 상기 제2 대역의 5G 신호가 공간 결합(spatial combining)될 수 있다.
일 실시 예로, 상기 기저대역 프로세서는 상기 제1 안테나를 통해 수신되는 제1 신호와 상기 제3 안테나를 통해 수신되는 제3 신호를 수신하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 또한, 상기 제1 신호의 품질 또는 상기 제3 신호의 품질이 임계치 이하이면, 상기 제1 안테나를 통해 수신되는 제1 신호와 상기 제4 안테나를 통해 수신되는 제4 신호를 수신하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 또한, 상기 제1 신호의 품질 또는 상기 제4 신호의 품질이 임계치 이하이면, 상기 제2 안테나를 통해 수신되는 제2 신호와 다른 안테나를 통해 수신되는 신호를 수신하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따른 복수의 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기가 제공된다. 상기 전자 기기는 기판 전면에 소정 길이(length)와 너비(width)를 갖는 금속이 프린트되어 배치되어, 제1 신호를 방사하도록 구성된 금속 패턴(metal pattern); 및 상기 금속 패턴이 분리되어 이격된 영역 내에 상기 기판의 중심선에서 오프셋 되어 배치되고, 상기 금속 패턴으로 제1 신호를 커플링 급전하도록 구성된 급전 패턴을 포함하는 제1 안테나를 포함한다. 또한, 상기 전자 기기는 상기 기판 전면에 상기 제1 안테나에 좌우로 인접하여 배치되는 금속 패턴과 제2 급전 패턴을 포함하고, 제2 신호를 방사하도록 구성된 제2 안테나를 더 포함한다.
일 실시 예로, 상기 전자 기기는 상기 급전 패턴 및 상기 제2 급전 패턴과 연결되고, 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나 중 하나를 통해 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호 중 적어도 하나를 방사하도록 구성된 송수신부 회로(transceiver circuit)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 전자 기기는 상기 송수신부 회로와 연결되고, 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나로 급전되는 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호의 크기가 가변 되도록 상기 송수신부 회로를 제어하는 기저대역 프로세서(baseband processor)를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 풀 디스플레이 구조에서도 전자 기기의 내부에 작은 크기와 낮은 높이를 갖는 로우 프로파일 안테나(Low Profile)가 배치된 전자 기기를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전자 기기의 커버에 수평으로 전자 기기의 내부에 배치될 수 있는 로우 프로파일 안테나를 통해, 무선 성능을 최적화하면서 안테나 공간 활용도와 배치 자유도가 높은 로우 프로파일 안테나를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 로우 프로파일 안테나를 인접하게 배치하면서 상호 간에 격리도를 확보할 수 있는 1xn MIMO 안테나 모듈을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 각각의 급전 패턴 사이에 배치되는 안테나 패턴이 각각의 안테나 방사체로서뿐만 아니라 De-coupling 효과를 주어 안테나 격리도(S21과 ECC)를 개선시킬 수 있다.
특히 본 발명에 따른 로우 프로파일 안테나는 0.02 λ 이하로 매우 낮은 높이에서 안테나를 효과적으로 설계할 수 있으며, 임피던스 매칭이 용이하다는 장점이 있다.
특히 본 발명에 따른 로우 프로파일 안테나는 방사체의 양 단부가 단락(short)되어 있어, 안테나 크기 소형화와 함께 상호 간 격리도 향상에 따라 여러 안테나를 배열하기에 유리하다는 장점이 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 도 1a는 본 발명과 관련된 전자 기기를 설명하기 위한 블록도이고, 도 1b 및 1c는 본 발명과 관련된 전자 기기의 일 예를 서로 다른 방향에서 바라본 개념도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시 예와 관련된 이동 단말기의 분해사시도이다.
도 2b는 본 발명에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기의 무선 통신부의 구성을 도시한다.
도 3a는 본 발명에 따른 로우 프로파일 안테나가 구현되는 기판의 전면도, 측면도 및 배면도를 나타낸다.
도 3b는 본 발명에 따른 MIMO 안테나 모듈 및 이러한 안테나를 통해 신호를 송신 및 수신하는 송수신부 회로를 나타낸다.
도 4a는 급전 패턴이 방사체인 금속 패턴과 동일 평면 상에 배치된 구조를 나타낸다. 또한, 도 4b는 급전 패턴이 방사체인 금속 패턴과 다른 평면 상에 배치된 구조를 나타낸다.
도 5a는 본 발명에 따른 다층 기판 구조의 로우 프로파일 안테나에서 서로 다른 유전체를 사용한 경우 주파수 변화에 따른 방사 효율을 나타낸다.
도 5b는 본 발명에 따른 비아에 의한 단락 암(shorted arm) 구조의 안테나에서 수직 전계와 수평 자계 전류가 형성되는 원리를 나타낸다.
도 6a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 1x2 MIMO 안테나의 구조 및 1x2 MIMO 안테나의 등가 회로와 전류 흐름도를 나타낸다.
도 6b는 1x2 MIMO 안테나의 구조 및 1x2 MIMO 안테나의 등가 회로와 전류 흐름도를 나타낸다.
도 7a 내지 7c는 도 6a의 1x2 MIMO 안테나 구조에서 반사 계수, 효율 및 ECC 레벨을 나타낸다.
도 8a 내지 8c는 도 6b와 같은 상하 대칭 구조(upper and lower symmetric structure)의 1x2 MIMO 안테나 구조에서 반사 계수, 효율 및 ECC 레벨을 나타낸다.
도 9a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 1x4 MIMO 안테나의 구성을 나타낸다. 반면에 도 9b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 1x4 MIMO 안테나의 구성을 나타낸다.
도 10a 및 도 10b는 도 9a의 유전체 분리 구조(structure separated by dielectric)의 1x4 MIMO 안테나에서 반사 계수 및 안테나 효율을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 1x2 MIMO 안테나와 시스템 그라운드 간의 연결 구조를 나타낸다.
도 12a는 본 발명의 1x2 MIMO 안테나에서 기판 그라운드와 시스템 그라운드가 2개 영역에서 연결된 구조에서 ECC 특성을 나타낸다. 반면에, 도 12b는 본 발명의 1x2 MIMO 안테나에서 기판 그라운드와 시스템 그라운드가 3개 영역에서 연결된 구조에서 ECC 특성을 나타낸다.
도 13a는 본 발명에 따른 안테나 모듈과 PCB가 평행하게 배치된 전자 기기의 측면도를 나타낸다. 한편, 도 13b는 본 발명에 따른 안테나 모듈과 PCB가 전자 기기 내부에 배치된 구조를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 복수의 안테나 모듈을 기저대역 프로세서가 제어하는 구성을 나타낸다.
도 15는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 복수의 안테나 모듈을 기저대역 프로세서가 제어하는 구성을 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 설명되는 전자 기기에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 PC(slate PC), 태블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultrabook), 웨어러블 디바이스(wearable device, 예를 들어, 워치형 단말기 (smartwatch), 글래스형 단말기 (smart glass), HMD(head mounted display)) 등이 포함될 수 있다.
그러나, 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 구성은 이동 단말기에만 적용 가능한 경우를 제외하면, 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터, 디지털 사이니지 등과 같은 고정 단말기에도 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 도 1a는 본 발명과 관련된 전자 기기를 설명하기 위한 블록도이고, 도 1b 및 1c는 본 발명과 관련된 전자 기기의 일 예를 서로 다른 방향에서 바라본 개념도이다.
상기 전자 기기(100)는 무선 통신부(110), 입력부(120), 센싱부(140), 출력부(150), 인터페이스부(160), 메모리(170), 제어부(180) 및 전원 공급부(190) 등을 포함할 수 있다. 도 1a에 도시된 구성요소들은 전자 기기를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 전자 기기는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 구성요소들 중 무선 통신부(110)는, 전자 기기(100)와 무선 통신 시스템 사이, 전자 기기(100)와 다른 전자 기기(100) 사이, 또는 전자 기기(100)와 외부서버 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 상기 무선 통신부(110)는, 전자 기기(100)를 하나 이상의 네트워크에 연결하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 여기서, 하나 이상의 네트워크는 예컨대 4G 통신 네트워크 및 5G 통신 네트워크일 수 있다.
이러한 무선 통신부(110)는, 4G 무선 통신 모듈(111), 5G 무선 통신 모듈(112), 근거리 통신 모듈(113), 위치정보 모듈(114) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
4G 무선 통신 모듈(111)은 4G 이동통신 네트워크를 통해 4G 기지국과 4G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 이때, 4G 무선 통신 모듈(111)은 하나 이상의 4G 송신 신호를 4G 기지국으로 전송할 수 있다. 또한, 4G 무선 통신 모듈(111)은 하나 이상의 4G 수신 신호를 4G 기지국으로부터 수신할 수 있다.
이와 관련하여, 4G 기지국으로 전송되는 복수의 4G 송신 신호에 의해 상향링크(UL: Up-Link) 다중입력 다중출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output)이 수행될 수 있다. 또한, 4G 기지국으로부터 수신되는 복수의 4G 수신 신호에 의해 하향링크(DL: Down-Link) 다중입력 다중출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output)이 수행될 수 있다.
5G 무선 통신 모듈(112)은 5G 이동통신 네트워크를 통해 5G 기지국과 5G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 여기서, 4G 기지국과 5G 기지국은 비-스탠드 얼론(NSA: Non-Stand-Alone) 구조일 수 있다. 예컨대, 4G 기지국과 5G 기지국은 셀 내 동일한 위치에 배치되는 공통-배치 구조(co-located structure)일 수 있다. 또는, 5G 기지국은 4G 기지국과 별도의 위치에 스탠드-얼론(SA: Stand-Alone) 구조로 배치될 수 있다.
5G 무선 통신 모듈(112)은 5G 이동통신 네트워크를 통해 5G 기지국과 5G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 이때, 5G 무선 통신 모듈(112)은 하나 이상의 5G 송신 신호를 5G 기지국으로 전송할 수 있다. 또한, 5G 무선 통신 모듈(112)은 하나 이상의 5G 수신 신호를 5G 기지국으로부터 수신할 수 있다.
이때, 5G 주파수 대역은 4G 주파수 대역과 동일한 대역을 사용할 수 있고, 이를 LTE 재배치(re-farming)이라고 지칭할 수 있다. 한편, 5G 주파수 대역으로, 6GHz 이하의 대역인 Sub6 대역이 사용될 수 있다.
반면, 광대역 고속 통신을 수행하기 위해 밀리미터파(mmWave) 대역이 5G 주파수 대역으로 사용될 수 있다. 밀리미터파(mmWave) 대역이 사용되는 경우, 전자 기기(100)는 기지국과의 통신 커버리지 확장(coverage expansion)을 위해 빔 포밍(beam forming)을 수행할 수 있다.
한편, 5G 주파수 대역에 관계없이, 5G 통신 시스템에서는 전송 속도 향상을 위해, 더 많은 수의 다중입력 다중출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output)을 지원할 수 있다. 이와 관련하여, 5G 기지국으로 전송되는 복수의 5G 송신 신호에 의해 상향링크(UL: Up-Link) MIMO가 수행될 수 있다. 또한, 5G 기지국으로부터 수신되는 복수의 5G 수신 신호에 의해 하향링크(DL: Down-Link) MIMO가 수행될 수 있다.
한편, 무선 통신부(110)는 4G 무선 통신 모듈(111)과 5G 무선 통신 모듈(112)을 통해 4G 기지국 및 5G 기지국과 이중 연결(DC: Dual Connectivity) 상태일 수 있다. 이와 같이, 4G 기지국 및 5G 기지국과의 이중 연결을 EN-DC(EUTRAN NR DC)이라 지칭할 수 있다. 여기서, EUTRAN은 Evolved Universal Telecommunication Radio Access Network로 4G 무선 통신 시스템을 의미하고, NR은 New Radio로 5G 무선 통신 시스템을 의미한다.
한편, 4G 기지국과 5G 기지국이 공통-배치 구조(co-located structure)이면, 이종 반송파 집성(inter-CA(Carrier Aggregation)을 통해 스루풋(throughput) 향상이 가능하다. 따라서, 4G 기지국 및 5G 기지국과 EN-DC 상태이면, 4G 무선 통신 모듈(111) 및 5G 무선 통신 모듈(112)을 통해 4G 수신 신호와 5G 수신 신호를 동시에 수신할 수 있다.
근거리 통신 모듈(113)은 근거리 통신(Short range communication)을 위한 것으로서, 블루투스(Bluetooth™), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra-Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi Direct, Wireless USB(Wireless Universal Serial Bus) 기술 중 적어도 하나를 이용하여, 근거리 통신을 지원할 수 있다. 이러한, 근거리 통신 모듈(114)은, 근거리 무선 통신망(Wireless Area Networks)을 통해 전자 기기(100)와 무선 통신 시스템 사이, 전자 기기(100)와 다른 전자 기기(100) 사이, 또는 전자 기기(100)와 다른 전자 기기(100, 또는 외부서버)가 위치한 네트워크 사이의 무선 통신을 지원할 수 있다. 상기 근거리 무선 통신망은 근거리 무선 개인 통신망(Wireless Personal Area Networks)일 수 있다.
한편, 4G 무선 통신 모듈(111) 및 5G 무선 통신 모듈(112)을 이용하여 전자 기기 간 근거리 통신이 수행될 수 있다. 일 실시 예에서, 기지국을 경유하지 않고 전자 기기들 간에 D2D (Device-to-Device) 방식에 의해 근거리 통신이 수행될 수 있다.
한편, 전송 속도 향상 및 통신 시스템 융합(convergence)을 위해, 4G 무선 통신 모듈(111) 및 5G 무선 통신 모듈(112) 중 적어도 하나와 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다. 이와 관련하여, 4G 무선 통신 모듈(111)과 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 4G + WiFi 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다. 또는, 5G 무선 통신 모듈(112)과 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 5G + WiFi 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다.
위치정보 모듈(114)은 전자 기기의 위치(또는 현재 위치)를 획득하기 위한 모듈로서, 그의 대표적인 예로는 GPS(Global Positioning System) 모듈 또는 WiFi(Wireless Fidelity) 모듈이 있다. 예를 들어, 전자 기기는 GPS모듈을 활용하면, GPS 위성에서 보내는 신호를 이용하여 전자 기기의 위치를 획득할 수 있다. 다른 예로서, 전자 기기는 Wi-Fi모듈을 활용하면, Wi-Fi모듈과 무선신호를 송신 또는 수신하는 무선 AP(Wireless Access Point)의 정보에 기반하여, 전자 기기의 위치를 획득할 수 있다. 필요에 따라서, 위치정보모듈(114)은 치환 또는 부가적으로 전자 기기의 위치에 관한 데이터를 얻기 위해 무선 통신부(110)의 다른 모듈 중 어느 기능을 수행할 수 있다. 위치정보모듈(114)은 전자 기기의 위치(또는 현재 위치)를 획득하기 위해 이용되는 모듈로, 전자 기기의 위치를 직접적으로 계산하거나 획득하는 모듈로 한정되지는 않는다.
구체적으로, 전자 기기는 5G 무선 통신 모듈(112)을 활용하면, 5G 무선 통신 모듈 과 무선신호를 송신 또는 수신하는 5G 기지국의 정보에 기반하여, 전자 기기의 위치를 획득할 수 있다. 특히, 밀리미터파(mmWave) 대역의 5G 기지국은 좁은 커버리지를 갖는 소형 셀(small cell)에 배치(deploy)되므로, 전자 기기의 위치를 획득하는 것이 유리하다.
입력부(120)는, 영상 신호 입력을 위한 카메라(121) 또는 영상 입력부, 오디오 신호 입력을 위한 마이크로폰(microphone, 122), 또는 오디오 입력부, 사용자로부터 정보를 입력받기 위한 사용자 입력부(123, 예를 들어, 터치키(touch key), 푸시키(mechanical key) 등)를 포함할 수 있다. 입력부(120)에서 수집한 음성 데이터나 이미지 데이터는 분석되어 사용자의 제어명령으로 처리될 수 있다.
