WO2021085688A1 - 디스플레이 내장 안테나를 구비하는 전자 기기 - Google Patents

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WO2021085688A1
WO2021085688A1 PCT/KR2019/014659 KR2019014659W WO2021085688A1 WO 2021085688 A1 WO2021085688 A1 WO 2021085688A1 KR 2019014659 W KR2019014659 W KR 2019014659W WO 2021085688 A1 WO2021085688 A1 WO 2021085688A1
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WO
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antenna
display
electronic device
disposed
array antenna
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PCT/KR2019/014659
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English (en)
French (fr)
Inventor
최우철
유치상
정두찬
Original Assignee
엘지전자 주식회사
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/44—Details of, or arrangements associated with, antennas using equipment having another main function to serve additionally as an antenna, e.g. means for giving an antenna an aesthetic aspect
    • H01Q1/46—Electric supply lines or communication lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart

Definitions

  • the present invention relates to an electronic device having an antenna with a built-in display.
  • Electronic devices can be divided into mobile/portable terminals and stationary terminals depending on whether they can be moved. Again, electronic devices can be divided into handheld terminals and vehicle mounted terminals depending on whether or not the user can directly carry them.
  • the functions of electronic devices are diversifying. For example, there are functions of data and voice communication, taking pictures and videos through a camera, recording voices, playing music files through a speaker system, and outputting images or videos to the display unit.
  • Some terminals add an electronic game play function or perform a multimedia player function.
  • recent mobile terminals can receive multicast signals providing visual content such as broadcasting and video or television programs.
  • Such electronic devices are diversified, they are implemented in the form of a multimedia player with complex functions such as, for example, taking photos or videos, playing music or video files, receiving games, and broadcasting. have.
  • wireless communication systems using LTE communication technology have recently been commercialized in electronic devices, providing various services.
  • wireless communication systems using 5G communication technology are expected to be commercialized and provide various services. Meanwhile, some of the LTE frequency bands may be allocated to provide 5G communication services.
  • the mobile terminal may be configured to provide 5G communication services in various frequency bands. Recently, attempts have been made to provide a 5G communication service using a Sub6 band of 6 GHz or less. However, in the future, it is expected to provide 5G communication service using millimeter wave (mmWave) band in addition to Sub6 band for faster data rate.
  • mmWave millimeter wave
  • frequency bands to be allocated for 5G communication services in the mmWave band are considered to be 28 GHz band, 39 GHz and 64 GHz band.
  • a plurality of array antennas may be disposed in the electronic device in the millimeter wave band.
  • a plurality of other antennas may be disposed in the electronic device. Accordingly, there is a need to transmit and receive signals through the front side of the electronic device while preventing interference with a plurality of existing antennas. To this end, research on a transparent antenna implemented with a metal mesh line embedded in a display of an electronic device is being conducted.
  • some of the feeding parts that feed the display internal antenna such as such a transparent antenna may be implemented with an opaque material. Accordingly, there is a problem in that there is no specific solution for an efficient connection method between some transmission lines and a transparent antenna among the feeding units arranged in the opaque area of the electronic device. Accordingly, there is a problem in that transparency and visibility of the display antenna are deteriorated due to the opacity of the power supply unit that feeds the display antenna, such as a transparent antenna.
  • Another object is to radiate a signal through the front of the display through the display built-in antenna.
  • Another object of the present invention is to improve transparency and visibility in an electronic device having an antenna with a built-in display.
  • Another object of the present invention is to change the polarization mode of each antenna element without changing the structure of the electronic device in an electronic device having an antenna with a built-in display.
  • an electronic device including a display antenna for 5G communication may include a flexible printed circuit board (FPCB); And a display built-in antenna configured in the form of a transparent metal film inside the display and configured to radiate a signal supplied from a feeder of the FPCB to the front of the display, wherein the feeding part is made of metal CPW feeding unit in which the pattern and the ground pattern are disposed on the same plane; And a second metal pattern connected to the metal pattern of the CPW power supply unit, having a predetermined length and a predetermined width, and being spaced apart from the display antenna and configured to be gap-coupled.
  • FPCB flexible printed circuit board
  • a display built-in antenna configured in the form of a transparent metal film inside the display and configured to radiate a signal supplied from a feeder of the FPCB to the front of the display, wherein the feeding part is made of metal CPW feeding unit in which the pattern and the ground pattern are disposed on the same plane
  • a second metal pattern connected to the metal pattern of the CPW
  • the second metal pattern is an open slot area corresponding to the inner area of the built-in antenna so that the signal from the second metal pattern is coupled in both the length direction and the width direction of the display built-in antenna. region).
  • the display antenna may include a coupling region disposed adjacent to the second metal pattern in the width direction and configured to couple a signal from the second metal pattern.
  • the display antenna may further include a radiation region disposed adjacent to the second metal pattern in a longitudinal direction, and configured to couple and radiate a signal from the second metal pattern.
  • the power supply unit may further include a microstrip line connected to the CPW power supply unit and configured to be connected to the main PCB.
  • the display antenna may be formed as a thin film between an optically clear adhesive layer (OCA) and a cycloolefine polymer layer (COP) disposed under a cover glass of the display.
  • OCA optically clear adhesive layer
  • COP cycloolefine polymer layer
  • the copper sheet under the display is a copper under the OLED panel and may operate as a ground plane of the display antenna.
  • the second metal pattern of the power supply unit may be bonded with an anisotropic conductive film (ACF) between the CPW power supply unit and the CPW region.
  • ACF anisotropic conductive film
  • the display antenna may be configured as a one-dimensional array antenna that is spaced apart from each other in a side area of the display.
  • the second metal pattern is formed in a structure in which the second metal pattern is bent at a predetermined angle
  • the second metal pattern is formed in a structure in which the second metal pattern is bent at a predetermined angle, and polarization of each antenna element of the one-dimensional array antenna by the bent structure Is subject to change.
  • the second metal pattern may be configured in a CPW line shape. Meanwhile, the second metal pattern may be disposed in the CPW area of the power supply unit so that the signal from the second metal pattern is coupled in the longitudinal direction of the display antenna.
  • the display antenna may include a first type antenna that is a first array antenna to a fourth array antenna disposed in different areas of the display. Meanwhile, a transceiver circuit connected to the first array antenna to the fourth array antenna and configured to apply a signal to at least one of the first array antenna to the fourth array antenna may be further included.
  • some of the first to fourth array antennas may operate as vertically polarized antennas.
  • the rest of the first to fourth array antennas may operate as horizontal polarized antennas.
  • the horizontal polarized antenna may be disposed in upper and lower areas of the display.
  • the electronic device may further include a baseband processor connected to the transceiver circuit and configured to perform multiple input/output (MIMO) through the first array antenna to the fourth array antenna.
  • the baseband processor may perform multiple input/output (MIMO) using one of the vertically polarized antennas and one of the horizontally polarized antennas.