센싱부(140)는 전자 기기 내 정보, 전자 기기를 둘러싼 주변 환경 정보 및 사용자 정보 중 적어도 하나를 센싱하기 위한 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센싱부(140)는 근접센서(141, proximity sensor), 조도 센서(142, illumination sensor), 터치 센서(touch sensor), 가속도 센서(acceleration sensor), 자기 센서(magnetic sensor), 중력 센서(G-sensor), 자이로스코프 센서(gyroscope sensor), 모션 센서(motion sensor), RGB 센서, 적외선 센서(IR 센서: infrared sensor), 지문인식 센서(finger scan sensor), 초음파 센서(ultrasonic sensor), 광 센서(optical sensor, 예를 들어, 카메라(121 참조)), 마이크로폰(microphone, 122 참조), 배터리 게이지(battery gauge), 환경 센서(예를 들어, 기압계, 습도계, 온도계, 방사능 감지 센서, 열 감지 센서, 가스 감지 센서 등), 화학 센서(예를 들어, 전자 코, 헬스케어 센서, 생체 인식 센서 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한편, 본 명세서에 개시된 전자 기기는, 이러한 센서들 중 적어도 둘 이상의 센서에서 센싱되는 정보들을 조합하여 활용할 수 있다.
출력부(150)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 디스플레이부(151), 음향 출력부(152), 햅팁 모듈(153), 광 출력부(154) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 디스플레이부(151)는 터치 센서와 상호 레이어 구조를 이루거나 일체형으로 형성됨으로써, 터치 스크린을 구현할 수 있다. 이러한 터치 스크린은, 전자 기기(100)와 사용자 사이의 입력 인터페이스를 제공하는 사용자 입력부(123)로써 기능함과 동시에, 전자 기기(100)와 사용자 사이의 출력 인터페이스를 제공할 수 있다.
인터페이스부(160)는 전자 기기(100)에 연결되는 다양한 종류의 외부 기기와의 통로 역할을 수행한다. 이러한 인터페이스부(160)는, 유/무선 헤드셋 포트(port), 외부 충전기 포트(port), 유/무선 데이터 포트(port), 메모리 카드(memory card) 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트(port), 오디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 비디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 이어폰 포트(port) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전자 기기(100)에서는, 상기 인터페이스부(160)에 외부 기기가 연결되는 것에 대응하여, 연결된 외부 기기와 관련된 적절할 제어를 수행할 수 있다.
또한, 메모리(170)는 전자 기기(100)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장한다. 메모리(170)는 전자 기기(100)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application)), 전자 기기(100)의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다. 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 무선 통신을 통해 외부 서버로부터 다운로드 될 수 있다. 또한 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 전자 기기(100)의 기본적인 기능(예를 들어, 전화 착신, 발신 기능, 메시지 수신, 발신 기능)을 위하여 출고 당시부터 전자 기기(100)상에 존재할 수 있다. 한편, 응용 프로그램은, 메모리(170)에 저장되고, 전자 기기(100) 상에 설치되어, 제어부(180)에 의하여 상기 전자 기기의 동작(또는 기능)을 수행하도록 구동될 수 있다.
제어부(180)는 상기 응용 프로그램과 관련된 동작 외에도, 통상적으로 전자 기기(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(180)는 위에서 살펴본 구성요소들을 통해 입력 또는 출력되는 신호, 데이터, 정보 등을 처리하거나 메모리(170)에 저장된 응용 프로그램을 구동함으로써, 사용자에게 적절한 정보 또는 기능을 제공 또는 처리할 수 있다.
또한, 제어부(180)는 메모리(170)에 저장된 응용 프로그램을 구동하기 위하여, 도 1a와 함께 살펴본 구성요소들 중 적어도 일부를 제어할 수 있다. 나아가, 제어부(180)는 상기 응용 프로그램의 구동을 위하여, 전자 기기(100)에 포함된 구성요소들 중 적어도 둘 이상을 서로 조합하여 동작시킬 수 있다.
전원공급부(190)는 제어부(180)의 제어 하에서, 외부의 전원, 내부의 전원을 인가받아 전자 기기(100)에 포함된 각 구성요소들에 전원을 공급한다. 이러한 전원공급부(190)는 배터리를 포함하며, 상기 배터리는 내장형 배터리 또는 교체가능한 형태의 배터리가 될 수 있다.
상기 각 구성요소들 중 적어도 일부는, 이하에서 설명되는 다양한 실시 예들에 따른 전자 기기의 동작, 제어, 또는 제어방법을 구현하기 위하여 서로 협력하여 동작할 수 있다. 또한, 상기 전자 기기의 동작, 제어, 또는 제어방법은 상기 메모리(170)에 저장된 적어도 하나의 응용 프로그램의 구동에 의하여 전자 기기 상에서 구현될 수 있다.
도 1 b 및 1c를 참조하면, 개시된 전자 기기(100)는 바 형태의 단말기 바디를 구비하고 있다. 다만, 본 발명은 여기에 한정되지 않고 와치 타입, 클립 타입, 글래스 타입 또는 2 이상의 바디들이 상대 이동 가능하게 결합되는 폴더 타입, 플립 타입, 슬라이드 타입, 스윙 타입, 스위블 타입 등 다양한 구조에 적용될 수 있다. 전자 기기의 특정 유형에 관련될 것이나, 전자 기기의 특정유형에 관한 설명은 다른 타입의 전자 기기에 일반적으로 적용될 수 있다.
여기에서, 단말기 바디는 전자 기기(100)를 적어도 하나의 집합체로 보아 이를 지칭하는 개념으로 이해될 수 있다.
전자 기기(100)는 외관을 이루는 케이스(예를 들면, 프레임, 하우징, 커버 등)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 전자 기기(100)는 프론트 케이스(101)와 리어 케이스(102)를 포함할 수 있다. 프론트 케이스(101)와 리어 케이스(102)의 결합에 의해 형성되는 내부공간에는 각종 전자부품들이 배치된다. 프론트 케이스(101)와 리어 케이스(102) 사이에는 적어도 하나의 미들 케이스가 추가로 배치될 수 있다.
단말기 바디의 전면에는 디스플레이부(151)가 배치되어 정보를 출력할 수 있다. 도시된 바와 같이, 디스플레이부(151)의 윈도우(151a)는 프론트 케이스(101)에 장착되어 프론트 케이스(101)와 함께 단말기 바디의 전면을 형성할 수 있다.
경우에 따라서, 리어 케이스(102)에도 전자부품이 장착될 수 있다. 리어 케이스(102)에 장착 가능한 전자부품은 착탈 가능한 배터리, 식별 모듈, 메모리 카드 등이 있다. 이 경우, 리어 케이스(102)에는 장착된 전자부품을 덮기 위한 후면커버(103)가 착탈 가능하게 결합될 수 있다. 따라서, 후면 커버(103)가 리어 케이스(102)로부터 분리되면, 리어 케이스(102)에 장착된 전자부품은 외부로 노출된다. 한편, 리어 케이스(102)의 측면 중 일부가 방사체(radiator)로 동작하도록 구현될 수 있다.
도시된 바와 같이, 후면커버(103)가 리어 케이스(102)에 결합되면, 리어 케이스(102)의 측면 일부가 노출될 수 있다. 경우에 따라서, 상기 결합시 리어 케이스(102)는 후면커버(103)에 의해 완전히 가려질 수도 있다. 한편, 후면커버(103)에는 카메라(121b)나 음향 출력부(152b)를 외부로 노출시키기 위한 개구부가 구비될 수 있다.
전자 기기(100)에는 디스플레이부(151), 제1 및 제2 음향 출력부(152a, 152b), 근접 센서(141), 조도 센서(142), 광 출력부(154), 제1 및 제2 카메라(121a, 121b), 제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b), 마이크로폰(122), 인터페이스부(160) 등이 구비될 수 있다.
디스플레이부(151)는 전자 기기(100)에서 처리되는 정보를 표시(출력)한다. 예를 들어, 디스플레이부(151)는 전자 기기(100)에서 구동되는 응용 프로그램의 실행화면 정보, 또는 이러한 실행화면 정보에 따른 UI(User Interface), GUI(Graphic User Interface) 정보를 표시할 수 있다.
또한, 디스플레이부(151)는 전자 기기(100)의 구현 형태에 따라 2개 이상 존재할 수 있다. 이 경우, 전자 기기(100)에는 복수의 디스플레이부들이 하나의 면에 이격되거나 일체로 배치될 수 있고, 또한 서로 다른 면에 각각 배치될 수도 있다.
디스플레이부(151)는 터치 방식에 의하여 제어 명령을 입력 받을 수 있도록, 디스플레이부(151)에 대한 터치를 감지하는 터치센서를 포함할 수 있다. 이를 이용하여, 디스플레이부(151)에 대하여 터치가 이루어지면, 터치센서는 상기 터치를 감지하고, 제어부(180)는 이에 근거하여 상기 터치에 대응하는 제어명령을 발생시키도록 이루어질 수 있다. 터치 방식에 의하여 입력되는 내용은 문자 또는 숫자이거나, 각종 모드에서의 지시 또는 지정 가능한 메뉴항목 등일 수 있다.
이처럼, 디스플레이부(151)는 터치센서와 함께 터치 스크린을 형성할 수 있으며, 이 경우에 터치 스크린은 사용자 입력부(123, 도 1a 참조)로 기능할 수 있다. 경우에 따라, 터치 스크린은 제1조작유닛(123a)의 적어도 일부 기능을 대체할 수 있다.
제1음향 출력부(152a)는 통화음을 사용자의 귀에 전달시키는 리시버(receiver)로 구현될 수 있으며, 제2 음향 출력부(152b)는 각종 알람음이나 멀티미디어의 재생음을 출력하는 라우드 스피커(loud speaker)의 형태로 구현될 수 있다.
광 출력부(154)는 이벤트의 발생시 이를 알리기 위한 빛을 출력하도록 이루어진다. 상기 이벤트의 예로는 메시지 수신, 호 신호 수신, 부재중 전화, 알람, 일정 알림, 이메일 수신, 애플리케이션을 통한 정보 수신 등을 들 수 있다. 제어부(180)는 사용자의 이벤트 확인이 감지되면, 빛의 출력이 종료되도록 광 출력부(154)를 제어할 수 있다.
제1카메라(121a)는 촬영 모드 또는 화상통화 모드에서 이미지 센서에 의해 얻어지는 정지영상 또는 동영상의 화상 프레임을 처리한다. 처리된 화상 프레임은 디스플레이부(151)에 표시될 수 있으며, 메모리(170)에 저장될 수 있다.
제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b)은 전자 기기(100)의 동작을 제어하기 위한 명령을 입력 받기 위해 조작되는 사용자 입력부(123)의 일 예로서, 조작부(manipulating portion)로도 통칭될 수 있다. 제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b)은 터치, 푸시, 스크롤 등 사용자가 촉각적인 느낌을 받으면서 조작하게 되는 방식(tactile manner)이라면 어떤 방식이든 채용될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b)은 근접 터치(proximity touch), 호버링(hovering) 터치 등을 통해서 사용자의 촉각적인 느낌이 없이 조작하게 되는 방식으로도 채용될 수 있다.
한편, 전자 기기(100)에는 사용자의 지문을 인식하는 지문인식센서가 구비될 수 있으며, 제어부(180)는 지문인식센서를 통하여 감지되는 지문정보를 인증수단으로 이용할 수 있다. 상기 지문인식센서는 디스플레이부(151) 또는 사용자 입력부(123)에 내장될 수 있다.
마이크로폰(122)은 사용자의 음성, 기타 소리 등을 입력 받도록 이루어진다. 마이크로폰(122)은 복수의 개소에 구비되어 스테레오 음향을 입력 받도록 구성될 수 있다.
인터페이스부(160)는 전자 기기(100)를 외부기기와 연결시킬 수 있는 통로가 된다. 예를 들어, 인터페이스부(160)는 다른 장치(예를 들어, 이어폰, 외장 스피커)와의 연결을 위한 접속단자, 근거리 통신을 위한 포트[예를 들어, 적외선 포트(IrDA Port), 블루투스 포트(Bluetooth Port), 무선 랜 포트(Wireless LAN Port) 등], 또는 전자 기기(100)에 전원을 공급하기 위한 전원공급단자 중 적어도 하나일 수 있다. 이러한 인터페이스부(160)는 SIM(Subscriber Identification Module) 또는 UIM(User Identity Module), 정보 저장을 위한 메모리 카드 등의 외장형 카드를 수용하는 소켓의 형태로 구현될 수도 있다.
단말기 바디의 후면에는 제2카메라(121b)가 배치될 수 있다. 이 경우, 제2카메라(121b)는 제1카메라(121a)와 실질적으로 반대되는 촬영 방향을 가지게 된다.
제2카메라(121b)는 적어도 하나의 라인을 따라 배열되는 복수의 렌즈를 포함할 수 있다. 복수의 렌즈는 행렬(matrix) 형식으로 배열될 수도 있다. 이러한 카메라는, 어레이(array) 카메라로 명명될 수 있다. 제2카메라(121b)가 어레이 카메라로 구성되는 경우, 복수의 렌즈를 이용하여 다양한 방식으로 영상을 촬영할 수 있으며, 보다 나은 품질의 영상을 획득할 수 있다.
플래시(124)는 제2카메라(121b)에 인접하게 배치될 수 있다. 플래시(124)는 제2카메라(121b)로 피사체를 촬영하는 경우에 피사체를 향하여 빛을 비추게 된다.
단말기 바디에는 제2 음향 출력부(152b)가 추가로 배치될 수 있다. 제2 음향 출력부(152b)는 제1음향 출력부(152a)와 함께 스테레오 기능을 구현할 수 있으며, 통화시 스피커폰 모드의 구현을 위하여 사용될 수도 있다.
단말기 바디에는 무선 통신을 위한 적어도 하나의 안테나가 구비될 수 있다. 안테나는 단말기 바디에 내장되거나, 케이스에 형성될 수 있다. 한편, 4G 무선 통신 모듈(111) 및 5G 무선 통신 모듈(112)와 연결되는 복수의 안테나는 단말기 측면에 배치될 수 있다. 또는, 안테나는 필름 타입으로 형성되어 후면 커버(103)의 내측면에 부착될 수도 있고, 도전성 재질을 포함하는 케이스가 안테나로서 기능하도록 구성될 수도 있다.
한편, 단말기 측면에 배치되는 복수의 안테나는 MIMO를 지원하도록 4개 이상으로 구현될 수 있다. 또한, 5G 무선 통신 모듈(112)이 밀리미터파(mmWave) 대역에서 동작하는 경우, 복수의 안테나 각각이 배열 안테나(array antenna)로 구현됨에 따라, 전자 기기에 복수의 배열 안테나가 배치될 수 있다.
단말기 바디에는 전자 기기(100)에 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(190, 도 1a 참조)가 구비된다. 전원 공급부(190)는 단말기 바디에 내장되거나, 단말기 바디의 외부에서 착탈 가능하게 구성되는 배터리(191)를 포함할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 다중 송신 시스템 구조 및 이를 구비하는 전자 기기, 특히 이종 무선 시스템(heterogeneous radio system)에서 동작하는 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.
이하에서는 이와 같이 구성된 안테나 장치와 안테나 장치가 구현된 이동 단말기와 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.
먼저, 도 2a는 본 발명의 일 실시 예와 관련된 이동 단말기의 분해사시도인데, 도 2를 참조하면, 상기 이동 단말기는 상기 디스플레이부(210)를 구성하는 윈도우(210a) 및 디스플레이 모듈(210b)을 포함한다. 윈도우(210a)는 상기 프론트 케이스(201)의 일면에 결합될 수 있다. 윈도우(210a) 및 디스플레이 모듈(210b)는 일체로 형성될 수 있다.
프론트 케이스(201)와 리어 케이스(202) 사이에 전기적 소자들이 지지되도록 프레임(260)이 형성된다. 이와 관련하여, 프론트 케이스(201)와 리어 케이스(202)가 메탈로 구현되는 경우에는 메탈 프레임으로 지칭할 수 있다. 본 발명에서는 편의상 프론트 케이스(201)가 메탈 프레임(201)인 것으로 기재하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 프론트 케이스(201)와 리어 케이스(202) 중 적어도 하나가 금속 재질의 메탈 프레임으로 구현될 수 있다. 한편, 메탈 프레임(201)의 측면의 적어도 일부는 안테나로서 동작할 수 있다.
프레임(260)은 단말기 내부의 지지구조로서, 일 예로 디스플레이 모듈(210b), 카메라 모듈(221), 안테나 장치, 배터리(240) 또는 회로 기판(250) 중 적어도 어느 하나를 지지할 수 있도록 형성된다.
프레임(260)은 그 일부가 단말기의 외부로 노출될 수 있다. 또한, 프레임(260)은 바 타입이 아닌 슬라이드 타입의 단말기에서 본체부와 디스플레이부를 서로 연결하는 슬라이딩 모듈의 일부를 구성할 수도 있다.
도 2에 도시한 것은 일 예로서, 프레임(260)과 리어 케이스(202) 사이에 회로 기판(250)이 배치되고, 프레임(260)의 일면에 디스플레이 모듈(210b)이 결합되는 것을 도시하고 있다. 프레임(260)의 타면에는 회로 기판(250)과 배터리가 배치되고, 배터리를 덮도록 배터리 커버(203)가 리어 케이스(202)에 결합될 수 있다.
상기 윈도우(210a)는 상기 프론트 케이스(201)의 일면에 결합된다. 상기 윈도우(210a)의 일면에는 터치를 감지할 수 있도록 형성되는 터치 감지 패턴(210c)이 형성될 수 있다. 터치 감지 패턴(210c)은 터치 입력을 감지하도록 형성되고, 광투과성으로 이루어진다. 터치 감지 패턴(210c)은 상기 윈도우(210a)의 전면에 장착되며, 윈도우(210a)의 특정 부위에 발생하는 전압 등의 변화를 전기적인 입력신호로 변환하도록 구성될 수 있다.
상기 디스플레이 모듈(210b)은 상기 윈도우(210a)의 후면에 장착된다. 본 실시 예에서는 상기 디스플레이 모듈(210b)의 예로서 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD)가 개시되나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 디스플레이 모듈(210b)은 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display) 등이 될 수 있다.
상기 회로 기판(250)은 앞서 살펴본 바와 같이, 프레임(260)의 일면에 형성될 수 있지만, 상기 디스플레이 모듈(210b)의 하부에 장착될 수도 있다. 그리고, 상기 회로 기판(250)의 하면 상에 적어도 하나의 전자소자들이 장착된다.
상기 프레임(260)에는 상기 배터리(240)가 수용될 수 있도록 리세스된 형태의 수용부가 형성된다. 상기 배터리 수용부의 일 측면에는 상기 배터리(240)가 단말기 본체에 전원을 공급하도록 상기 회로 기판(250)과 연결되는 접촉단자가 형성될 수 있다.
프레임(260)은 얇은 두께로 형성되더라도 충분한 강성을 유지할 수 있도록 금속 재질로 형성될 수 있다. 금속 재질의 프레임(260)은 그라운드로 동작할 수 있다. 즉, 회로 기판(250) 또는 안테나 장치가 프레임(260)에 접지 연결될 수 있으며, 프레임(260)은 회로 기판(250)이나 안테나 장치의 그라운드로 동작할 수 있다. 이 경우 프레임(260)은 이동 단말기의 그라운드를 확장할 수 있다.
회로 기판(250)은 안테나 장치와 전기적으로 연결되며, 안테나 장치에 의하여 송수신되는 무선 신호(또는 무선 전자기파)를 처리하도록 이루어진다. 무선 신호의 처리를 위해, 복수의 송수신 회로들이 회로 기판(250)에 형성되거나 장착될 수 있다.
송수신기 회로들은 하나 이상의 집적 회로 및 관련 전기적 소자들을 포함하여 형성될 수 있다. 일 예로, 송수신기 회로는 송신 집적 회로, 수신 집적회로, 스위칭 회로, 증폭기 등을 포함할 수 있다.
복수의 송수신기 회로들은 방사체인 도전 패턴으로 형성되는 도전 멤버들을 동시 급전함으로써, 복수의 안테나 장치가 동시에 작동할 수 있다. 예를 들면, 어느 하나가 송신하는 동안, 다른 하나는 수신할 수 있으며, 둘 다 송신하거나 둘 다 수신을 할 수 있다.
동축 케이블은 회로기판과 각 안테나 장치들을 서로 연결하도록 형성될 수 있다. 일 예로 동축 케이블은 안테나 장치들을 급전시키는 급전 장치에 연결될 수 있다. 급전 장치들은 조작부(123a)로부터 입력되는 신호들을 처리하도록 형성되는 연성회로기판(242)의 일면에 형성될 수 있다. 연성회로기판(242)의 타면은 조작부(123a)의 신호를 전달하도록 형성되는 신호 전달 유닛과 결합될 수 있다. 이 경우 연성회로기판(242)의 타면에 돔이 형성되고, 신호 전달 유닛에 액추에이터가 형성될 수 있다.
캐리어(135)의 하부에는 연성회로기판(242)이 연결된다. 연성회로기판(242)은 일단이 제어부를 구비하는 회로기판(250)에 연결될 수 있다. 한편, 전자 기기의 하부가 아닌 전자 기기의 측면에 캐리어(136)가 배치될 수 있다. 캐리어(136)은 연성회로 기판 또는 회로 기판(250)에 연결될 수 있다. 연성회로기판(242) 또는 회로기판(250)은 단말기의 조작부와 연결될 수 있다. 이 경우, 연성회로기판(242)은 조작부에서 생성된 신호가 회로기판(250)의 제어부에 전달되도록 형성된다.
한편, 본 발명에서는 전술된 메탈 프레임(201)의 측면의 적어도 일부 또는 이와 내부의 복수의 도전 패턴(conductive pattern)이 안테나로서 동작하는 전자 기기를 고려할 수도 있다. 이와 관련하여, 메탈 프레임(201) 내부의 복수의 도전 패턴이 복수의 안테나 소자로서 동작할 수 있다.
이와 관련하여, 본 발명은 5G Sub 6 안테나를 구현 시, 외곽 메탈 프레임(201), 즉 금속 부재(metal decoration)를 동일 주파수의 두 개 안테나의 접지(GND)로 사용한다. 한편, 금속 부재에 연결되는 두 개의 안테나 패턴 각각이 주 방사체(main radiator)가 된다.
따라서, 본 발명과 관련하여 외곽 메탈 프레임(201)에 해당하는 금속 부재가 접지이며, 복수의 안테나의 공통 접지가 된다. 또한, 금속 부재에 접촉(contact)되는 안테나 패턴, 즉 도전 패턴(conductive pattern)이 존재하고, 상기 도전 패턴이 주 방사체 역할을 한다.
한편, 본 발명에서는 전자 기기의 측면 이외에 전자 기기의 내부에 배치될 수 있는 Low-profile 안테나에 대해 설명하기로 한다. 이와 관련하여, 기존 안테나들이 이미 전자 기기의 측면에 배치되어, 5G Sub 6대역에서 동작 가능한 복수의 안테나들이 배치될 공간이 부족하거나 또는 다른 안테나들과 간섭이 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에 따른 Low-profile 안테나는 전자 기기의 내부에 작은 크기와 낮은 높이로 구현될 수 있다.
또한, 본 발명은 4X4 이상의 MIMO를 적용하기 위한 안테나 소형화 설계기술을 제공하기 위한 것이다. 구체적으로, 전자 기기의 내부에 작은 크기와 낮은 높이로 구현되는 Low-profile 안테나 구조에서, 5G Sub-6GHz 안테나를 최적으로 배치하는 방법을 제안하기 위한 것이다.
도 2b는 본 발명에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기의 무선 통신부의 구성을 도시한다. 도 2b를 참조하면, 전자 기기는 제1 전력 증폭기(210), 제2 전력 증폭기(220) 및 RFIC(250)를 포함한다. 또한, 전자 기기는 모뎀(Modem, 400) 및 어플리케이션 프로세서(AP: Application Processor, 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, 410 내지 440)을 포함한다. 여기서, 제1 전력 증폭기(210), 제2 전력 증폭기(220), 제어부(250) 및 복수의 저잡음 증폭기(310 내지 340)는 모두 제1 통신 시스템과 제2 통신 시스템에서 동작 가능하다. 이때, 제1 통신 시스템과 제2 통신 시스템은 각각 4G 통신 시스템과 5G 통신 시스템일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, RFIC(250)는 4G/5G 일체형으로 구성될 수 있지만, 이에 한정되지 않고 응용에 따라 4G/5G 분리형으로 구성될 수 있다. RFIC(250)가 4G/5G 일체형으로 구성되는 경우, 4G/5G 회로 간 동기화 (synchronization) 측면에서 유리할 뿐만 아니라, 모뎀(400)에 의한 제어 시그널링이 단순화될 수 있다는 장점이 있다.
한편, RFIC(250)가 4G/5G 분리형으로 구성되는 경우, 4G RFIC 및 5G RFIC로 각각 지칭될 수 있다. 특히, 5G 대역이 밀리미터파 대역으로 구성되는 경우와 같이 5G 대역과 4G 대역의 대역 차이가 큰 경우, RFIC(250)가 4G/5G 분리형으로 구성될 수 있다. 이와 같이, RFIC(250)가 4G/5G 분리형으로 구성되는 경우, 4G 대역과 5G 대역 각각에 대하여 RF 특성을 최적화할 수 있다는 장점이 있다.
한편, RFIC(250)가 4G/5G 분리형으로 구성되는 경우에도 4G RFIC 및 5G RFIC가 논리적 및 기능적으로 분리되고 물리적으로는 하나의 chip에 구현되는 것도 가능하다.
한편, 어플리케이션 프로세서(AP, 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, 본 발명에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기는 듀플렉서(duplexer, 231), 필터(232) 및 스위치(233)를 더 포함할 수 있다.
듀플렉서(231)는 송신 대역과 수신 대역의 신호를 상호 분리하도록 구성된다. 이때, 제1 및 제2 전력 증폭기(210, 220)를 통해 송신되는 송신 대역의 신호는 듀플렉서(231)의 제1 출력 포트를 통해 안테나(ANT1, ANT4)에 인가된다. 반면에, 안테나(ANT1, ANT4)를 통해 수신되는 수신 대역의 신호는 듀플렉서(231)의 제2 출력포트를 통해 저잡음 증폭기(310, 340)로 수신된다.
필터(232)는 송신 대역 또는 수신 대역의 신호를 통과(pass)시키고 나머지 대역의 신호는 차단(block)하도록 구성될 수 있다. 이때, 필터(232)는 듀플렉서(231)의 제1 출력 포트에 연결되는 송신 필터와 듀플렉서(231)의 제2 출력포트에 연결되는 수신 필터로 구성될 수 있다. 대안적으로, 필터(232)는 제어 신호에 따라 송신 대역의 신호만을 통과시키거나 또는 수신 대역의 신호만을 통과시키도록 구성될 수 있다.
스위치(233)는 송신 신호 또는 수신 신호 중 어느 하나만을 전달하도록 구성된다. 본 발명의 일 실시 예에서, 스위치(233)는 시분할 다중화(TDD: Time Division Duplex) 방식으로 송신 신호와 수신 신호를 분리하도록 SPDT (Single Pole Double Throw) 형태로 구성될 수 있다. 이때, 송신 신호와 수신 신호는 동일 주파수 대역의 신호이고, 이에 따라 듀플렉서(231)는 서큘레이터(circulator) 형태로 구현될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에서, 스위치(233)는 주파수 분할 다중화(FDD: Time Division Duplex) 방식에서도 적용 가능하다. 이때, 스위치(233)는 송신 신호와 수신 신호를 각각 연결 또는 차단할 수 있도록 DPDT (Double Pole Double Throw) 형태로 구성될 수 있다. 한편, 듀플렉서(231)에 의해 송신 신호와 수신 신호의 분리가 가능하므로, 스위치(233)가 반드시 필요한 것은 아니다.
한편, 본 발명에 따른 전자 기기는 제어부에 해당하는 모뎀(400)을 더 포함할 수 있다. 이때, RFIC(250)와 모뎀(400)을 각각 제1 제어부 (또는 제1 프로세서)와 제2 제어부(제2 프로세서)로 지칭할 수 있다. 한편, RFIC(250)와 모뎀(400)은 물리적으로 분리된 회로로 구현될 수 있다. 또는, RFIC(250)와 모뎀(400)은 물리적으로 하나의 회로에 논리적 또는 기능적으로 구분될 수 있다.
모뎀(400)은 RFIC(250)를 통해 서로 다른 통신 시스템을 통한 신호의 송신과 수신에 대한 제어 및 신호 처리를 수행할 수 있다. 모뎀(400)은 4G 기지국 및/또는 5G 기지국으로부터 수신된 제어 정보(Control Information)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.
이하에서는, 본 발명에 따른 전자 기기 내부에 배치될 수 있는 로우 프로파일 안테나(low profile antenna)에 대해 설명하기로 한다. 여기서, "low profile"의 의미는 낮은 높이로 형성되어 전자 기기 내부에 배치될 수 있다는 의미이다.
이와 관련하여, 5G Sub6 대역에서 동작하는 안테나는 전자 기기의 측면 또는 전자 기기의 내부에 배치될 수 있다. 또한, 최근 들어 이동 단말기와 같은 전자 기기에서, 풀 디스플레이(Full Display)를 채택하는 경향이 있다. 또한, 풀 디스플레이를 구비하는 전자 기기 이외에 Flexible Display 개발로 인해 Foldable, Flexible, Rollable 형태의 새로운 form-factor가 등장하고 있다.
이와 같은 다양한 form-factor에 따른 전자 기기에서도 빠른 데이터 전송을 위해 안테나 수가 증가하고 있다. 하지만, 전자 기기에 배치될 수 있는 안테나의 크기와 형태가 제한되어 설계 공간이 줄고 방사 효율 확보에 어려움이 있다는 문제점이 있다.
본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해, 풀 디스플레이 또는 다양한 form-factor의 전자 기기의 내부에 배치 가능한 로우 프로파일 안테나를 제공하기 위한 것이다. 이에 따라, 본 발명의 목적은 전자 기기 내부에 작은 크기와 낮은 높이를 갖는 로우 프로파일 안테나(Low Profile)가 배치된 전자 기기를 제공하기 위한 것이다. 또한, 본 발명의 다른 일 목적은 무선 성능을 최적화하면서 안테나 공간 활용도와 배치 자유도가 높은 로우 프로파일 안테나를 제공하기 위한 것이다.
이에 따라, 본 발명에서는 기존에 안테나가 집중된 영역인 전자 기기의 측면 테두리가 아닌, 전자 기기의 내부에 배치될 수 있는 안테나를 제공한다. 구체적으로, 전자 기기의 커버의 내부에 커버와 수평으로 배치될 수 있는 높이가 낮으면서 효과적인 Low Profile 안테나 설계를 목적으로 한다.
한편, 현재 5G 통신 시스템에서 4개의 안테나가 사용될 수 있지만, 향후 5G 통신 시스템 또는 6G 통신 시스템에서는 8개 이상의 많은 안테나를 필요로 한다. 이와 관련하여, 향후 통신 시스템은 대용량 고속 데이터 전송을 위한 것으로 안테나 수가 계속 증가할 것이다. 하지만, 전자 기기에 배치될 수 있는 안테나의 크기와 형태가 제한되어 설계 공간이 감소하고, 방사 효율 확보에 어려움이 있다는 문제점이 있다.