  • a second type antenna which is a fifth array antenna to an eighth array antenna disposed inside the electronic device, may be further included.
  • the baseband processor may perform diversity using at least one of the first type antenna and at least one of the second type antenna.
  • an antenna selected from the first type antenna and an antenna selected from the second type antenna may be disposed at corresponding positions in consideration of the flip operation of the electronic device.
  • the display antenna may include a CPW-fed patch antenna disposed on a side surface of the display and configured to radiate a first signal through a patch.
  • the display antenna may include a CPW-fed slot antenna disposed in an opaque area above and below the display and configured to radiate a second signal to the slot.
  • a CPW feeder may be gap-coupled with the display antenna.
  • the CPW power supply unit is disposed in a central region of the internal antenna, and a signal from a second metal pattern bent at a predetermined angle may be coupled through a left or right partial region of the patch antenna.
  • a signal from a second metal pattern disposed in an area adjacent to a side surface of the internal antenna and bent at a predetermined angle may be coupled through the entire area of the patch antenna.
  • the display antenna may be configured as an array antenna.
  • the second metal patterns are disposed in a mutually symmetrical shape between adjacent elements of the array antenna, thereby improving bandwidth characteristics of the array antenna.
  • An electronic device includes a flexible printed circuit board (FPCB); A display built-in antenna configured in the form of a transparent metal film inside the display and configured to radiate a signal supplied from a feeder of the FPCB to the front of the display; And a transceiver circuit connected to the first to fourth array antennas and configured to apply a signal to at least one of the first to fourth array antennas.
  • FPCB flexible printed circuit board
  • a display built-in antenna configured in the form of a transparent metal film inside the display and configured to radiate a signal supplied from a feeder of the FPCB to the front of the display
  • a transceiver circuit connected to the first to fourth array antennas and configured to apply a signal to at least one of the first to fourth array antennas.
  • the antenna may include a first array antenna to a fourth array antenna disposed in different areas of the display, and the feed portion has a predetermined length and a predetermined width, and is spaced apart from the display internal antenna to provide a gap couple. It can be configured to be ringed.
  • a baseband processor capable of performing multiple input/output (MIMO) using a vertically polarized antenna and a horizontally polarized antenna among the first to fourth array antennas may be further included.
  • MIMO multiple input/output
  • a signal can be efficiently radiated even to the front of the display through a display built-in antenna implemented with metal lines implemented on a dielectric substrate in the form of a film in the display.
  • transparency and visibility may be improved by optimally designing a power supply structure in an opaque region and a transparent region other than the antenna element.
  • the polarization mode of each antenna element can be changed by optimizing the coupling position of the feed line bent at a predetermined angle without changing the structure of the electronic device in an electronic device having an antenna with a built-in display.
  • FIGS. 1B and 1C are conceptual diagrams of an example of an electronic device related to the present disclosure viewed from different directions.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a wireless communication unit of an electronic device capable of operating in a plurality of wireless communication systems according to an exemplary embodiment.
  • FIG 3 illustrates an example of a configuration in which a plurality of antennas of an electronic device may be disposed according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 4A illustrates an electronic device including a display antenna and a transmission line built into a display according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 4B illustrates a structure in which an antenna with built-in display disposed on a side of an electronic device is connected to an FPCB according to an exemplary embodiment.
  • 4C illustrates a structure in which a plurality of display antennas are coupled with a transceiver circuit and a baseband processor according to an exemplary embodiment.
  • 5A is a diagram illustrating a combined structure of a power supply unit and an antenna with a built-in display according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 5B shows a structure in which the single antenna element according to FIG. 5A is extended to a one-dimensional array antenna.
  • FIG. 5C illustrates a configuration in which the display antenna according to FIG. 5A is connected to the FPCB from the side of the electronic device.
  • FIG. 6 illustrates a configuration in which an antenna with a built-in display is connected to an FPCB according to an embodiment.
  • FIG. 7 illustrates a configuration in which an FPCB connected to an antenna with a built-in display is connected to a main PCB according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 8A illustrates a combination structure of a power feeding structure and an antenna with a built-in display according to another embodiment.
  • FIG. 8B shows a structure in which the single antenna element according to FIG. 8A is extended to a one-dimensional array antenna.
  • FIG. 8C illustrates a configuration in which the display antenna according to FIG. 8A is connected to the FPCB from the side of the electronic device.
  • 9A is a conceptual diagram illustrating a beam scan performed by an array antenna with a built-in display according to an exemplary embodiment.
  • 9B is a conceptual diagram illustrating a beam scan performed by an array antenna disposed inside an electronic device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 10A illustrates a patch type antenna and a slot type antenna as an antenna with a built-in display according to an exemplary embodiment.
  • 10B is a display-embedded antenna according to an exemplary embodiment, showing different cap coupling types.
  • FIG. 11A shows a form in which the gap coupling patch antenna element of FIG. 10B is configured as an array antenna.
  • FIG. 11B shows a form in which the gap coupling offset patch antenna element of FIG. 10B is configured as an array antenna.
  • FIG. 12 illustrates a configuration of an electronic device including a plurality of array antennas, a transceiver circuit, and a baseband processor according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 13 illustrates a block diagram of a wireless communication system to which the methods proposed in the present specification can be applied.
  • Electronic devices described herein include a mobile phone, a smart phone, a laptop computer, a digital broadcasting terminal, a personal digital assistant (PDA), a portable multimedia player (PMP), a navigation system, and a slate PC.
  • PDA personal digital assistant
  • PMP portable multimedia player
  • Tablet PC ultrabook
  • wearable device for example, smartwatch, smart glass, head mounted display (HMD), etc. have.
  • FIG. 1A is a block diagram illustrating an electronic device related to the present invention
  • FIGS. 1B and 1C are conceptual diagrams of an example of an electronic device related to the present disclosure viewed from different directions.
  • the electronic device 100 includes a wireless communication unit 110, an input unit 120, a sensing unit 140, an output unit 150, an interface unit 160, a memory 170, a control unit 180, and a power supply unit 190. ) And the like.
  • the components shown in FIG. 1A are not essential for implementing an electronic device, and thus an electronic device described in the present specification may have more or fewer components than those listed above.
  • the wireless communication unit 110 may be configured between the electronic device 100 and the wireless communication system, between the electronic device 100 and other electronic devices 100, or between the electronic device 100 and an external server. It may include one or more modules to enable wireless communication between. In addition, the wireless communication unit 110 may include one or more modules that connect the electronic device 100 to one or more networks.
  • the one or more networks may be, for example, a 4G communication network and a 5G communication network.
  • the wireless communication unit 110 may include at least one of a 4G wireless communication module 111, a 5G wireless communication module 112, a short-range communication module 113, and a location information module 114.
  • the 4G wireless communication module 111 may transmit and receive 4G base stations and 4G signals through a 4G mobile communication network. At this time, the 4G wireless communication module 111 may transmit one or more 4G transmission signals to the 4G base station. In addition, the 4G wireless communication module 111 may receive one or more 4G reception signals from the 4G base station.
  • an uplink (UL) multi-input multi-output (MIMO) may be performed by a plurality of 4G transmission signals transmitted to the 4G base station.
  • a downlink (DL) multi-input multi-output (MIMO) may be performed by a plurality of 4G reception signals received from a 4G base station.
  • the 5G wireless communication module 112 may transmit and receive 5G base stations and 5G signals through a 5G mobile communication network.
  • the 4G base station and the 5G base station may have a non-stand-alone (NSA) structure.
  • the 4G base station and the 5G base station may have a co-located structure disposed at the same location within a cell.
  • the 5G base station may be disposed in a separate location from the 4G base station in a stand-alone (SA) structure.
  • SA stand-alone
  • the 5G wireless communication module 112 may transmit and receive 5G base stations and 5G signals through a 5G mobile communication network. At this time, the 5G wireless communication module 112 may transmit one or more 5G transmission signals to the 5G base station. In addition, the 5G wireless communication module 112 may receive one or more 5G received signals from the 5G base station.
  • the 5G frequency band may use the same band as the 4G frequency band, and this may be referred to as LTE re-farming.
  • the 5G frequency band the Sub6 band, which is a band below 6GHz, may be used.
  • a millimeter wave (mmWave) band may be used as a 5G frequency band to perform broadband high-speed communication.
  • the electronic device 100 may perform beam forming for communication coverage expansion with a base station.
  • uplink MIMO may be performed by a plurality of 5G transmission signals transmitted to the 5G base station.
  • downlink (DL) MIMO may be performed by a plurality of 5G reception signals received from the 5G base station.
  • the wireless communication unit 110 may be in a dual connectivity (DC) state with a 4G base station and a 5G base station through the 4G wireless communication module 111 and the 5G wireless communication module 112.
  • DC dual connectivity
  • the dual connection between the 4G base station and the 5G base station may be referred to as EN-DC (EUTRAN NR DC).
  • EUTRAN is an Evolved Universal Telecommunication Radio Access Network, which means 4G wireless communication system
  • NR is New Radio, which means 5G wireless communication system.
  • a 4G reception signal and a 5G reception signal may be simultaneously received through the 4G wireless communication module 111 and the 5G wireless communication module 112.
  • the short range communication module 113 is for short range communication, and includes BluetoothTM, Radio Frequency Identification (RFID), Infrared Data Association (IrDA), Ultra Wideband (UWB), ZigBee, and NFC. Near field communication may be supported using at least one of (Near Field Communication), Wi-Fi (Wireless-Fidelity), Wi-Fi Direct, and Wireless USB (Wireless Universal Serial Bus) technologies.
  • the short-range communication module 114 may be configured between the electronic device 100 and a wireless communication system, between the electronic device 100 and other electronic devices 100, or between the electronic device 100 and other electronic devices 100 through wireless area networks. ) And a network in which another electronic device 100 or an external server is located may support wireless communication.
  • the local area wireless communication network may be a wireless personal area network (Wireless Personal Area Networks).
  • short-range communication between electronic devices may be performed using the 4G wireless communication module 111 and the 5G wireless communication module 112.
  • short-range communication may be performed between electronic devices through a device-to-device (D2D) method without passing through a base station.
  • D2D device-to-device
  • carrier aggregation using at least one of the 4G wireless communication module 111 and 5G wireless communication module 112 and the Wi-Fi communication module 113 for transmission speed improvement and communication system convergence (convergence)
  • 4G + WiFi carrier aggregation may be performed using the 4G wireless communication module 111 and the Wi-Fi communication module 113.
  • 5G + WiFi carrier aggregation may be performed using the 5G wireless communication module 112 and the Wi-Fi communication module 113.
  • the location information module 114 is a module for obtaining a location (or current location) of an electronic device, and representative examples thereof include a GPS (Global Positioning System) module or a WiFi (Wireless Fidelity) module.
  • a GPS Global Positioning System
  • WiFi Wireless Fidelity
  • the electronic device may acquire the location of the electronic device by using a signal transmitted from a GPS satellite.
  • the location of the electronic device may be obtained based on information of the Wi-Fi module and a wireless access point (AP) that transmits or receives a wireless signal.
  • AP wireless access point
  • the location information module 114 may perform any function among other modules of the wireless communication unit 110 in order to obtain data on the location of the electronic device as a substitute or additionally.
  • the location information module 114 is a module used to obtain the location (or current location) of the electronic device, and is not limited to a module that directly calculates or obtains the location of the electronic device.
  • the electronic device may acquire the location of the electronic device based on information of the 5G wireless communication module and a 5G base station transmitting or receiving a wireless signal.
  • the 5G base station in the mmWave band is deployed in a small cell having a narrow coverage, it is advantageous to obtain the location of the electronic device.
  • the input unit 120 includes a camera 121 or an image input unit for inputting an image signal, a microphone 122 for inputting an audio signal, or an audio input unit, and a user input unit 123 for receiving information from a user, for example, , A touch key, a mechanical key, etc.).
  • the voice data or image data collected by the input unit 120 may be analyzed and processed as a user's control command.
  • the sensing unit 140 may include one or more sensors for sensing at least one of information in the electronic device, information on surrounding environments surrounding the electronic device, and user information.
  • the sensing unit 140 includes a proximity sensor 141, an illumination sensor 142, a touch sensor, an acceleration sensor, a magnetic sensor, and gravity.
  • G-sensor gyroscope sensor
  • motion sensor motion sensor
  • RGB sensor infrared sensor
  • IR sensor infrared sensor
  • fingerprint sensor fingerprint sensor
  • ultrasonic sensor ultrasonic sensor
  • Optical sensor for example, camera (see 121)), microphone (microphone, see 122), battery gauge, environmental sensor (for example, barometer, hygrometer, thermometer, radiation detection sensor, It may include at least one of a heat sensor, a gas sensor, etc.), and a chemical sensor (eg, an electronic nose, a healthcare sensor, a biometric sensor, etc.). Meanwhile, the electronic device disclosed in the present specification may combine and utilize information sensed by at least two or more of these sensors.
  • the output unit 150 is for generating an output related to visual, auditory or tactile sense, and includes at least one of a display unit 151, an audio output unit 152, a hap tip module 153, and a light output unit 154. can do.
  • the display unit 151 may implement a touch screen by forming a layer structure or integrally with the touch sensor.
  • the touch screen may function as a user input unit 123 that provides an input interface between the electronic device 100 and a user, and may provide an output interface between the electronic device 100 and the user.
  • the interface unit 160 serves as a passage between various types of external devices connected to the electronic device 100.
  • the interface unit 160 connects a wired/wireless headset port, an external charger port, a wired/wireless data port, a memory card port, and a device equipped with an identification module. It may include at least one of a port, an audio input/output (I/O) port, an input/output (video I/O) port, and an earphone port.