이에 따라, 본 발명은 로우 프로파일 안테나를 인접하게 배치하면서 상호 간에 격리도를 확보할 수 있는 1xn MIMO 안테나 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해, 본 발명에서는 1xn MIMO 안테나 모듈 내의 안테나 소자를 회전 배열하고 급전 포인트를 이격 시킬 수 있다. 여기서, "급전 포인트를 이격"하는 의미는 급전부가 오프셋 배치되면서 안테나 소자가 회전됨에 따라, 상호 간 이격 거리가 증가된다는 의미이다.
한편, 안테나가 배치되는 기판의 그라운드와 시스템 그라운드와 연결되는 면적을 넓게 하면서, 상호 간 이격 거리를 증가시킬수록 안테나 간 이격 성능이 개선된다. 또한, 안테나 그라운드 아래에 메탈 구조가 위치할 경우, 비아(패턴 단락 부) 부분이 메탈 구조가 접촉되어야 기생 공진이나 ECC 이슈를 회피할 수 있다.
한편, 도 2a를 참조하면, 본 발명의 로우 프로파일 안테나는 캐리어(136) 상에 배치될 수 있다. 일 예로, 본 발명의 로우 프로파일 안테나가 배치되는 캐리어(136)는 전자 기기의 길이 방향으로 배치될 수 있다. 이와 관련하여 본 발명의 로우 프로파일 안테나가 전자 기기의 길이 방향으로 배치되는 경우, 다수의 로우 프로파일 안테나를 복수 개 배치하여 다중 입출력(MIMO)을 구현할 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 2x2 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 2x2 MIMO 안테나는 4G MIMO 안테나 간에 간섭이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 전자 기기의 내부의 캐리어(136) 상의 제한된 공간 내에 안테나 소자 간에 매우 인접하여 배치 가능한 5G MIMO 안테나를 제안하고자 한다. 이와 관련하여, 5G MIMO 안테나를 구성하는 각각의 안테나 소자는 반파장 또는 1/4 파장 정도의 이격 거리로 인접하여 배치할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 5G MIMO 안테나는 2x1 MIMO 안테나, 2x2 MIMO 안테나, m x n MIMO 안테나로 응용에 따라 변경하여 구현 가능하다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전자 기기 내부에 배치될 수 있는 로우 프로파일 안테나는 5G Sub 6 대역에서 동작하는 안테나일 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고 본 발명의 로우 프로파일 안테나는 응용에 따라 LTE 대역에서 동작하는 안테나일 수 있다.
도 3a는 본 발명에 따른 로우 프로파일 안테나가 구현되는 기판의 전면도, 측면도 및 배면도를 나타낸다. 한편, 도 3b는 본 발명에 따른 MIMO 안테나 모듈 및 이러한 안테나를 통해 신호를 송신 및 수신하는 송수신부 회로를 나타낸다. 또한, 본 발명에 따른 로우 프로파일 안테나의 기술적 특징은 다음과 같다.
1) 한쪽 끝이 단락 된 두 금속 패턴의 개방면이 간격을 갖고 서로 마주보게 배치된다. 또한, 두 금속 패턴 사이에 같은 층 또는 다른 층에서 간접 결합으로 급전되는 것이 가장 큰 구조적인 특징이다. 이러한 갭을 조정하여 임피던스 매칭을 쉽게 할 수 있다.
2) 금속 패턴과 그라운드 사이의 높이는 낮고 유전체 또는 공기로 채워져 있다. 둘 이상의 서로 다른 유전체를 적층(stack)하여 안테나 크기를 줄이면서도 방사 효율을 높일 수 있다.
3) 금속 패턴과 그라운드를 연결하는 수직 연결부에 흐르는 수직 전류와 금속 패턴과 그라운드 사이에 생성되는 수직 전계에 의해 수평 자계 전류가 형성된다. 이러한 수평 자계 전류는 image theory에 의해 낮은 안테나 높이에서 매우 효율적이다.
여기서, 본 발명의 로우 프로파일 안테나는 초소형 안테나(ultra-miniaturized antenna)로 지칭할 수 있다. 이와 관련하여, 초소형 안테나의 의미는 안테나 패턴이 배치되는 기판의 길이와 너비를 감소시켜, 전자 기기 내부에 다수 개의 안테나 소자로 배치될 수 있다는 의미이다.
도 3a를 참조하면, 본 발명의 안테나는 한쪽 끝이 단락 된 두 패턴(Shorted arm ①,②)이 간격을 갖고 서로 마주보게 배치되고 그 패턴 사이에 간접 결합으로 급전되는 것을 특징으로 한다.
이러한 구조는 낮은 높이(t)에서 안테나의 효과적인 방사를 유도한다. 이와 관련하여, 금속 패턴과 그라운드를 연결하는 수직 연결부에 흐르는 수직 전류와 금속 패턴과 그라운드 사이에 생성되는 수직 전계에 의해 수평 자계 전류가 형성된다. 이러한 수평 자계 전류는 image theory에 의해 낮은 안테나 높이에서 매우 효율적이다.
구체적으로, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 전자 기기는 안테나(1200) 및 송수신부 회로(transceiver circuit, 1250) 및 기저대역 프로세서(baseband processor, 1400)를 포함한다. 여기서, 송수신부 회로(transceiver circuit, 1250)는 RF 대역에서 동작하는 집적 회로인 RFIC일 수 있다. 또한, 기저대역 프로세서(baseband processor, 1400)는 기저대역에서 동작하는 모뎀(modem)일 수 있다. 이 경우, RFIC는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 변환하는 하향 변환기(down-converter)와 기저대역 신호를 RF 대역 신호로 변환하는 상향 변환기(up-converter)를 구비할 수 있다. 이와 관련하여, RFIC에 해당하는 송수신부 회로(1250)와 모뎀(modem)에 해당하는 기저대역 프로세서(1400)가 하나의 칩에 구현되어 Soc (System On Chip)으로 구현될 수 있다.
한편, 안테나(1200)는 제1 금속 패턴(metal pattern, 1211), 제2 금속 패턴(1212) 및 급전 패턴(1220)을 포함할 수 있다. 제1 금속 패턴(1211)은 기판 전면에 소정 길이(length)와 너비(width)를 갖는 금속이 프린트되어 배치되도록 구성된다. 제2 금속 패턴(1212)은 제1 금속 패턴(1211)과 소정 간격 이격되고, 소정 길이와 너비를 갖는 금속이 프린트되어 배치되도록 구성된다. 한편, 제1 금속 패턴(1211) 및 제2 금속 패턴(1212)은 내부에 금속 패턴이 형성되지 않은 인셋 영역(inset region)을 포함한다.
여기서, "인셋 영역"의 의미는 사각 패치와 같은 제1 금속 패턴(1211) 및 제2 금속 패턴(1212)의 금속 영역에서 금속 영역이 제거된 영역을 의미한다. 이러한 "인셋 영역"을 통해 급전 패턴(1220)이 배치될 수 있는 공간을 확보할 수 있다. 또한, "인셋 영역"을 통해 제1 금속 패턴(1211) 및 제2 금속 패턴(1212)과 급전 패턴(1220)간의 임피던스 매칭이 별도의 임피던스 매칭 회로 없이도 용이하게 구현될 수 있는 장점이 있다.
한편, 급전 패턴(1220)은 제1 금속 패턴(1211)과 제2 금속 패턴(1212)이 이격된 영역과 인셋 영역에 소정 길이와 너비를 갖는 금속이 프린트되어 배치되도록 구성된다. 이에 따라, 급전 패턴(1220)은 제1 금속 패턴(1211) 및 제2 금속 패턴(1212)으로 신호를 커플링 급전하도록 구성될 수 있다.
이와 관련하여, 급전 패턴(1220)이 송수신부 회로(1250)와 연결되는 급전부의 위치는 급전 패턴(1220)의 중심에서 소정 거리만큼 이격될 수 있다. 이와 같이 급전 패턴(1220)이 소정 거리만큼 이격 됨에 따라 임피던스 매칭이 용이하게 되고, 대역폭 특성을 최적화할 수 있다. 한편, 급전부의 위치는 급전 패턴(1220)의 중심에서 소정 거리만큼 이격되는 임계치는 안테나의 방사 패턴의 비대칭 정도가 허용가능한 정도로 설정될 수 있다.
한편, 송수신부 회로(1250)는 급전 패턴(1220)과 연결되고, 급전 패턴(1220)을 통해 제1 금속 패턴(1211) 및 제2 금속 패턴(1212)으로 신호를 전달하도록 구성된다. 또한, 기저대역 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)를 제어하여 안테나(1200)를 통해 5G Sub 6 대역의 신호를 송신 및 수신하도록 할 수 있다.
한편, 안테나(1200)는 복수의 비아들(Vias, 1230)을 더 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 비아들(1230)은 제1 금속 패턴(1211) 및 제2 금속 패턴(1212)의 단부(end portion)에서 제1 금속 패턴(1211) 및 제2 금속 패턴(1212)과 하부의 그라운드 패턴을 연결하도록 구성된다. 이와 관련하여, 복수의 비아들(1230)은 제1 금속 패턴(1211) 및 제2 금속 패턴(1212)의 종단 부(terminated portion)에서 내부로 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 로우 프로파일 안테나는 다중 입출력(MIMO) 동작을 위해, 제1 안테나(ANT1) 및 제2 안테나(ANT2)를 포함하도록 구성 가능하다. 제1 안테나(ANT1)는 금속 패턴(1211a, 1211b, 1212a, 1212b) 및 급전 패턴(1220-1)을 포함하도록 구성 가능하다.
제1 안테나(ANT1)의 금속 패턴(1211a, 1211b, 1212a, 1212b)은 기판 전면에 소정 길이(length)와 너비(width)를 갖는 금속이 프린트되어 배치되어, 제1 신호를 방사하도록 구성된다. 한편, 급전 패턴(1220-1)은 금속 패턴(1211a, 1211b, 1212a, 1212b)이 분리되어 이격된 영역 내에 상기 기판의 중심선에서 하부로 오프셋 되어 배치된다. 이에 따라, 급전 패턴(1220-1)은 금속 패턴(1211a, 1211b, 1212a, 1212b)으로 제1 신호를 커플링 급전하도록 구성된다.
한편, 제2 안테나(ANT2)는 기판 상부에 제1 안테나(ANT1)의 중심선과 대칭 형태로 배치되는 금속 패턴(1211a2, 1211b2, 1212a2, 1212b2)과 제2 급전 패턴(1220-2)을 포함한다. 이에 따라, 제2 안테나(ANT2)는 제2 급전 패턴(1220-2)과 금속 패턴(1211a2, 1211b2, 1212a2, 1212b2)을 통해 제2 신호를 방사하도록 구성된다. 한편, 제2 급전 패턴(1220-2)은 기판의 중심선에서 상부로 오프셋 되어 배치될 수 있다. 반면에, 급전 패턴(1220-1)은 기판의 중심선에서 하부로 오프셋 되어 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 안테나(ANT1)와 제2 안테나(ANT2)는 상호 간 간섭을 저감하여 다중 입출력(MIMO) 동작 시 ECC(electric coupling coefficient) 수준을 저감할 수 있다.
한편, 송수신부 회로(1250)는 급전 패턴(1220-1) 및 제2 급전 패턴(1220-2)과 연결되어 제1 신호 및 제2 신호 중 적어도 하나를 방사하도록 구성된다. 여기서, 제1 신호 및 제2 신호는 다중 입출력(MIMO)을 위한 동일 대역의 신호로 간주될 수 있다. 제1 신호 및 제2 신호는 5G Sub 6 대역 신호일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이에 따라, 송수신부 회로(1250)는 제1 안테나(ANT1) 및 제2 안테나(ANT2) 중 하나를 통해 제1 신호 및 제2 신호 중 적어도 하나를 방사하도록 구성된다. 도 3b와 같이 2개의 안테나가 인접하여 배치되어 MIMO를 수행하는 경우, 이를 1x2 MIMO 안테나로 지칭할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 1x2 MIMO 안테나는 안테나 크기 소형화와 상호 간 간섭 저감을 위해 복수의 비아들을 포함할 수 잇다. 이와 관련하여, 제1 안테나(ANT1)는 기판의 단부(end portion)에서 제1 금속 패턴 및 제2 금속 패턴과 하부의 그라운드 패턴을 연결하도록 구성된 복수의 비아(via)들을 더 포함할 수 있다. 또한, 제2 안테나(ANT2)는 상기 기판의 단부에서 제1 금속 패턴 및 제2 금속 패턴과 하부의 그라운드 패턴을 연결하도록 구성된 복수의 비아(via)들을 더 포함할 수 있다.
이와 관련하여, 도 3b와 같이 복수의 비아들은 제1 안테나(ANT1)와 제2 안테나(ANT2)의 경계 영역에만 배치될 수 있다. 대안으로, 복수의 비아들은 제1 안테나(ANT1)와 제2 안테나(ANT2)가 배치되는 기판의 단부에만 배치될 수 있다. 대안으로, 복수의 비아들은 제1 안테나(ANT1)와 제2 안테나(ANT2)가 배치되는 기판의 단부와 제1 안테나(ANT1)와 제2 안테나(ANT2)의 경계 영역에 모두 배치될 수 있다.
한편, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 제1 안테나(ANT1)의 금속 패턴과 제2 안테나(ANT2)의 금속 패턴은 제1 기판(S1)의 상부에 배치될 수 있다. 또한, 제1 안테나(ANT1)와 제2 안테나(ANT2)는 각각 제1 기판(S1)의 제1 중심선을 기준으로 좌우 대칭 형태로 배치될 수 있다. 즉, 제1 안테나(ANT1)와 제2 안테나(ANT2)는 인접하여 제1 기판(S1)의 좌측과 우측에 각각 배치될 수 있다.
대안으로, 제1 안테나(ANT1)와 제2 안테나(ANT2)는 제1 중심선에 수직한 제2 중심선을 기준으로 상하 대칭 형태(upper and lower symmetric form)로 배치될 수 있다. 즉, 제2 안테나(ANT2)는 제1 안테나(ANT1)에 대해 180도 회전된 상태로 제1 안테나(ANT1)에 인접하여 배치될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 1x2 MIMO 안테나는 제1 기판(S1)의 하부에 제2 기판(S2)이 배치될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 안테나(ANT1, ANT2)에 대한 기준 전위(reference electric potential)을 제공하도록 제2 기판의 하부(S2)에 배치되는 그라운드 층을 더 포함할 수 있다.
한편, 제1 안테나(ANT1)와 제2 안테나(ANT2)는 제1 방사 부(radiation portion, 1211a, 1212a, 1211a2, 1212a2) 및 제2 방사 부(1211b, 1212b, 1211b2, 1212b2)를 포함한다. 여기서, 제1 방사 부(1211a, 1212a, 1211a2, 1212a2)는 소정 길이와 너비를 갖는 직사각형 형태로 형성되고, 내부에 인셋 영역이 형성되도록 구성된다. 또한, 제2 방사 부(1211b, 1212b, 1211b2, 1212b2)는 제1 방사 부에 연결되고, 소정 각도로 테이퍼링(tapering)되어 너비가 증가하도록 형성될 수 있다.
한편, 본 발명에서는 급전 패턴(1220-1, 1220-2)에서 제1 방사부로의 신호의 커플링 량을 증가시키고 제1 안테나 및 제2 안테나에 의한 전기적 길이를 증가시킬 수 있다. 이를 위해, 제1 방사 부와 제2 방사 부가 연결되는 지점에서, 제1 방사 부의 너비는 제2 방사 부의 너비보다 더 넓게 형성될 수 있다.