  • the electronic device 100 may perform appropriate control related to the connected external device in response to the connection of the external device to the interface unit 160.
  • the memory 170 stores data supporting various functions of the electronic device 100.
  • the memory 170 may store a plurality of application programs or applications driven by the electronic device 100, data for the operation of the electronic device 100, and commands. At least some of these application programs may be downloaded from an external server through wireless communication. In addition, at least some of these application programs may exist on the electronic device 100 from the time of shipment for basic functions of the electronic device 100 (eg, incoming calls, outgoing functions, message receiving, and outgoing functions). Meanwhile, the application program may be stored in the memory 170, installed on the electronic device 100, and driven by the controller 180 to perform an operation (or function) of the electronic device.
  • the controller 180 In addition to the operation related to the application program, the controller 180 generally controls the overall operation of the electronic device 100.
  • the controller 180 may provide or process appropriate information or functions to a user by processing signals, data, information, etc. input or output through the above-described components or by driving an application program stored in the memory 170.
  • the controller 180 may control at least some of the components discussed with reference to FIG. 1A. Furthermore, in order to drive the application program, the controller 180 may operate by combining at least two or more of the components included in the electronic device 100 with each other.
  • the power supply unit 190 receives external power and internal power under the control of the controller 180 and supplies power to each of the components included in the electronic device 100.
  • the power supply unit 190 includes a battery, and the battery may be a built-in battery or a replaceable battery.
  • At least some of the respective components may operate in cooperation with each other to implement an operation, control, or control method of an electronic device according to various embodiments described below.
  • the operation, control, or control method of the electronic device may be implemented on the electronic device by driving at least one application program stored in the memory 170.
  • the disclosed electronic device 100 includes a bar-shaped terminal body.
  • the present invention is not limited thereto, and can be applied to various structures such as a watch type, a clip type, a glass type, or a folder type in which two or more bodies are relatively movably coupled, a flip type, a slide type, a swing type, and a swivel type. .
  • a specific type of electronic device the description of a specific type of electronic device may be generally applied to other types of electronic devices.
  • the terminal body may be understood as a concept referring to the electronic device 100 as at least one aggregate.
  • the electronic device 100 includes a case (for example, a frame, a housing, a cover, etc.) forming an exterior. As shown, the electronic device 100 may include a front case 101 and a rear case 102. Various electronic components are disposed in an inner space formed by the combination of the front case 101 and the rear case 102. At least one middle case may be additionally disposed between the front case 101 and the rear case 102.
  • a case for example, a frame, a housing, a cover, etc.
  • the electronic device 100 may include a front case 101 and a rear case 102.
  • Various electronic components are disposed in an inner space formed by the combination of the front case 101 and the rear case 102.
  • At least one middle case may be additionally disposed between the front case 101 and the rear case 102.
  • a display unit 151 is disposed on the front of the terminal body to output information. As illustrated, the window 151a of the display unit 151 may be mounted on the front case 101 to form the front surface of the terminal body together with the front case 101.
  • electronic components may be mounted on the rear case 102 as well.
  • Electronic components that can be mounted on the rear case 102 include a detachable battery, an identification module, and a memory card.
  • a rear cover 103 for covering the mounted electronic component may be detachably coupled to the rear case 102. Accordingly, when the rear cover 103 is separated from the rear case 102, the electronic components mounted on the rear case 102 are exposed to the outside. Meanwhile, some of the side surfaces of the rear case 102 may be implemented to operate as a radiator.
  • the rear cover 103 when the rear cover 103 is coupled to the rear case 102, a part of the side of the rear case 102 may be exposed. In some cases, when the rear case 102 is combined, the rear case 102 may be completely covered by the rear cover 103. Meanwhile, the rear cover 103 may be provided with an opening for exposing the camera 121b or the sound output unit 152b to the outside.
  • the electronic device 100 includes a display unit 151, first and second sound output units 152a and 152b, a proximity sensor 141, an illuminance sensor 142, a light output unit 154, and first and second sound output units.
  • Cameras 121a and 121b, first and second operation units 123a and 123b, microphone 122, interface unit 160, and the like may be provided.
  • the display unit 151 displays (outputs) information processed by the electronic device 100.
  • the display unit 151 may display execution screen information of an application program driven by the electronic device 100, or UI (User Interface) and GUI (Graphic User Interface) information according to such execution screen information. .
  • two or more display units 151 may exist depending on the implementation form of the electronic device 100.
  • a plurality of display units may be spaced apart or integrally disposed on one surface, or may be disposed on different surfaces, respectively.
  • the display unit 151 may include a touch sensor that senses a touch on the display unit 151 so as to receive a control command by a touch method.
  • the touch sensor detects the touch, and the controller 180 may be configured to generate a control command corresponding to the touch based on this.
  • the content input by the touch method may be letters or numbers, or menu items that can be indicated or designated in various modes.
  • the display unit 151 may form a touch screen together with a touch sensor, and in this case, the touch screen may function as a user input unit 123 (see FIG. 1A). In some cases, the touch screen may replace at least some functions of the first manipulation unit 123a.
  • the first sound output unit 152a may be implemented as a receiver that transmits a call sound to the user's ear, and the second sound output unit 152b is a loud speaker that outputs various alarm sounds or multimedia playback sounds. It can be implemented in the form of ).
  • the light output unit 154 is configured to output light for notifying when an event occurs. Examples of the event include message reception, call signal reception, missed call, alarm, schedule notification, e-mail reception, and information reception through an application. When the user's event confirmation is detected, the controller 180 may control the light output unit 154 to terminate the output of light.
  • the first camera 121a processes an image frame of a still image or a moving picture obtained by an image sensor in a photographing mode or a video call mode.
  • the processed image frame may be displayed on the display unit 151 and may be stored in the memory 170.
  • the first and second manipulation units 123a and 123b are an example of a user input unit 123 that is manipulated to receive a command for controlling the operation of the electronic device 100, and may also be collectively referred to as a manipulating portion. have.
  • the first and second manipulation units 123a and 123b may be employed in any manner as long as the user operates while receiving a tactile feeling, such as touch, push, and scroll.
  • the first and second manipulation units 123a and 123b may also be employed in a manner in which the first and second manipulation units 123a and 123b are manipulated without a user's tactile feeling through proximity touch, hovering touch, or the like.
  • the electronic device 100 may be provided with a fingerprint recognition sensor for recognizing a user's fingerprint, and the controller 180 may use fingerprint information 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.
  • 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 may further include a duplexer 231, a filter 232, and a switch 233.
  • the duplexer 231 is configured to separate signals in the transmission band and the reception band from each other.
  • the signal of the transmission band transmitted through the first and second power amplifiers 210 and 220 is applied to the antennas ANT1 and ANT4 through the first output port of the duplexer 231.
  • signals in the reception band received through the antennas ANT1 and ANT4 are received by the low noise amplifiers 310 and 340 through the second output port of the duplexer 231.
  • the filter 232 may be configured to pass a signal in a transmission band or a reception band and block signals in the remaining bands.
  • the filter 232 may include a transmission filter connected to the first output port of the duplexer 231 and a reception filter connected to the second output port of the duplexer 231.
  • the filter 232 may be configured to pass only the signal of the transmission band or only the signal of the reception band according to the control signal.
  • the switch 233 is configured to transmit only either a transmission signal or a reception signal.
  • the switch 233 may be configured in the form of a single pole double throw (SPDT) to separate a transmission signal and a reception signal in a time division multiplexing (TDD) scheme.
  • the transmission signal and the reception signal are signals of the same frequency band, and accordingly, the duplexer 231 may be implemented in the form of a circulator.
  • the switch 233 is applicable to a frequency division multiplexing (FDD) scheme.
  • the switch 233 may be configured in the form of a Double Pole Double Throw (DPDT) so as to connect or block a transmission signal and a reception signal, respectively.
  • DPDT Double Pole Double Throw
  • the switch 233 is not necessarily required.
  • the electronic device may further include a modem 400 corresponding to a control unit.
  • the RFIC 250 and the modem 400 may be referred to as a first control unit (or a first processor) and a second control unit (a second processor), respectively.
  • the RFIC 250 and the modem 400 may be implemented as physically separate circuits.
  • the RFIC 250 and the modem 400 may be physically divided into one circuit logically or functionally.
  • the modem 400 may perform control and signal processing for transmission and reception of signals through different communication systems through the RFIC 250.
  • the modem 400 may be obtained through control information received from a 4G base station and/or a 5G base station.
  • the control information may be received through a physical downlink control channel (PDCCH), but is not limited thereto.
  • PDCCH physical downlink control channel
  • the modem 400 may control the RFIC 250 to transmit and/or receive signals through the first communication system and/or the second communication system at a specific time and frequency resource. Accordingly, the RFIC 250 may control transmission circuits including the first and second power amplifiers 210 and 220 to transmit a 4G signal or a 5G signal in a specific time period. In addition, the RFIC 250 may control receiving circuits including the first to fourth low noise amplifiers 310 to 340 to receive a 4G signal or a 5G signal in a specific time period.
  • the 5G frequency band may be a higher frequency band than the Sub6 band.
  • the 5G frequency band may be a millimeter wave band, but is not limited thereto and may be changed according to an application.
  • FIG. 3 illustrates an example of a configuration in which a plurality of antennas of an electronic device may be disposed according to an exemplary embodiment.
  • a plurality of antennas 1110a to 1110d may be disposed on the front surface of the electronic device 100.
  • the plurality of antennas 1110a to 1110d disposed on the front surface of the electronic device 100 may be implemented as a transparent antenna embedded in the display.
  • a plurality of antennas 1110S1 and 1110S2 may be disposed on the side of the electronic device 100.
  • antennas 1150B may be disposed on the rear surface of the electronic device 100.
  • a plurality of antennas ANT 1 to ANT 4 may be disposed on the front surface of the electronic device 100.
  • each of the plurality of antennas ANT 1 to ANT may be configured as an array antenna to perform beamforming in a millimeter wave band.
  • Each of a plurality of antennas (ANT 1 to ANT) composed of a single antenna and/or a phased array antenna for use of a wireless circuit such as the transceiver circuit 250 is mounted on the electronic device 100 Can be.
  • each of the plurality of antennas 1110a to 1110d may be configured as an array antenna.
  • the electronic device can communicate with the base station through any one of the plurality of antennas 1110a to 1110d.
  • the electronic device may perform multiple input/output (MIMO) communication with the base station through two or more of the plurality of antennas 1110a to 1110d.
  • MIMO multiple input/output
  • the present invention may transmit or receive at least one signal through a plurality of antennas 1110S1 and 1110S2 on the side of the electronic device 100.
  • at least one signal may be transmitted or received through a plurality of antennas 1110S1 to 1110S4 on the front surface of the electronic device 100.
  • each of the plurality of antennas 1110S1 to 1110S4 may be configured as an array antenna.
  • the electronic device can communicate with the base station through any one of the plurality of antennas 1110S1 to 1110S4.
  • the electronic device may perform multiple input/output (MIMO) communication with the base station through two or more of the plurality of antennas 1110S1 to 1110S4.
  • MIMO multiple input/output
  • the present invention may transmit or receive at least one signal through a plurality of antennas 1110a to 1110d, 1150B, and 1110S1 to 1110S4 on the front and/or side of the electronic device 100.
  • each of the plurality of antennas 1110a to 1110d, 1150B, and 1110S1 to 1110S4 may be configured as an array antenna.
  • the electronic device can communicate with the base station through any one of the plurality of antennas 1110a to 1110d, 1150B, and 1110S1 to 1110S4.
  • the electronic device may perform multiple input/output (MIMO) communication with the base station through two or more of the plurality of antennas 1110a to 1110d, 1150B, and 1110S1 to 1110S4.
  • MIMO multiple input/output
  • FIG. 4A illustrates an electronic device including a display antenna and a transmission line built into a display according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 4B illustrates a structure in which a display built-in antenna disposed on a side of an electronic device is connected to an FPCB according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 4C illustrates a structure in which a plurality of display antennas according to an example are combined with a transceiver circuit and a baseband processor.
  • FIG. 5A shows a structure of a combination of a power supply unit and an antenna with a built-in display according to an example.
  • FIG. 5B shows a structure in which the single antenna element according to FIG. 5A is extended to a one-dimensional array antenna.
  • FIG. 5C shows a configuration in which the antenna built-in display according to FIG. 5A is connected to the FPCB from the side of the electronic device.
  • the electronic device needs to have an array antenna including a plurality of antennas for performing beamforming.
  • a plurality of antenna modules including array antennas may be provided to increase communication capacity and antenna diversity such as multiple input/output (MIMO) in 5G communication.
  • MIMO multiple input/output
  • a plurality of antennas 1110S1 and 1110S2 may be disposed on the side of the electronic device 100 of FIG. 3.
  • the number of the plurality of antennas 1110S1 and 1110S2 is not limited to two, but may be extended to three, four, six, eight, and the like.
  • mmWave antenna modules on the top and left/right sides of the electronic device, it is possible to secure beam coverage at a predetermined angle.
  • an object of the present invention is to provide a plurality of array antenna modules using a display built-in antenna that can be disposed inside a display.
  • the electronic device includes an antenna 1110 built into the display 151 and a transmission line 1120 configured to feed the antenna 1110.
  • the display 151 may be composed of an OLED or an LCD.
  • the electronic device includes a transmission line 1120 configured to feed a plurality of antennas ANT 1 to ANT 4 and antennas ANT 1 to ANT 4 embedded in the display 151.
  • each of the plurality of antennas ANT 1 to ANT 4 may be implemented as an array antenna and configured to perform beamforming.