한편, 급전 패턴(1220-1)과 제2 급전 패턴(1220-2)은 제1 방사 부 내부의 인셋 영역에 형성될 수 있다. 이 경우, 급전 패턴(1220-1)이 배치되는 위치는 제1 방사 부의 너비 방향으로 하부 단부에서 소정 간격 이격되어 오프셋 배치될 수 있다. 반면에, 제2 급전 패턴(1220-2)이 배치되는 위치는 제1 방사 부의 너비 방향으로 상부 단부에서 소정 간격 이격되어 오프셋 배치될 수 있다. 이와 같이, 소정 면적을 갖는 1x2 MIMO 안테나에서 상하 대칭 배치되는 급전 패턴(1220-1, 1220-2)에 의해 제1 및 제2 안테나(ANT1, ANT2)의 격리도(isolation) 특성을 개선시킬 수 있다.
안테나 모듈의 크기 감소와 관련하여, 제1 안테나(ANT1)의 제2 방사부(1212b)와 제2 안테나(ANT2)의 제2 방사부(1211b2)는 상호 연결된 형태로 구성될 수 있다. 이와 같은 상호 연결된 형태로 구성되는 제2 방사부(1212b, 1211b2)에 의해 안테나 모듈의 전체 크기를 감소시킬 수 있다.
전술한 바와 같은 구조의 로우 프로파일 안테나를 통해, 무선 성능을 최적화하면서 안테나 공간 활용도와 배치 자유도가 높은 로우 프로파일 안테나를 제공할 수 있다.
특히 본 발명에 따른 로우 프로파일 안테나는 0.02 λ 이하로 매우 낮은 높이에서 안테나를 효과적으로 설계할 수 있으며, 임피던스 매칭이 용이하다는 장점이 있다.
특히 본 발명에 따른 로우 프로파일 안테나는 방사체의 양 단부가 단락(short)되어 있어, 안테나 크기 소형화와 함께 상호 간 격리도 향상에 따라 여러 안테나를 배열하기에 유리하다는 장점이 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 로우 프로파일 형태의 초소형 안테나 설계와 배열에 따른 변형에 관한 것이다. 이를 위해, 본 발명의 안테나는 한쪽 단부가 단락된 두 금속 패턴이 간격을 갖고 서로 마주보게 배치되고 그 금속 패턴 사이에 간접 결합으로 급전되며, 하나 또는 복수 개의 안테나가 직렬 또는 직렬 및 병렬로 배열된다. 이 경우, 각각의 안테나 소자를 회전 배열하면 가운데에 놓이는 패턴의 단락 핀을 공용으로 사용할 수 있다. 이러한 공용 단락 패턴은 각각의 안테나 방사체로서뿐만 아니라 De-coupling 효과를 주어 안테나 격리도(S21과 ECC)가 개선되도록 한다.
한편, 본 발명에 따른 안테나 패턴인 제1 금속 패턴(1211)과 제2 금속 패턴(1212)은 삼각형, 사각형, 원형 등 다양한 모양으로 설계 가능하나 가장 큰 특징은 shorted arm ①,②가 간격을 두고 떨어져 있으며 형태에 따라 공진주파수와 대역폭이 달라진다. 패턴의 종단에서부터 컨택 핀(Contact pin)으로 단락 되는 지점까지의 길이가 안테나 공진 주파수에 가장 크게 영향을 끼친다. 한편, 안테나 면적이 넓을수록 공진주파수가 낮아지고 대역폭이 넓어진다. 두 안테나 패턴의 간격은 임피던스에 영향을 끼치며 마주보는 길이와 간격에 따라 커플링 양을 조절할 수 있다.
한편, 안테나(1200) 급전 방식은 방사체인 금속 패턴과 동일 평면 상에서 이루어지거나 또는 다른 평면 상에서 이루어질 수 있다. 이와 관련하여, 도 4a는 급전 패턴이 방사체인 금속 패턴과 동일 평면 상에 배치된 구조를 나타낸다. 또한, 도 4b는 급전 패턴이 방사체인 금속 패턴과 다른 평면 상에 배치된 구조를 나타낸다.
안테나 급전 방식은 간접 급전으로 도 4a와 같이 안테나 패턴과 같은 층에 gap을 두고 배치하거나 또는 도 4b와 같이 안테나 패턴과 다른 층에 배치하여 급전이 가능하다. 이와 관련하여 두 개의 금속 패턴 사이의 간격 이외에 급전 패턴과 금속 패턴 사이의 간격, 급전 패턴의 길이와 위치에 따라 임피던스를 가변할 수 있다. 이에 따라, 낮은 높이에서 안테나 임피던스를 조정할 수 있는 주요 부분이다.
금속 성분의 안테나 패턴인 제1 및 제2 금속 패턴(1211, 1222)은 하나 이상의 유전체 위에 배치될 수 있다. 이러한 유전체는 제1 및 제2 금속 패턴(1211, 1222)과 그라운드 층 사이에 놓이는데, 하나의 유전체를 사용하는 것보다 둘 이상의 유전체를 사용하면 안테나의 성능과 크기를 조정할 수 있다.
전술한 유전체에 해당하는 상부 기판인 제1 기판(S1) 및 하부 기판인 제2 기판(S2)은 플렉시블 기판(flexible substrate)와 같은 형태로 구현될 수 있다. 이에 따라, 플렉시블 기판에 구현되는 본 발명에 따른 로우 프로파일 안테나(1200)는 전자 기기 내부에 배치될 수 있다. 일 예로, 플렉시블 기판에 구현되는 본 발명에 따른 로우 프로파일 안테나(1200)는 전자 기기 내부의 캐리어에 배치될 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1 금속 패턴 및 상기 제2 금속 패턴은 상부 기판인 제1 기판(S1)의 상부에 배치될 수 있다. 한편, 안테나(1200)는 안테나(1200)에 대한 기준 전위(reference electric potential)을 제공하도록 하부 기판인 제2 기판(S2)의 하부에 배치되는 그라운드 층을 더 포함할 수 있다.
한편, 금속 패턴(1211, 1212)과 그라운드 사이의 유전체 재질에 따라 안테나 특성이 다르게 나타난다. 유전율이 높을수록 안테나 소형화에 유리하며, 유전 손실이 작을수록 효율 특성이 양호하다. 따라서, 다층 유전체의 각 두께와 재질 (즉, 유전율)을 달리하여 안테나 성능을 최적화할 수 있다.
이 경우, 제1 기판(S1)의 유전율(permittivity)은 제2 기판(S2)의 유전율보다 큰 값으로 설정되어, 안테나(1200)의 크기를 감소시키면서 안테나(1200)의 효율을 증가시킬 수 있다. 이와 관련하여, 제1 기판(S1)의 유전율이 높은 경우 안테나 효율은 다소 감소할 수 있지만, 제2 기판(S2)의 낮은 유전율에 의해 안테나 효율 감소는 다소 완화될 수 있다. 따라서, 제1 기판(S1)의 유전율을 더 큰 값으로 하여 안테나 크기 소형화가 가능하다. 또한, 제1 기판(S1)의 유전율에 의해 다소 감소된 안테나 효율은 제2 기판(S2)의 낮은 유전율에 의해 완화될 수 있다.
한편, 도 5a는 본 발명에 따른 다층 기판 구조의 로우 프로파일 안테나에서 서로 다른 유전체를 사용한 경우 주파수 변화에 따른 방사 효율을 나타낸다. 도 5a를 참조하면, 유전율이 감소함에 따라 공진 주파수가 증가하고 방사 효율이 증가함을 알 수 있다. 일 예로, FR 4 기판에서 Teflon 기판으로 기판 재질 변경 시, 공진 주파수가 증가하고 방사 효율이 증가한다. 이 경우, FR 4 기판은 유전율(Dk)는 4.5이고 유전 손실은 0.015이고, Teflon 기판은 3.0이고 유전 손실은 0.0014로 가정하였다. 여기서, case 1은 제1 기판과 제2 기판이 모두 FR 4 기판인 경우이다. 반면에, case 2는 제 1 기판이 Teflon 기판이고 제2 기판이 FR 4 기판인 경우이다. Case 2에서 제1 기판이 유전율이 낮기 때문에 안테나의 방사 효율이 증가하게 된다.
한편, case 3은 제1 기판과 제2 기판이 모두 Teflon 기판이 경우이다. 이와 관련하여, case 2와 case 3을 비교하면, 안테나 방사 효율은 상부 기판인 제1 기판의 유전율에 의한 영향이 크기 때문에, 방사 효율은 거의 유사하다. 따라서, 본 발명의 로우 프로파일 안테나는 제1 기판의 유전율과 제2 기판의 유전율을 상이하게 하여 안테나 방사 효율 특성을 유지하면서도, 임피던스 매칭 과 같은 다른 안테나 특성을 최적화할 수 있다.
이와 관련하여, 표 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 상부 기판인 제1 기판과 하부 기판인 제2 기판의 구성 변화에 따른 공진 주파수, 대역폭, 최대 효율을 나타낸 것이다. 여기서, 제1 기판의 두께는 0.4mm, 제2 기판의 두께는 0.6mm로 가정하였지만, 이에 한정되지 않고 응용에 따라 다양하게 변경 가능하다. 한편, 표 1의 안테나 성능 결과와 관련하여, 도 4b와 같이 급전 패턴이 안테나 패턴인 금속 패턴보다 하부에 배치된 경우를 가정하였지만, 이에 한정되지 않고 응용에 따라 다양하게 변경 가능하다.
CCase 1) 제1 기판(0.4mm) 2) 제2 기판(0.6mm) 공진주파수(f0) [GHz] -6dB BW Peak Eff.[%]
11 FR4 FR4 3.53 0.24 41.3
22 Teflon FR4 3.9 0.19 65
33 Teflon Teflon 3.92 0.18 66.5
표 1을 참조하면, 제1 기판의 유전율을 감소시키면 공진주파수가 3.5GHz 대역에서 3.9GHz 대역으로 증가하게 된다. 따라서, 전술한 바와 같이 제1 기판의 유전율(permittivity)은 제2 기판의 유전율보다 큰 값으로 설정되어, 안테나(1200)의 크기를 감소시키면서 안테나(1200)의 효율을 증가시킬 수 있다. 따라서, 제1 기판은 유전율이 높은 FR 4 기판을 사용하여 안테나 크기를 감소시키면서, 제2 기판은 유전율이 낮은 Teflon 기판을 사용하여 안테나 효율을 증가시킬 수 있다. 다른 예로, 제2 기판은 유전율이 더 낮고, 공기와 유전율이 유사한 폼(foam) 형태로 구현될 수 있다.
한편 다층 기판 구조와 관련하여, 급전 패턴(1220)은 제1 금속 패턴(1211) 및 제2 금속 패턴(1212)과 동일 평면인 제1 기판의 상부에 배치될 수 있다. 다른 예로, 급전 패턴(1220)은 제1 금속 패턴(1211) 및 제2 금속 패턴(1212)과 다른 평면인 제1 기판의 하부 또는 제2 기판의 상부에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 급전 패턴(1220)이 금속 패턴(1211, 1212)이 배치되는 기판인 제1 기판의 하부에 배치될 수 있다. 급전 패턴(1220)이 제1 기판의 하부에 배치됨에 따라, 제2 기판의 상부에 배치되는 경우보다 금속 패턴 간의 정렬(alignment) 오차를 감소시킬 수 있다.
유전체의 유전율이나 두께가 두꺼워질수록 공진 주파수가 낮아져 안테나 크기를 줄일 수 있으며, 안테나 패턴 쪽에 상대적으로 높은 유전율을 갖는 유전체가 배치되는 경우 안테나 소형화 효과를 얻을 수 있다. 이 경우, 그라운드에 가까이 공기 층이나 낮은 유전율을 갖는 유전체를 배치할 경우 안테나의 효율을 증가시킬 수 있다. 유전체의 면적은 상관없으나, 급전 패턴(1220)과 슬롯(금속 패턴 사이의 갭) 부분을 얇게 하면 유전체 손실을 줄일 수 있다.
유전체 기판이 별도의 넓은 그라운드 층에 가까이 있어도 금속 패턴(1211, 1222)과 급전 패턴(1220) 등의 간격 조절을 통해 임피던스를 매칭하여 안테나로서 동작이 가능하다. 이 경우, 금속 패턴과 contact pin으로 형성되는 수평 자계로 인하여 안테나 방사도 효과적이다.
이와 관련하여, 도 5b는 본 발명에 따른 비아에 의한 단락 암(shorted arm) 구조의 안테나에서 수직 전계와 수평 자계 전류가 형성되는 원리를 나타낸다. 도 3a 내지 도 5b를 참조하면, 단락 암(shorted arm)에 해당하는 제1 및 제2 금속 패턴(1211, 1212)과 그라운드 층 사이에 수직 전계가 형성된다. 이러한 수직 전계에 따라, 제1 및 제2 금속 패턴(1211, 1212)과 수평면에 수평 자계 전류 (horizontal magnetic field)가 형성된다. 특히, 급전 패턴(1220)의 경계 영역과 인셋 영역의 경계 영역에서, 수평 자계 전류가 생성될 수 있다. 이러한 수평 자계 전류에 의해 안테나(1200)가 형성되는 기판의 높이를 감소시킬 수 있어 로우 프로파일 안테나가 구현될 수 있다.
도 5b와 같이 비아에 의해 단락 암(shorted arm)가 형성되고, 그라운드 층에 의해 Cavity-Backed Slot Antenna가 구현될 수 있다. 특히, 기판 형태로 집적된 구조로 형성되므로 Substrate Integrated Waveguide(SIW) Cavity-Backed Slot Antenna로 지칭할 수 있다. 따라서, 기판 집적형 도파관을 이용한 캐비티 슬롯 안테나로서, 슬롯과 그라운드, 비아로 캐비티를 만들어 low profile 안테나 구현할 수 있다는 장점이 있다. 도 5b의 수직 전계 분포를 참조하면, SIW Cavity-Backed Slot Antenna에서 수직한 전류와 수직한 전기장을 형성하는 전체 안테나에서 일부 영역만을 선택하여 안테나로 구현할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 안테나(1200)는 높이와 안테나 면적도 최소화할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 그라운드의 크기가 안테나 패턴의 크기보다 작거나 같은 경우에도, 폴디드 다이폴(folded dipole)과 같은 안테나로 동작한다. 또한, 안테나 패턴과 그라운드를 연결하는 Contact pin(단락핀)은 다양하게 적용 가능하다. 유전체 사이를 관통하는 비아(via)홀을 통하거나, 또는 C-clip이나 Pogo pin, Spring, finger 등으로 연결할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 안테나는 한쪽 끝이 단락된 두 패턴(Shorted arm, 1211, 1212)이 간격을 갖고 서로 마주보게 배치되며, 그 패턴 사이에 급전 패턴(1220)에 의해 간접 결합으로 급전된다. 이 경우, 패턴과 그라운드를 연결하는 수직 연결부, 즉 비아(via)에 흐르는 수직 전류가 형성된다. 즉, 금속 패턴(1211, 1212)과 그라운드 층 사이에 생성되는 수직 전계에 의해 수평 자계전류가 형성된다. 이러한 수평 자계 전류는 낮은 안테나 높이에서 매우 효율적이다.
한편, 도 6a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 1x2 MIMO 안테나의 구조 및 1x2 MIMO 안테나의 등가 회로와 전류 흐름도를 나타낸다.
도 3a 및 도 6a를 참조하면, 1x2 MIMO 안테나는 2개의 안테나가 인접하여 배치된 구조로 형성되고, 안테나가 배치되는 제1 기판(S1)의 크기는 길이가 2La이고 너비가 Wa일 수 있다. 여기서, 복수의 비아들이 제1 기판(S1)의 양 단부와 중앙 부에 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 기판(S1)의 양 단부에 배치되는 복수의 비아들은 안테나 크기를 감소시킬 수 있다. 또한, 제1 기판(S1)의 중앙 부에 형성되는 복수의 비아들은 2개의 안테나 간의 간섭을 저감시킬 수 있다.