  • array antennas of each of the plurality of antennas 1110a to 1110d may be disposed to be spaced apart from each other to operate to perform multiple input/output (MIMO).
  • MIMO multiple input/output
  • spatial beam forming may be performed so that the beam directions by each of the plurality of antennas ANT 1 to ANT 4 are substantially orthogonal to each other.
  • each antenna element of the plurality of array antennas ANT 1 to ANT 4 may be formed of a metal mesh formed in one direction to improve visibility.
  • a metal mesh line formed in a diagonal direction of a specific angle may be provided inside each antenna element of the plurality of array antennas ANT 1 to ANT 4.
  • the present invention is not limited thereto, and a metal mesh line formed in a horizontal direction or a vertical direction may be provided inside each antenna element.
  • four antenna elements may be implemented as one array antenna.
  • the present invention is not limited thereto, and may be changed to a 2x1, 4x1, or 8x1 array antenna.
  • Beamforming in the millimeter wave (mmWave) band is possible using such an array antenna.
  • the transparent antenna may operate in the Sub6 band.
  • the transparent antenna operating in the Sub6 band does not have to be provided in the form of an array antenna.
  • a single antenna may be disposed to be spaced apart from each other to operate to perform multiple input/output (MIMO).
  • MIMO multiple input/output
  • the patch antenna of FIG. 4A is not disposed as an array antenna, and a single antenna-type patch antenna is disposed in the upper left, lower left, upper right, and lower right of the electronic device, and each patch antenna is provided with multiple input/output (MIMO ).
  • MIMO multiple input/output
  • an electronic device includes a display built-in antenna 1110 and a flexible printed circuit board (FPCB).
  • the display antenna 110 may be implemented as a metal mesh line or a transparent film type display.
  • the internal display antenna 110 may be referred to as a transparent antenna.
  • the display antenna 1110 may be configured in the form of a transparent metal film inside the display 1511 and may be configured to radiate a signal supplied from a feeder 1120 of the FPCB to the front of the display 151.
  • the power supply unit 1120 may be configured to include a CPW power supply unit 1121 and a second metal pattern 1122.
  • the power supply unit 1120 may be configured to include a CPW power supply unit 1121, a second metal pattern 1122, and a microstrip line 1123.
  • the CPW power supply unit 1121 is configured such that the metal pattern and the ground (GND) pattern are disposed on the same plane.
  • the second metal pattern 1122 is connected to the metal pattern of the CPW power supply unit 1121, has a predetermined length and a predetermined width, and is spaced apart from the display antenna 1110 to be gap-coupled.
  • the length of the CPW power supply 1121 is indicated by L1, the length direction corresponds to the Y axis, and the width direction corresponds to the X axis.
  • a signal from the second metal pattern 1122 may be transmitted so as to be coupled in both the length direction and the width direction of the display antenna 1110.
  • the second metal pattern 1122 may be disposed in an open slot region corresponding to an inner region of the display antenna 1110. That is, the internal display antenna 1110 and the second metal pattern 1122 are arranged in a mutually coupling structure such as an internal insertion structure to enable gap coupling.
  • the display antenna 1110 may include a coupling region (CR) and a radiation region (RR).
  • the coupling region CR is disposed adjacent to the second metal pattern 1122 in the width direction, and is configured to couple a signal from the second metal pattern 1122.
  • the radiation region RR is disposed adjacent to the second metal pattern 1122 in the longitudinal direction, and the signal from the second metal pattern 1122 is coupled and radiated to the outside of the electronic device.
  • the display antenna 1110 since the display antenna 1110 is disposed on the same plane as the CPW feed structure, it may be referred to as a coplanar antenna.
  • the CPW power supply unit includes a metal pattern 1121 and a CPW ground (CPW GND) surrounding the metal pattern 1121.
  • the CPW feeder of the feeder 1120 may be referred to as “coplanar waveguide with ground”.
  • a line connected to the CPW feeder of the feeder 1120 may be implemented as a microstrip line 1123.
  • the microstrip line 1123 of the power supply unit 1120 may be connected to the CPW power supply unit 1122 and may be configured to be connected to the main PCB (refer to FIG. 7 ).
  • a transceiver circuit 1250 and a baseband processor 1400 may be disposed on the main PCB.
  • the transceiver circuit 1250 is connected to the first array antenna 1110a to the fourth array antenna 1110d, and transmits a signal to at least one of the first array antenna 1110a to the fourth array antenna 1110d. It is configured to apply.
  • the baseband processor 1400 is connected to the transceiver circuit 1250 and is configured to perform multiple input/output (MIMO) through the first array antenna 1110a to the fourth array antenna 1110d.
  • MIMO multiple input/output
  • the opening surface of the antenna/antenna module needs to be designed to face the front of the display.
  • the antenna design space at the top of the display is narrow, it is necessary to reduce the size and thickness of the antenna/antenna module.
  • the present invention proposes an antenna design method capable of mounting an antenna on an upper portion of a display and a design of a feed line connection structure in order to enhance the propagation directivity in the front direction of the display.
  • the antenna arrangement space disposed above, below or on the side of the display is about 2 mm in size, which is a very small area.
  • the antenna disposed on the display is designed as a film type on a single layer, there is an advantage in that it is easy to be inserted into the display panel.
  • the antenna type proposed in the present invention is a patch antenna of an indirect power supply method.
  • the present invention includes a method for designing a feed line capable of applying a current from a signal line of a microstrip line to a patch antenna of a single layer.
  • the display-embedded patch antenna according to the present invention may be designed to have high directivity toward the front of the display by using a copper foil at the bottom of the OLED panel as a ground plane.
  • the display-embedded patch antenna according to the present invention includes a method of implementing a feed line to have polarization characteristics that are orthogonal to each other.
  • FIG. 6 shows a configuration in which an antenna with a built-in display is connected to an FPCB according to an embodiment.
  • FIG. 7 shows a configuration in which an FPCB connected to an antenna with a built-in display is connected to a main PCB according to an exemplary embodiment.
  • the display antenna 1110 is a thin film between an OCA layer (optically clear adhesive layer) and a COP layer (cycloolefine polymer layer) disposed under the cover glass of the display 151. ) Can be formed. Meanwhile, the copper sheet under the display 151 is a copper under the OLED panel and can operate as a ground plane of the display antenna 1110.
  • a display structure in which a transparent antenna according to the present invention is embedded will be described as follows. 5C and 6, a COP layer (cyclo olefine polymer layer) may be disposed on the OLED display panel and the OCA inside the display.
  • a dielectric material in the form of a film such as a COP layer may be used as a dielectric substrate of the transparent antenna.
  • an antenna layer may be disposed on the dielectric in the form of a film.
  • the antenna layer may be implemented with silver alloy, copper, aluminum, or the like.
  • an antenna 1110 with a built-in display and transmission lines 1121 to 1123 may be disposed in the antenna layer.
  • the second metal pattern 1122 of the power supply unit 1120 may be bonded to the CPW power supply unit 1121 with an anisotropic conductive film (ACF) in the CPW region.
  • ACF anisotropic conductive film
  • the ACF bonding point may be selected as 2) from 1) to 5). Accordingly, as the point 2) is selected as the boundary point between the transparent area and the opaque area of the display, the CPW power supply unit 1121 such as a power supply line may be disposed in the opaque area. On the other hand, a transparent film radiator such as the display antenna 1110 may be disposed in a transparent area.
  • the display antenna 1110 may be connected to the main PCB through the FPCB.
  • the display internal antenna 1110 may be connected to the main PCB through a connector connected to an end of the FPCB.
  • the connector may be electrically connected to a substrate disposed on the main PCB.
  • the display internal antenna 1110 may be connected to the transceiver circuit 1250 disposed on the main PCB through the FPCB.
  • the power management IC PMIC is disposed on the main PCB to supply power to the transceiver circuit 1250 or the baseband processor 1400 and control/manage the supplied power.
  • the following feeding line transition step may be performed to supply a signal to a film-type antenna designed on a single layer according to the present invention.
  • the feed line transition process can be accomplished with Connector (contact to the Main PCB)) ⁇ FPCB (Microstrip line) ⁇ ACF bonding (CPW-G; Coplanar Waveguide with a ground plane) ⁇ Film type antenna (1 layer).
  • the display antenna of the film type antenna type according to the present invention since the copper foil at the bottom of the OLED panel serves as the ground plane of the film type patch antenna, it is possible to secure strong directivity toward the front of the display.
  • the antenna with built-in display proposed in the present invention can steer a beam through a phase delay circuit and can operate in a vertical/horizontal polarization mode according to the configuration of a feed line.
  • a signal line which is an FPCB feed line in an area outside the display
  • the FPCB feed line is a microstrip line-based signal line and can transmit a signal applied from the source to the antenna.
  • the upper surface of the FPCB is a ground plane
  • the lower surface is a signal line
  • the electric field distribution of the cross section may be the same as or similar to the electric field distribution of the microstrip line.
  • the bottom surface of the FPCB is a ground plane
  • the top surface is a signal line
  • the electric field distribution of the cross section may be the same as or similar to the electric field distribution of the microstrip line.
  • the FPCB signal line and the film type antenna may be bonded by ACF bonding. It has a co-planar waveguide with ground (CPW-G) structure for ACF bonding and is similar to the electric field distribution of a microstrip line.
  • CPW-G co-planar waveguide with ground
  • CPW-G is insensitive to changes in characteristic impedance due to external factors such as structural changes, coupling, and process errors compared to microstrip lines or CPW structures. Therefore, the CPW-G structure has stable transition characteristics at the junction between the signal line and the antenna.
  • the microstrip antenna is an antenna that radiates due to the concentration of an electric field generated due to a large impedance change at a connection part (1st radiating slot) with a signal line and a second radiating slot of the patch antenna.
  • the connection unit (1st radiating slot) may be a region in which the display antenna 1110 is gap-coupled with the second metal pattern 1122 of the power supply unit 1120. That is, the connection part (1st radiating slot) may be a region that is gap-coupled with the second metal pattern 1122 of the radiation region RR of the display antenna 1110.
  • the second metal of the power supply unit 1120 It may be a coupling region CR that is gap-coupled with the pattern 1122.
  • the end of the patch antenna (2nd radiating slot) may be the end of the radiation area (RR) of the display antenna 1110. In this case, the electric field directions in the two radiating slots are opposite to each other, and the electric field at the center of the patch antenna can be considered to have a minimum value, and ideally has a null value.
  • the antenna proposed in the present invention is designed on a COP film and can be coupled to an FPCB signal line by an ACF bonding method.
  • the antenna designed on the film by using the copper sheet at the bottom of the display OLED as the ground plane of the patch antenna can be designed to operate as a patch antenna by generating a potential difference with the ground plane.
  • FIG. 8A illustrates a combination structure of a power supply structure and an antenna with a built-in display according to another embodiment.
  • FIG. 8B shows a structure in which the single antenna element according to FIG. 8A is extended to a one-dimensional array antenna.
  • FIG. 8C shows a configuration in which the display antenna according to FIG. 8A is connected to the FPCB from the side of the electronic device.
  • the feed structure of FIGS. 5A to 5C is implemented as a straight line, so that the antenna 1110 with built-in display may operate in a vertical polarization mode.
  • the vertical polarization means that an electric field formed in the antenna is formed in the Y-axis direction.
  • the power supply structure of FIGS. 8A to 8C is implemented as a line bent at a predetermined angle, so that the antenna 1110 with built-in display can operate in a horizontal polarization mode.
  • the horizontal polarization means that an electric field formed in the antenna is formed in the X-axis direction.
  • the display internal antenna 1110 may be configured as a one-dimensional array antenna disposed at a predetermined interval in the side area of the display.
  • the display antenna 1110 may include a first type antenna, which is a first array antenna 1110a to a fourth array antenna 1110d disposed in different areas of the display.
  • the first type antenna may be an antenna operating with vertical polarization.
  • the second type antenna may be an antenna operating with horizontal polarization.
  • the first array antenna 1110a to the fourth array antenna 1110d may operate as vertically polarized antennas as shown in FIGS. 5A to 5C.
  • the present invention is not limited thereto, and some of the first array antennas 1110a to 4th array antennas 1110d may operate as horizontally polarized antennas as shown in FIGS. 8A to 8C.
  • a position where the first to fourth array antennas 1110a to 1110d are disposed on the display may be a side area of the display.
  • the first array antenna 1110a to the fourth array antenna 1110d may be disposed on the left side, the right side, the top side, and the bottom side.
  • the present invention is not limited thereto, and referring to FIG. 4A, two first array antennas 1110a to 4th array antenna 1110d may be disposed in a left area and two may be disposed in a right area.
  • the first array antenna 1110a to the fourth array antenna 1110d may be disposed in the upper left, upper right, lower left, and lower right.
  • the second metal pattern 1122 may be formed in a structure bent at a predetermined angle. That is, the second metal pattern 1122 is formed in a structure that is bent at a predetermined angle, and the polarization of each antenna element of the one-dimensional array antenna may be changed by the bent structure.
  • each element of the 1D array antenna may operate as a horizontally polarized antenna by a bent structure.
  • the horizontal polarization means that an electric field formed in each antenna element is formed in the X-axis direction.
  • the second metal pattern 1122 is also configured in the form of a CPW line, so that RF loss due to the power supply unit bent at a predetermined angle can be reduced. Meanwhile, a signal from the second metal pattern 1122 may be coupled in the longitudinal direction of the display antenna 1110b. To this end, the second metal pattern 1122 may be disposed in the CPW area of the power supply unit 1120.
  • each array antenna may operate as a vertical polarized antenna or a horizontal polarized antenna.