한편, 각각의 안테나의 급전 패턴은 길이 Fl로 형성되어 5G Sub6 대역의 신호를 금속 패턴으로 커플링되도록 한다. 또한, 각각의 안테나의 금속 패턴은 간격 d만큼 이격되어, d만큼 이격된 영역에 형성되는 수평 자계 전류에 의해 low-profile 안테나가 구현될 수 있다.
도 6a(b)를 참조하면, 제1 및 제2 안테나(ANT1, ANT2)는 내부에 배치되는 급전 패턴과 급전 패턴을 둘러싸는 금속 패턴으로 모델링될 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 안테나(ANT1, ANT2)의 급전 패턴의 기하 구조는 동일 방향으로 형성되는 것으로 모델링될 수 있다. 이에 따라, 제1 안테나(ANT1)만 급전되는 경우의 전류 방향과 제2 안테나(ANT2)만 급전되는 경우의 전류 방향은 서로 다른 방향으로 형성된다.
따라서, 제1 및 제2 안테나(ANT1, ANT2) 간에 배치되는 복수의 비아에 해당하는 de-coupler 구조가 완전하게 동작하지 않는 문제점이 있다. 이에 따라, 도 6a와 같이 제1 및 제2 안테나(ANT1, ANT2)를 회전시키지 않고 인접하여 배치하는 경우 상호 간섭이 증가할 수 있다.
반면에, 도 6b는 1x2 MIMO 안테나의 구조 및 1x2 MIMO 안테나의 등가 회로와 전류 흐름도를 나타낸다.
도 3b 및 도 6b를 참조하면, 1x2 MIMO 안테나는 2개의 안테나가 인접하여 배치된 구조로 형성되고, 안테나가 배치되는 제1 기판(S1)의 크기는 길이가 2L이고 너비가 W일 수 있다. 여기서, 복수의 비아들이 제1 기판(S1)의 양 단부와 중앙 부에 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 기판(S1)의 양 단부에 배치되는 복수의 비아들은 안테나 크기를 감소시킬 수 있다. 또한, 제1 기판(S1)의 중앙 부에 형성되는 복수의 비아들은 2개의 안테나 간의 간섭을 저감시킬 수 있다.
한편, 2개의 안테나의 금속 패턴이 기판 전체에 배치되는 구간, 즉 L3의 길이를 갖는 구간에서 복수의 비아들이 다양한 형태로 배치될 수 있다. 일 예로, 복수의 비아들은 길이 L3를 갖는 구간의 중심부에 배치될 수 있다. 다른 예로, 복수의 비아들은 길이 L3를 갖는 구간의 양 단부에 배치될 수 있다. 또 다른 예로, 복수의 비아들은 길이 L3를 갖는 구간의 양 단부와 중심부에 모두 배치될 수 있다.
한편, 각각의 안테나의 급전 패턴은 길이 Fl로 형성되어 5G Sub6 대역의 신호를 금속 패턴으로 커플링되도록 한다. 또한, 각각의 안테나의 금속 패턴은 간격 d만큼 이격되어, d만큼 이격된 영역에 형성되는 수평 자계 전류에 의해 low-profile 안테나가 구현될 수 있다.
도 6b(b)를 참조하면, 제1 및 제2 안테나(ANT1, ANT2)는 내부에 배치되는 급전 패턴과 급전 패턴을 둘러싸는 금속 패턴으로 모델링될 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 안테나(ANT1, ANT2)의 급전 패턴의 기하 구조는 제1 및 제2 안테나(ANT1, ANT2)의 경계 영역의 비아를 기준으로 대칭 형태로 형성되는 것으로 모델링될 수 있다. 즉, 도 6b(b)에서 제1 및 제2 안테나(ANT1, ANT2)의 급전 패턴은 경계 영역을 기준으로 서로 다른 방향으로 형성되는 것으로 표시할 수 있다. 반면에, 도 6a(b)에서 제1 및 제2 안테나(ANT1, ANT2)의 급전 패턴은 경계 영역을 기준으로 동일한 방향으로 형성되는 것으로 표시할 수 있다.
이에 따라, 도 6b(b)를 참조하면, 제1 안테나(ANT1)만 급전되는 경우의 전류 방향과 제2 안테나(ANT2)만 급전되는 경우의 전류 방향은 동일한 방향으로 형성된다.
따라서, 제1 및 제2 안테나(ANT1, ANT2) 간에 배치되는 복수의 비아에 해당하는 de-coupler 구조가 이상적으로 완전하게 동작할 수 있다. 이에 따라, 도 6b와 같이 제1 및 제2 안테나(ANT1, ANT2)를 상호 간에 180도 회전시켜 상하 대칭 형태로 배치하는 경우 상호 간섭 수준을 저감시킬 수 있다.
한편, 도 7a 내지 7c는 도 6a의 1x2 MIMO 안테나 구조에서 반사 계수, 효율 및 ECC 레벨을 나타낸다.
도 7a를 참조하면, 도 6a의 1x2 MIMO 안테나 구조에서 제1 및 제2 안테나(ANT1, ANT2) 간의 간섭 수준(S12)은 동작 대역에서 -6dB 이상의 값을 갖는다. 이에 따라, 도 7c를 참조하면, 도 6a의 1x2 MIMO 안테나 구조에서 제1 및 제2 안테나(ANT1, ANT2) 간의 ECC 레벨은 동작 대역에서 0.2 이상의 값, 일 예로 약 0.6의 값을 갖는다.
한편, 도 7b를 참조하면, 도 6a의 1x2 MIMO 안테나 구조에서 효율은 동작 대역에서 40% 이상의 값을 가진다. 하지만, 도 7a와 같이 동작 대역 중 일부 주파수 대역에서 간섭 수준(S12)이 증가함에 따라, 도 7b와 같이 일부 주파수 대역에서 다소 효율이 감소할 수 있다. 이에 따라, 도 7b을 참조하면, 간섭 수준(S12)의 증가에 따른 효율 특성도 저감되어, 그래프가 좌우 비대칭 형태임을 알 수 있다.
한편, 도 8a 내지 8c는 도 6b와 같은 상하 대칭 구조(upper and lower symmetric structure)의 1x2 MIMO 안테나 구조에서 반사 계수, 효율 및 ECC 레벨을 나타낸다.
도 8a를 참조하면, 도 6b의 1x2 MIMO 안테나 구조에서 제1 및 제2 안테나(ANT1, ANT2) 간의 간섭 수준(S12)은 동작 대역에서 -6dB 이하의 값을 갖는다. 이에 따라, 도 8c를 참조하면, 도 6b의 1x2 MIMO 안테나 구조에서 제1 및 제2 안테나(ANT1, ANT2) 간의 ECC 레벨은 동작 대역에서 0.2 이하의 값, 일 예로 최대 약 0.1의 값을 갖는다.
한편, 도 8b를 참조하면, 도 6b의 1x2 MIMO 안테나 구조에서 효율은 동작 대역에서 40% 이상의 값을 가진다. 또한, 도 8a와 같이 전체 동작 대역에서 간섭 수준(S12)이 임계치 이하의 값을 가져, 도 8b와 같이 전체 동작 대역에서 효율 특성이 안정적인 형태를 보인다. 이에 따라, 도 8b를 참조하면, 간섭 수준(S12)의 감소에 따라 효율 특성도 향상되어, 그래프가 좌우 대칭 형태임을 알 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 1x2 MIMO 안테나는 1x4 MIMO 안테나로 확장 가능하다. 이와 관련하여, 도 9a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 1x4 MIMO 안테나의 구성을 나타낸다. 반면에 도 9b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 1x4 MIMO 안테나의 구성을 나타낸다.
이와 관련하여, 도 9a는 동일한 형태의 안테나 소자가 인접하여 배치되어 1x4 MIMO 안테나로 확장된 구조이다. 반면에, 도 9b는 상하 대칭 형태의 안테나 소자가 인접하여 배치되어 1x4 MIMO 안테나로 확장된 구조이다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 제2 안테나(ANT2)는 제1 안테나(ANT1)에 인접하여 기판 상부에 배치된다. 한편, 본 발명에 따른 1x4 MIMO 안테나는 제1 안테나(ANT1) 및 제2 안테나(ANT2) 이외에 제3 안테나(ANT3) 및 제4 안테나(ANT4)를 더 포함하도록 구성된다.
구체적으로, 제3 안테나(ANT3)는 기판 상부에 제2 안테나(ANT2)와 인접하여 배치되고, 금속 패턴(P5, P6)과 제3 급전 패턴(F3)을 통해 제3 신호를 방사하도록 구성된다. 또한, 제4 안테나(ANT4)는 기판 상부에 제3 안테나(ANT3)와 인접하여 배치되고, 금속 패턴(P7, P8)과 제4 급전 패턴(F4)을 통해 제4 신호를 방사하도록 구성된다.
이에 따라, 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4)를 통해 제1 신호 내지 제4 신호 중 적어도 하나의 신호를 송신 또는 수신할 수 있다. 이 경우, 동일 대역에서 2개 이상의 신호를 동시에 송신하도록, 기저대역 프로세서(1400)는 UL MIMO를 수행할 수 있다. 또한, 동일 대역에서 2개 이상의 신호를 동시에 수신하도록, 기저대역 프로세서(1400)는 DL MIMO를 수행할 수 있다.
한편, 도 9a와 같은 1x4 MIMO 안테나에서 인접하는 안테나 간의 간섭 수준을 저감하기 위해 인접 안테나 간 방사부를 유전체에 의해 분리하도록 할 수 있다. 이를 위해, 제1 안테나(ANT1)의 제2 방사부(P2)와 제2 안테나(ANT2)의 제2 방사부(P3)는 기판의 유전체 영역에 의해 상호 분리된 형태로 구성된다. 여기서, 제1 및 제2 안테나(ANT1, ANT2)의 제2 방사부(P2, P3)는 테이퍼링 형태로 증가하는 너비를 갖는 금속 패턴에 해당한다. 이와 같이, 제1 안테나(ANT1)의 제2 방사부와 제2 안테나(ANT2)의 제2 방사부가 상호 분리되어, 제1 안테나(ANT1)와 제2 안테나 (ANT2) 간의 간섭을 감소시킬 수 있다.
또한, 도 9a와 같은 1x4 MIMO 안테나에서 복수의 비아들이 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4)는 기판의 단부(end portion)에서 제1 금속 패턴 및 제2 금속 패턴과 하부의 그라운드 패턴을 연결하도록 구성된 복수의 비아(via)들을 포함한다. 일 예로, 복수의 비아들은 기판의 유전체 영역에 의해 상호 분리되는 인접한 안테나의 금속 패턴(P2 내지 P7)에 형성될 수 있다. 따라서, 안테나 소형화 관점보다는 안테나 간 격리도 향상을 위해서 복수의 비아들은 인접한 안테나의 금속 패턴(P2 내지 P7)에 형성될 수 있다.
다른 예로, 복수의 비아들은 안테나 소형화와 안테나 간 격리도 향상을 위해, 안테나의 모든 금속 패턴(P1 내지 P8)에 형성될 수 있다.
한편, 도 9b와 같은 1x4 MIMO 안테나에서도 유사한 방식으로 복수의 비아들이 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4)는 기판의 단부(end portion)에서 제1 금속 패턴 및 제2 금속 패턴과 하부의 그라운드 패턴을 연결하도록 구성된 복수의 비아(via)들을 포함한다. 일 예로, 복수의 비아들은 기판의 유전체 영역에 의해 상호 분리되는 인접한 안테나의 금속 패턴(P2 내지 P7)에 형성될 수 있다. 따라서, 안테나 소형화 관점보다는 안테나 간 격리도 향상을 위해서 복수의 비아들은 인접한 안테나의 금속 패턴(P2 내지 P7)에 형성될 수 있다.
다른 예로, 복수의 비아들은 안테나 소형화와 안테나 간 격리도 향상을 위해, 안테나의 모든 금속 패턴(P1 내지 P8)에 형성될 수 있다.
한편, 도 9b와 같은 상하 대칭 구조의 1x4 MIMO 안테나에서 안테나 전체 크기 감소 측면에서, 인접 안테나 간 방사 부가 상호 연결되도록 형성될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 안테나 전체 크기가 문제되지 않으면 격리도를 더 개선시키기 위해 도 9a와 같이 인접 안테나 간 방사부를 유전체에 의해 분리되도록 할 수 있다.
이러한 1x4 MIMO 안테나의 배치 구조와 관련하여, 도 3b와 같은 형태의 테이퍼링된 bow-tie 구조에 대해 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 도 9a의 인접 방사부 분리 구조와 도 9b의 상하 대칭 구조는 도 3a와 같은 직사각형 형태의 방사 부 구조에도 적용될 수 있다.
한편, 도 10a 및 도 10b는 도 9a의 유전체 분리 구조(structure separated by dielectric)의 1x4 MIMO 안테나에서 반사 계수 및 안테나 효율을 나타낸다. 도 10a를 참조하면, 인접하는 안테나 간 격리도는 -6dB 이하의 값을 가지므로, 안테나 상호 간에 일정 수준 이하의 격리도가 보장됨을 알 수 있다. 또한, 도 10b를 참조하면, (A) 방사 효율(Radiation Efficiency)는 동작 대역에서 60% 이상의 값을 가짐을 알 수 있다. 또한, (B) 총 효율(Total Efficiency)는 동작 대역에서 4% 이상의 값을 가짐을 알 수 있다. 여기서, (B) 총 효율은 안테나 자체의 손실과 급전 손실을 모두 고려한 안테나 효율을 의미한다. 반면에, (A) 방사 효율은 안테나 자체의 손실만을 고려한 안테나 효율을 의미한다.
따라서, 본 발명에 따른 1x4 MIMO 안테나에서 도 9b와 같은 상하 대칭 구조가 필수적인 것은 아니다. 응용에 따라, 동일한 형태로 1x4 MIMO 안테나를 배치하면서, 인접하는 안테나 소자 간 방사 부를 이격되도록 배치하여 안테나 격리도를 보장할 수 있다. 이와 같은 상하 대칭 구조 및/또는 방사 부 이격 구조는 1x4 MIMO 안테나 이외에, 전술한 1x2 MIMO 안테나와 임의의 형태의 MIMO 안테나에도 적용 가능하다.
한편, 본 발명에 따른 안테나 모듈, 즉 1x2 MIMO 안테나 또는 1x4 MIMO 안테나는 전술한 바와 같이 기판에 배치된다. 또한, 안테나 모듈은 전자 기기의 바디 또는 다른 PCB 상의 시스템 그라운드와 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 이 경우, 안테나 소형화 관점에서 안테나 모듈이 형성되는 기판의 크기는 제한된 크기로 형성된다. 따라서, 안테나 성능 향상과 구조적 안정성 측면에서 안테나 모듈을 시스템 그라운드와 연결하는 여러 구조를 고려할 수 있다.
이와 관련하여, 도 11은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 1x2 MIMO 안테나와 시스템 그라운드 간의 연결 구조를 나타낸다. 도 3a 및 도 11을 참조하면, 제1 안테나(ANT1) 및 제2 안테나(ANT2)는 기판(S1)의 하부에 기판(S1)과 정렬되어 배치되는 제2 기판(S2)을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 시스템 그라운드와 같은 넓은 그라운드가 안테나 모듈의 그라운드로 동작할 경우, 안테나 전체 높이 확보로 인해 안테나 효율과 대역폭 성능이 향상된다. 하지만, 시스템 그라운드 또는 다른 PCB에 배치되는 안테나 하단의 부품에 의해 안테나 성능에 영향을 미칠 수 있다.
도 3a 및 도 11(a)를 참조하면, 제2 기판(S2)에 형성되는 그라운드는 시스템 그라운드와 2개 영역에서 연결될 수 있다. 이 경우, 제2 기판(S2)에 형성되는 그라운드는 시스템 그라운드와 제2 기판(S2)의 양 단부(A, B)에서 연결될 수 있다.
도 3a 및 도 11(b)를 참조하면, 제2 기판(S2)에 형성되는 그라운드는 시스템 그라운드와 3개 영역에서 연결될 수 있다. 이와 같은 연결 구조는 3개 영역에 한정되는 것은 아니고, 3개 이상의 영역에서 연결되는 구조로 확장 가능하다. 즉, 제2 기판(S2)의 그라운드 층은 시스템 그라운드와 3개 이상의 영역에서 연결될 수 있다. 한편, 제2 기판(S2)의 그라운드 층이 시스템 그라운드와 3개 영역에서 연결되는 경우, 연결되는 영역은 제2 기판(S2)의 양측 단부 영역(A, B)과 제2 기판(S2)의 중심 영역(C) 일 수 있다.
도 3a 및 도 11(c)를 참조하면, 제2 기판(S2)에 형성되는 그라운드는 시스템 그라운드와 전체 영역에서 연결될 수 있다. 즉, 제2 기판(S2)과 시스템 그라운드가 전체 영역에서 전기적으로 연결되도록 소정 높이를 갖는 별도의 그라운드 구조가 배치될 수 있다.
한편, 도 12a는 본 발명의 1x2 MIMO 안테나에서 기판 그라운드와 시스템 그라운드가 2개 영역에서 연결된 구조에서 ECC 특성을 나타낸다. 반면에, 도 12b는 본 발명의 1x2 MIMO 안테나에서 기판 그라운드와 시스템 그라운드가 3개 영역에서 연결된 구조에서 ECC 특성을 나타낸다.
도 11(a) 및 도 12a를 참조하면, 시스템 그라운드가 제2 기판(S2)의 양 단부에서 연결된 경우, 특정 대역에서 ECC 수준이 매우 높게 나타남을 알 수 있다. 이러한 ECC 이슈는 제1 및 제2 안테나(ANT1, ANT2)가 배치되는 기판과 시스템 그라운드 간의 기생 공진(parasitic resonance)에 의해 발생된다. 따라서, 이러한 기생 공진을 방지하기 위해서 시스템 그라운드와 제2 기판(S2)은 별도의 영역에서 시스템 그라운드와 연결 구조가 필요하다.
도 11(b) 및 도 12b를 참조하면, 시스템 그라운드가 제2 기판(S2)의 양 단부 이외에 중심 부에서도 연결된 경우, 전체 대역에서 임계치 이하의 ECC 수준을 나타낸다. 따라서, 시스템 그라운드가 제2 기판(S2)의 양 단부 이외에 중심 부에서도 연결될 필요가 있다. 또한, 이와 같은 그라운드 간 연결 구조는 제1 및 제2 안테나(ANT1, ANT2)의 방사 부에 배치되는 복수의 비아들을 전제로 한다. 따라서, 제1 및 제2 안테나(ANT1, ANT2)의 방사 부에 비아 영역 접촉(via region contact)이 필요하다.
한편, 본 발명에 따른 안테나 모듈의 그라운드와 시스템 그라운드 간의 연결과 함께, 안테나 특성에 영향을 주는 요소는 안테나 모듈과 PCB 간의 높이이다. 이와 관련하여, 도 13a는 본 발명에 따른 안테나 모듈과 PCB가 평행하게 배치된 전자 기기의 측면도를 나타낸다. 한편, 도 13b는 본 발명에 따른 안테나 모듈과 PCB가 전자 기기 내부에 배치된 구조를 나타낸다.
도 3a, 도 3b, 도 13a 및 도 13b를 참조하면, 제2 기판(S2)의 하부에 배치되는 그라운드 층은 전자 기기 내에 구비되는 PCB(S3)를 통해 시스템 그라운드와 일부 영역에서 연결될 수 있다. 이 경우, 안테나 모듈이 배치되는 기판은 PCB(S3)와 실질적으로 평행하게 배치되고, 나사(screw)를 통해 프론트 커버의 시스템 그라운드와 연결될 수 있다. 이와 관련하여, PCB(S3)에는 RFIC에 해당하는 송수신부 회로(1250)와 모뎀에 해당하는 기저대역 프로세서(1400)가 배치될 수 있다.
이와 관련하여, 프론트 커버와 전자 기기 측면의 메탈 림(metal rim, 201)이 일체로 형성되어 시스템 그라운드로 동작할 수 있다. 또한, 그라운드 층은 상기 일부 영역을 제외한 나머지 영역에서는 상기 시스템 그라운드와 h 만큼 이격되어, 제1 및 제2 안테나(ANT1, ANT2)의 대역폭을 증가시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명에 따른 5G Sub6 대역에서 동작하는 안테나 모듈에 대해 설명하였다. 이하에서는 이러한 5G Sub6 대역에서 동작하는 안테나 모듈과 다른 대역에서 동작하는 안테나를 통한 안테나 동작 제어 방식에 대해 설명하기로 한다.
이와 관련하여, 도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 복수의 안테나 모듈을 기저대역 프로세서가 제어하는 구성을 나타낸다. 또한, 도 15는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 복수의 안테나 모듈을 기저대역 프로세서가 제어하는 구성을 나타낸다.
도 14를 참조하면, 복수의 안테나 모듈 중 5G Sub6 대역에서 동작하는 안테나 모듈은 도 9a와 같이 유전체 분리형 구조일 수 있다. 또한, 도 15를 참조하면, 복수의 안테나 모듈 중 5G Sub6 대역에서 동작하는 안테나 모듈은 도 9b와 같이 상하 대칭 구조일 수 있다.
이와 관련하여, 본 발명의 따른 다양한 형상의 로우 프로파일 안테나는 5G Sub 6 대역에서 동작할 수 있다. 이 경우, 이러한 다양한 형상의 로우 프로파일 안테나의 동작 대역은 이에 한정되는 것은 아니고 임의의 통신 주파수 대역에서 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 본 발명의 따른 로우 프로파일 안테나는 5G Sub 6 대역에서 동작하고, 전자 기기의 측면에 배치되는 도전 멤버로 구현되는 안테나는 LTE 대역에서 동작할 수 있다. 이와 같이 복수의 통신 시스템에서 동작하는 복수의 안테나에 대한 제어 동작이 필요하다.
이와 관련하여, 도 14 및 도 15는 본 발명에 따른 복수의 안테나, 송수신부 회로 및 기저대역 프로세서를 구비하는 전자 기기의 구성을 나타낸다. 도 1a 내지 도 15를 참조하면, 본 발명에 따른 전자 기기(1000)는 4G 안테나(1100), 5G 안테나(1200), 송수신부 회로(1250) 및 기저대역 프로세서(1400)를 구비할 수 있다. 여기서, 4G 안테나(1100)와 5G 안테나(1200)를 각각 제1 타입 안테나(1100)와 제2 타입 안테나(1200)로 지칭할 수 있다. 한편, 도 14 및 도 15에서 5G 안테나(1200)를 1x4 MIMO 안테나로 도시되었지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 1x2 MIMO 안테나 등 다양한 형태로 변경 가능하다.
제1 타입 안테나인 4G 안테나(1100)는 전자 기기의 측면부에 형성되어, LTE 대역인 제1 대역에서 동작하도록 구성된다. 반면에, 본 발명에 따른 제2 타입 안테나인 5G안테나(1200)는 5G Sub 6 대역인 제2 대역에서 동작하도록 구성된 안테나일 수 있다. 여기서, 4G 안테나(1100)의 위치는 도 14 및 도 15에 한정되는 것은 아니고, 전자 기기의 좌측, 우측, 상부 또는 하부의 일 영역에 형성 가능하다.
한편, 1x2 MIMO 안테나의 경우, 5G 안테나(1200)는 제1 안테나(ANT1)와 제2 안테나(ANT2)를 포함하도록 구성된다. 따라서, 제1 안테나(ANT1)와 제2 안테나(ANT2)는 5G Sub 6 대역인 제2 대역에서 동작하는 5G 안테나들이다. 또한, 1x4 MIMO 안테나의 경우, 5G 안테나(1200)는 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4)를 포함하도록 구성된다. 따라서, 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4)는 5G Sub 6 대역인 제2 대역에서 동작하는 5G 안테나들이다.
한편, 송수신부 회로(1250)는 급전 패턴(F1, F2)과 연결되고, 급전 패턴(F1, F2)을 통해 제1 금속 패턴(P1, P3) 및 제2 금속 패턴(P2, P4)으로 신호를 전달하도록 구성된다. 도 14 및 도 15와 같이 1x4 MIMO 안테나의 경우, 송수신부 회로(1250)는 급전 패턴(F1 내지 F4)과 연결된다. 이 경우, 급전 패턴(F1 내지 F4)을 통해 제1 금속 패턴(P1, P3, P5, P7) 및 제2 금속 패턴(P2, P4, P6, P8)으로 신호를 전달하도록 구성된다.
또한, 기저대역 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)와 연결되고, 4G 안테나(1100) 및 5G 안테나(1200) 중 적어도 하나를 통해 신호를 송신 및 수신하도록 송수신부 회로(1250)를 제어하도록 구성된다.
구체적으로, 송수신부 회로(1250)는 제1 대역의 제1 신호를 송신 및 수신하고 제2 대역의 제2 신호를 송신 및 수신하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 신호의 품질이 임계치 이하이면 5G 안테나(1200)를 통해 제2 신호를 수신하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 일 예로, 기저대역 프로세서(1400)는 광대역 전송이 요청되어 광대역이 할당된 경우, 반송파 집성(CA: Carrier Aggregation)을 수행할 수 있다. 이를 위해, 기저대역 프로세서(1400)는 4G 안테나(1100)를 통해 수신되는 제1 대역의 제1 신호와 5G 안테나(1200)를 통해 수신되는 제2 대역의 제2 신호를 이용하여 반송파 집성(CA: Carrier Aggregation)을 수행할 수 있다.
여기서, 5G 안테나(1200)는 제1 내지 제4 안테나(ANT 1 내지 ANT 4)의 수신 성능에 기반하여 선택된 안테나일 수 있다. 즉, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 내지 제4 안테나(ANT 1 내지 ANT 4)의 수신 성능을 비교하여, 가장 높은 수신 성능을 갖는 안테나에 대한 정보를 기지국으로 전송할 수 있다. 이에 따라, 상기 수신 성능에 기반하여 선택된 안테나는 2개로 선택되어 상기 2개의 안테나를 통해 수신된 상기 제2 대역의 5G 신호가 공간 결합(spatial combining)될 수 있다.
한편, 4G 안테나(1100)는 LTE 대역의 신호를 송신 및 수신하도록 구성 가능하다. 이와 관련하여, 4G 안테나(1100)는 전자 기기의 측면 상에 배치될 수 있다. 일 예로, 4G 안테나(1100)는 전자 기기의 상부, 하부, 좌측 또는 우측에 배치되는 하나의 이상의 안테나(1100a, 1100b)를 포함할 수 있다.
따라서, 모뎀에 해당하는 기저대역 프로세서(1400)는 4G 안테나(1100a, 1100b)를 통해 다중 입출력(MIMO) 또는 다이버시티 동작을 수행할 수 있다. 여기서, 4G 안테나(1100a, 1100b)의 위치 및 개수는 이에 한정되는 것이 아니라 응용에 따라 다양하게 변경 가능하다. 4G 안테나(1100a, 1100b)의 개수는 4TX 또는 4RX를 지원하기 위해 최대 4개까지 확장 가능하다.
한편, 4G 안테나인 제1 타입 안테나(1100a, 1100b)는 LTE 대역 이외에 5G 대역에서도 동작하도록 이중 대역 동작할 수 있다. 이 경우, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 타입 안테나(1100a, 1100b) 중 적어도 하나의 제2 타입 안테나(1200) 중 적어도 하나를 이용하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 5G 안테나(1200)를 통한 다중 입출력(MIMO) 동작 시, 안테나 간의 격리도를 고려하여 최적의 방식으로 수행될 수 있다. 이와 관련하여, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1)를 통해 수신되는 제1 신호와 제3 안테나(ANT3)를 통해 수신되는 제3 신호를 수신하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 즉, 제1 안테나(ANT1)와 바로 인접한 제2 안테나(ANT2)가 아닌 제3 안테나(ANT3)가 선택되어, 안테나 간 간섭을 저감할 수 있다.
한편, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 신호의 품질 또는 상기 제3 신호의 품질이 임계치 이하이면, 다른 안테나를 선택할 수 있다. 일 예로, 제1 안테나(ANT1)를 통해 수신되는 제1 신호와 제4 안테나(ANT4)를 통해 수신되는 제4 신호를 수신하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 이에 따라, MIMO를 수행하는 안테나 간의 거리가 더 증가하여, 상호 간섭 수준을 더 저감할 수 있다는 장점이 있다.
이러한 제어 동작에도 불구하고 제1 신호의 품질 또는 제4 신호의 품질이 임계치 이하이면, 기저대역 프로세서(1400)는 다른 안테나 조합을 선택할 수 있다. 일 예로, 제1 신호의 품질 또는 제4 신호의 품질이 임계치 이하이면, 기저대역 프로세서(1400)는 제2 안테나(ANT2)를 통해 수신되는 제2 신호와 다른 안테나를 통해 수신되는 신호를 수신하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 즉, 제2 안테나(ANT2)를 통해 수신되는 제2 신호와 제4 안테나(ANT4)를 통해 수신되는 제4 신호를 이용하여 MIMO 동작을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 양상에 따른 복수의 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기의 구성에 대해 설명하면 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 1 내지 도 15를 참조하면, 복수의 안테나 모듈은 제1 안테나(ANT1) 및 제2 안테나(ANT2)를 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 복수의 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기는 RFIC에 해당하는 송수신부 회로(1250)와 모뎀에 해당하는 기저대역 프로세서(1400)를 포함한다.
구체적으로, 제1 안테나(ANT1)는 기판 전면에 소정 길이(length)와 너비(width)를 갖는 금속이 프린트되어 배치되어, 제1 신호를 방사하도록 구성된 금속 패턴(1210 또는 P1, P2)을 포함한다. 또한, 제1 안테나(ANT1)는 금속 패턴이 분리되어 이격된 영역 내에 상기 기판의 중심선에서 오프셋 되어 배치되고, 금속 패턴으로 제1 신호를 커플링 급전하도록 구성된 급전 패턴(1220-1 또는 F1)을 더 포함한다.
또한, 제2 안테나(ANT2)는 상기 기판 상부에 제1 안테나(ANT1)에 좌우로 인접하여 배치되는 금속 패턴(1210 또는 P3, P4)과 제2 급전 패턴(1220-2, F2)을 포함하고, 제2 신호를 방사하도록 구성된다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 복수의 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기는 RFIC에 해당하는 송수신부 회로(1250)와 모뎀에 해당하는 기저대역 프로세서(1400)를 포함한다. 여기서, 송수신부 회로(1250)는 급전 패턴(F1) 및 제2 급전 패턴(F2)과 연결되고, 제1 안테나(ANT1) 및 제2 안테나(ANT2) 중 하나를 통해 제1 신호 및 제2 신호 중 적어도 하나를 방사하도록 구성된다. 또한, 기저대역 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)와 연결되고, 제1 안테나(ANT1) 및 제2 안테나(ANT2)로 급전되는 제1 신호 및 제2 신호의 크기가 가변 되도록 송수신부 회로(1250)를 제어한다. 일 예로, 기저대역 프로세서(1400)는 4G/5G 전환 또는 MIMO 동작 시, 특정 안테나로 신호가 인가되고 다른 안테나로 신호가 인가되지 않도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다.
또 다른 예로, 기저대역 프로세서(1400)는 채널 상태 정보에 기반하여 제1 신호 및 제2 신호의 수신 레벨 차이를 보상하도록 송수신부 회로(1250)의 제1 및 제2 전력 증폭기를 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 신호 또는 제2 신호 중 하나의 신호가 다른 신호에 비해 신호 레벨이 낮으면, 해당 신호를 통해 전달된 정보를 디코딩하기 어렵다는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 채널 상태 정보에 기반하여 제1 신호 및 제2 신호의 수신 레벨 차이를 보상하도록 송수신부 회로(1250)의 제1 및 제2 전력 증폭기의 증폭 비를 가변할 수 있다. 이에 따라, rank 2 전송 또는 수신 시 제1 신호 및 제2 신호를 통해 정보를 손실 없이 디코딩할 수 있다.
한편, 제1 안테나(ANT1)와 제2 안테나(ANT2)는 제1 방사 부(radiation portion, 1211a, 1212a, 1211a2, 1212a2) 및 제2 방사 부(1211b, 1212b, 1211b2, 1212b2)를 포함한다. 여기서, 제1 방사 부(1211a, 1212a, 1211a2, 1212a2)는 소정 길이와 너비를 갖는 직사각형 형태로 형성되고, 내부에 인셋 영역이 형성되도록 구성된다. 또한, 제2 방사 부(1211b, 1212b, 1211b2, 1212b2)는 제1 방사 부에 연결되고, 소정 각도로 테이퍼링(tapering)되어 너비가 증가하도록 형성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 1x4 MIMO 안테나는 제1 안테나(ANT1) 및 제2 안테나(ANT2) 이외에 제3 안테나(ANT3) 및 제4 안테나(ANT4)를 더 포함하도록 구성된다.
구체적으로, 제3 안테나(ANT3)는 기판 상부에 제2 안테나(ANT2)와 인접하여 배치되고, 금속 패턴(P5, P6)과 제3 급전 패턴(F3)을 통해 제3 신호를 방사하도록 구성된다. 또한, 제4 안테나(ANT4)는 기판 상부에 제3 안테나(ANT3)와 인접하여 배치되고, 금속 패턴(P7, P8)과 제4 급전 패턴(F4)을 통해 제4 신호를 방사하도록 구성된다.
이에 따라, 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4)를 통해 제1 신호 내지 제4 신호 중 적어도 하나의 신호를 송신 또는 수신할 수 있다. 이 경우, 동일 대역에서 2개 이상의 신호를 동시에 송신하도록, 기저대역 프로세서(1400)는 UL MIMO를 수행할 수 있다. 또한, 동일 대역에서 2개 이상의 신호를 동시에 수신하도록, 기저대역 프로세서(1400)는 DL MIMO를 수행할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 5G 안테나(1200)를 통한 다중 입출력(MIMO) 동작 시, 안테나 간의 격리도를 고려하여 최적의 방식으로 수행될 수 있다. 이와 관련하여, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1)를 통해 수신되는 제1 신호와 제3 안테나(ANT3)를 통해 수신되는 제3 신호를 수신하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 즉, 제1 안테나(ANT1)와 바로 인접한 제2 안테나(ANT2)가 아닌 제3 안테나(ANT3)가 선택되어, 안테나 간 간섭을 저감할 수 있다.
한편, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 신호의 품질 또는 상기 제3 신호의 품질이 임계치 이하이면, 다른 안테나를 선택할 수 있다. 일 예로, 제1 안테나(ANT1)를 통해 수신되는 제1 신호와 제4 안테나(ANT4)를 통해 수신되는 제4 신호를 수신하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 이에 따라, MIMO를 수행하는 안테나 간의 거리가 더 증가하여, 상호 간섭 수준을 더 저감할 수 있다는 장점이 있다.
이러한 제어 동작에도 불구하고 제1 신호의 품질 또는 제4 신호의 품질이 임계치 이하이면, 기저대역 프로세서(1400)는 다른 안테나 조합을 선택할 수 있다. 일 예로, 제1 신호의 품질 또는 제4 신호의 품질이 임계치 이하이면, 기저대역 프로세서(1400)는 제2 안테나(ANT2)를 통해 수신되는 제2 신호와 다른 안테나를 통해 수신되는 신호를 수신하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 즉, 제2 안테나(ANT2)를 통해 수신되는 제2 신호와 제4 안테나(ANT4)를 통해 수신되는 제4 신호를 이용하여 MIMO 동작을 수행할 수 있다.
이상에서는 본 발명에 따른 5G 안테나를 구비하는 전자 기기에 대해 살펴보았다. 이와 같은 5G 안테나를 구비하는 전자 기기, 특히 전자 기기 내부에 배치될 수 있는 low-profile 구조의 안테나를 구비하는 전자 기기의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따르면, 풀 디스플레이 구조에서도 전자 기기의 내부에 작은 크기와 낮은 높이를 갖는 로우 프로파일 안테나(Low Profile)가 배치된 전자 기기를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전자 기기의 커버에 수평으로 전자 기기의 내부에 배치될 수 있는 로우 프로파일 안테나를 통해, 무선 성능을 최적화하면서 안테나 공간 활용도와 배치 자유도가 높은 로우 프로파일 안테나를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 로우 프로파일 안테나를 인접하게 배치하면서 상호 간에 격리도를 확보할 수 있는 1xn MIMO 안테나 모듈을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 각각의 급전 패턴 사이에 배치되는 안테나 패턴이 각각의 안테나 방사체로서뿐만 아니라 De-coupling 효과를 주어 안테나 격리도(S21과 ECC)를 개선시킬 수 있다.
특히 본 발명에 따른 로우 프로파일 안테나는 0.02 λ 이하로 매우 낮은 높이에서 안테나를 효과적으로 설계할 수 있으며, 임피던스 매칭이 용이하다는 장점이 있다.
특히 본 발명에 따른 로우 프로파일 안테나는 방사체의 양 단부가 단락(short)되어 있어, 안테나 크기 소형화와 함께 상호 간 격리도 향상에 따라 여러 안테나를 배열하기에 유리하다는 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, 로우 프로파일 안테나(low-profile antenna)의 설계 및 기저대역 프로세서와 같은 제어부를 통한 안테나와 송수신부 회로의 제어는 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽힐 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, 1250, 1400)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 (20)

  1. 전자 기기에 있어서,
    기판 전면에 소정 길이(length)와 너비(width)를 갖는 금속이 프린트되어 배치되어, 제1 신호를 방사하도록 구성된 금속 패턴(metal pattern);
    상기 금속 패턴이 분리되어 이격된 영역 내에 배치되고, 상기 금속 패턴으로 제1 신호를 커플링 급전하도록 구성된 급전 패턴을 포함하는 제1 안테나;
    상기 기판 전면에 상기 제1 안테나와 대칭 형태로 배치되는 금속 패턴과 제2 급전 패턴을 포함하고, 제2 신호를 방사하도록 구성된 제2 안테나; 및
    상기 급전 패턴 및 상기 제2 급전 패턴과 연결되고, 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나 중 하나를 통해 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호 중 적어도 하나를 방사하도록 구성된 송수신부 회로(transceiver circuit)를 포함하는, 전자 기기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 안테나는 상기 기판의 단부(end portion)에서 제1 금속 패턴 및 제2 금속 패턴과 하부의 그라운드 패턴을 연결하도록 구성된 복수의 비아(via)들을 더 포함하고,
    상기 제2 안테나는 상기 기판의 단부(end portion)에서 제1 금속 패턴 및 제2 금속 패턴과 하부의 그라운드 패턴을 연결하도록 구성된 복수의 비아(via)들을 더 포함하는, 전자 기기.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 급전 패턴의 경계 영역과와 상기 급속 패턴의 인셋 영역의 경계 영역에서, 상기 금속 패턴이 이격된 제1 금속 패턴 및 상기 제2 금속 패턴과 수평면에 형성되는 수평 자계 전류 (horizontal magnetic field)에 의해 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나가 형성되는 기판의 높이를 감소시키는 것을 특징으로 하는, 전자 기기.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 안테나의 금속 패턴과 상기 제2 안테나의 금속 패턴은 제1 기판의 상부에 배치되고,
    상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나는 상기 제1 기판의 중심선을 기준으로 상하 대칭 형태로 배치되고,
    상기 제1 기판의 하부에 제2 기판이 배치되고, 상기 안테나에 대한 기준 전위(reference electric potential)을 제공하도록 상기 제2 기판의 하부에 배치되는 그라운드 층을 더 포함하는, 전자 기기.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는,
    소정 길이와 너비를 갖는 직사각형 형태로 형성되고, 내부에 상기 인셋 영역이 형성되는 제1 방사 부(radiation portion); 및
    상기 제1 방사 부에 연결되고, 소정 각도로 테이퍼링(tapering)되어 너비가 증가하도록 형성되는 제2 방사 부를 포함하는, 전자 기기.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 방사 부와 상기 제2 방사 부가 연결되는 지점에서, 상기 제1 방사 부의 너비는 상기 제2 방사 부의 너비보다 더 넓게 형성되어, 상기 급전 패턴에서 상기 제1 방사부로의 신호의 커플링 량을 증가시키고 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나에 의한 전기적 길이를 증가시키는 것을 특징으로 하는, 전자 기기.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 급전 패턴과 상기 제2 급전 패턴은 상기 제1 방사 부 내부의 인셋 영역에 형성되고,
    상기 급전 패턴과 상기 제2 급전 패턴이 배치되는 위치는 상기 제1 방사 부의 너비 방향으로 단부에서 소정 간격 이격되어 오프셋 배치되어, 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나의 격리도(isolation) 특성을 개선시키는, 전자 기기.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는,
    상기 제2 방사 부에 연결되고, 상기 제2 방사 부와 연결 지점에서 상기 제2 방사부의 너비보다 더 넓은 너비를 갖는 제3 방사부를 더 포함하고,
    상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나의 상기 제3 방사 부는 상호 연결되는 것을 특징으로 하는, 전자 기기.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나는 상하 대칭 형태로 배치되고,
    상기 기판 전면에 상기 제1 안테나와 좌우 대칭 형태로 배치되는 금속 패턴과 제3 급전 패턴을 포함하고, 제3 신호를 방사하도록 구성된 제3 안테나; 및
    상기 기판 상부에 상기 제2 안테나와 좌우 대칭 형태로 배치되는 금속 패턴과 제4 급전 패턴을 포함하고, 제4 신호를 방사하도록 구성된 제4 안테나를 더 포함하는, 전자 기기.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 안테나와 상기 제3 안테나의 금속 패턴의 일 단부는 상호 간에 이격되고, 상기 제2 안테나와 상기 제4 안테나의 금속 패턴의 일 단부는 상호 간에 이격되어 배치되어, 상호 간에 격리도를 개선시기키는, 전자 기기.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 기판의 에지에 해당하는 상기 제1 안테나 내지 상기 제4 안테나의 금속 패턴의 타 단부에는 제1 타입의 비아들이 배치되고,
    상기 기판의 중심 영역에 해당하는 상기 제1 안테나 내지 상기 제4 안테나의 금속 패턴의 일 단부에는 제2 타입의 비아들이 배치되는, 전자 기기.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 급전 패턴은 상기 제1 안테나의 금속 패턴과 동일 평면인 제1 기판의 상부에 배치되고,
    상기 제2 급전 패턴은 상기 제2 안테나의 금속 패턴과 다른 평면인 제1 기판의 하부 또는 제2 기판의 상부에 배치되어, 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나 간의 격리도를 개선시키는, 전자 기기.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 급전 패턴은 상기 제1 안테나의 금속 패턴과 동일 평면인 제1 기판의 상부에 배치되고,
    상기 제3 급전 패턴은 상기 제3 안테나의 금속 패턴과 다른 평면인 제1 기판의 하부 또는 제2 기판의 상부에 배치되어, 상기 제1 안테나와 상기 제3 안테나 간의 격리도를 개선시키는, 전자 기기.
  14. 제9 항에 있어서,
    상기 전자 기기의 측면부에 형성되어, LTE 대역인 제1 대역에서 동작하는 4G 안테나를 더 포함하고, - 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나는 5G Sub 6 대역인 제2 대역에서 동작하는 5G 안테나들이고,
    상기 송수신부 회로와 연결되고, 상기 4G 안테나 및 상기 5G 안테나들 중 적어도 하나를 통해 신호를 송신 및 수신하도록 상기 송수신부 회로를 제어하는 기저대역 프로세서를 더 포함하는, 전자 기기.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 송수신부 회로는 상기 제1 대역의 LTE 신호를 송신 및 수신하고 상기 제2 대역의 5G 신호를 송신 및 수신하도록 구성되고,
    상기 기저대역 프로세서는,
    상기 LTE 신호의 품질이 임계치 이하이면 상기 5G 안테나를 통해 상기 5G 신호를 수신하도록 상기 송수신부 회로를 제어하고,
    광대역 전송이 요청되어 광대역이 할당된 경우, 상기 제1 안테나를 통해 수신되는 상기 제1 대역의 LTE 신호와 상기 제1 내지 제4 안테나 중 최적의 수신 성능을 갖는 안테나를 통해 수신되는 상기 제2 대역의 5G 신호를 이용하여 반송파 집성(CA: Carrier Aggregation)을 수행하는, 전자 기기.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 기저대역 프로세서는,
    상기 제1 안테나를 통해 수신되는 제1 신호와 상기 제4 안테나를 통해 수신되는 제4 신호를 수신하여 다중 입출력(MIMO)을 수행하고,
    상기 제1 신호의 품질 또는 상기 제4 신호의 품질이 임계치 이하이면, 상기 제2 안테나를 통해 수신되는 제2 신호와 상기 제3 안테나를 통해 수신되는 제3 신호를 수신하여 다중 입출력(MIMO)을 수행하는, 전자 기기.
  17. 전자 기기에 있어서,
    기판 전면에 소정 길이(length)와 너비(width)를 갖는 금속이 프린트되어 배치되어, 제1 신호를 방사하도록 구성된 금속 패턴(metal pattern); 및
    상기 금속 패턴이 분리되어 이격된 영역 내에 배치되고, 상기 금속 패턴으로 제1 신호를 커플링 급전하도록 구성된 급전 패턴을 포함하는 제1 안테나;
    상기 기판 전면에 상기 제1 안테나와 대칭 형태로 배치되는 금속 패턴과 제2 급전 패턴을 포함하고, 제2 신호를 방사하도록 구성된 제2 안테나;
    상기 급전 패턴 및 상기 제2 급전 패턴과 연결되고, 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나 중 하나를 통해 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호 중 적어도 하나를 방사하도록 구성된 송수신부 회로(transceiver circuit); 및
    상기 송수신부 회로와 연결되고, 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나로 급전되는 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호의 크기가 가변 되도록 상기 송수신부 회로를 제어하는 기저대역 프로세서(baseband processor)를 포함하는, 전자 기기.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는,
    소정 길이와 너비를 갖는 직사각형 형태로 형성되고, 내부에 상기 인셋 영역이 형성되는 제1 방사 부(radiation portion); 및
    상기 제1 방사 부에 연결되고, 소정 각도로 테이퍼링(tapering)되어 너비가 증가하도록 형성되는 제2 방사 부를 포함하는, 전자 기기.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나는 상하 대칭 형태로 배치되고,
    상기 기판 전면에 상기 제1 안테나와 좌우 대칭 형태로 배치되는 금속 패턴과 제3 급전 패턴을 포함하고, 제3 신호를 방사하도록 구성된 제3 안테나; 및
    상기 기판 상부에 상기 제2 안테나와 좌우 대칭 형태로 배치되는 금속 패턴과 제4 급전 패턴을 포함하고, 제4 신호를 방사하도록 구성된 제4 안테나를 더 포함하는, 전자 기기.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 기저대역 프로세서는,
    상기 제1 안테나를 통해 수신되는 제1 신호와 상기 제4 안테나를 통해 수신되는 제4 신호를 수신하여 다중 입출력(MIMO)을 수행하고,
    상기 제1 신호의 품질 또는 상기 제4 신호의 품질이 임계치 이하이면, 상기 제2 안테나를 통해 수신되는 제2 신호와 상기 제3 안테나를 통해 수신되는 제3 신호를 수신하여 다중 입출력(MIMO)을 수행하는, 전자 기기.
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