  • some of the first to fourth array antennas 1110a to 1110d may operate as vertically polarized antennas. Meanwhile, the rest of the first to fourth array antennas 1110a to 1110d may operate as horizontally polarized antennas. Specifically, when the vertically polarized antenna is disposed in the side area of the display, the horizontal polarized antenna may be disposed in the upper and lower areas of the display.
  • the first array antenna 1110a and the second array antenna 1110b may operate as vertically polarized antennas. Accordingly, an electric field may be formed in the Y-axis direction in the left and right antenna regions of the display.
  • the third array antenna 1110c and the fourth array antenna 1110d may operate as horizontally polarized antennas. Accordingly, an electric field may be formed in the upper and lower antenna regions of the display in the Y-axis direction. Accordingly, since the electric field directions formed in the antenna area inside the display are all generated in the Y-axis direction, there is an advantage that polarization interference between array antennas does not occur. In this regard, if the movement of the electronic device is not large due to rotation, the received signal quality may be improved by matching the electric field direction inside the display.
  • all of the first to fourth array antennas 1110a to 1110d may operate as vertically polarized antennas. Accordingly, an electric field may be formed in the Y-axis direction in the left and right antenna regions of the display. On the other hand, an electric field may be formed in the upper and lower antenna regions of the display in the X-axis direction.
  • a multiple input/output (MIMO) or diversity operation may be performed using a first array antenna 1110a in which an electric field is formed in the Y-axis direction and a fourth array antenna 1110d in which an electric field is formed in the X-axis direction.
  • MIMO multiple input/output
  • the MIMO operation may be performed through first and second signals in different electric field directions inside the display.
  • the diversity operation may be performed through first and second signals in different electric field directions inside the display.
  • the baseband processor may perform multiple input/output (MIMO) using one of vertically polarized antennas and one of horizontally polarized antennas.
  • MIMO multiple input/output
  • the vertically polarized antenna and the horizontally polarized antenna may be determined in consideration of the polarization of the antenna element itself.
  • the vertically polarized antenna and the horizontally polarized antenna may be determined in consideration of the position to be placed on the display.
  • FIG. 9A is a conceptual diagram illustrating a beam scan performed by an array antenna with a built-in display according to an embodiment.
  • FIG. 9B is a conceptual diagram illustrating a beam scan performed by an array antenna disposed inside an electronic device according to an exemplary embodiment.
  • the array antenna with a built-in display according to the present invention can design the antenna and make the antenna transparent by using a transparent electrode.
  • a spherical pattern may be implemented by using respective array antenna modules on the front and rear surfaces of an electronic device such as a mobile terminal. Accordingly, in the present invention, it is possible to provide 360° beam coverage over a full space including the front and rear surfaces of the electronic device through the display-embedded array antenna and the array antenna disposed in the electronic device.
  • a first type antenna 1110 which is a first array antenna 1110a to a fourth array antenna 1110d disposed in different areas of the display, may be disposed.
  • a second type antenna 1150 that is a fifth array antenna 1150a to an eighth array antenna 1150d disposed inside the electronic device may be disposed.
  • the first type antenna 1110 may be disposed inside the display to radiate a signal to the front of the electronic device through the display.
  • the second type antenna 1150 may be disposed inside the electronic device to radiate a signal to the rear surface of the electronic device.
  • the first array antenna 1110a may form a beam pattern in the front of the display in a vertical direction. Meanwhile, the first array antenna 1110a may change a beam pattern from a horizontal direction to all directions according to a phase change of a signal applied to each antenna element.
  • the fifth array antenna 1150a may form a beam pattern toward the rear of the electronic device in a vertical direction. Meanwhile, the fifth array antenna 1150a may change a beam pattern from a horizontal direction to all directions according to a phase change of a signal applied to each antenna element.
  • the baseband processor 1400 performs diversity using at least one of the first type antenna 1110 and at least one of the second type antenna 1150. can do.
  • the antenna selected from the first type antenna 1110 and the antenna selected from the second type antenna 1150 may be disposed at corresponding positions in consideration of a flip operation of the electronic device.
  • signals can be stably received and transmitted through one of the first type antenna 1110 and the second type antenna 1150 without interruption.
  • signals can be stably received and transmitted without interruption without a separate beam search process.
  • different array antennas need to maintain as large a separation distance as possible from each other for multiple input/output operation (MIMO).
  • MIMO multiple input/output operation
  • different array antennas may be disposed adjacent to each other to cover different coverages.
  • FIG. 9C illustrates different array antennas disposed adjacent to each other in an electronic device according to an exemplary embodiment.
  • the first array antenna 1110a may be disposed on one side of the display.
  • the second array antenna 1110b may be disposed adjacent to the first array antenna 1110a on the other side of the display.
  • the first array antenna 1110a and the second array antenna 1110b are antennas with a built-in display, and may be referred to as AoD (Antenna on Display).
  • AoD includes an antenna attached to a display and an antenna disposed inside the display.
  • the term AoD can be interpreted as a meaning disposed on the COP inside the display.
  • the first array antenna 1110a may be disposed on the display at a distance d between elements.
  • the second array antenna 1110b may be disposed adjacent to the first array antenna 1110a on the left side of the display.
  • any one element of the first array antenna 1110a and one element of the second array antenna 1110b may be disposed at a distance d between each other.
  • elements of the first array antenna 1110a may be spaced apart by about half a wavelength so as to be adjacent to each other for a wide beamforming angle.
  • elements of the second array antenna 1110b may be spaced apart by about half a wavelength so as to be as close as possible for a wide beamforming angle.
  • the first array antenna 1110a may be configured to radiate a signal through an upper area of the electronic device.
  • the second array antenna 1110b may be configured to radiate a signal through a side area of the electronic device.
  • MIMO since signals are simultaneously applied to the first array antenna 1110a and the second array antenna 1110b, MIMO may not be performed. That is, a signal may be radiated to only one of the first array antenna 1110a and the second array antenna 1110b. Accordingly, since the first array antenna 1110a and the second array antenna 1110b emit one signal in different directions, they can be treated as one antenna module.
  • FIGS. 10A to 10B the antenna built-in display according to the present invention may be configured in various forms as shown in FIGS. 10A to 10B.
  • FIG. 10A illustrates a patch type antenna and a slot type antenna as an antenna with a built-in display according to an embodiment.
  • FIG. 10B is a display-embedded antenna according to an exemplary embodiment and shows different cap coupling types.
  • the CPW-fed patch antenna 1100P may radiate a signal through a patch by applying a signal to a patch element through a CPW feed line.
  • a design method in which a feed line and an antenna are arranged on the same plane to be directly connected the design is simple, and impedance matching between the antenna and the line is easy.
  • a reflector is required for a unidirectional radiation pattern and an interval (eg, ⁇ g/4) with the reflector is required, so that the antenna thickness may increase.
  • a design optimization process is required because the length of the power supply line affects the antenna resonance length.
  • the CPW-fed slot antenna 1100S may radiate a signal through a slot by applying a signal to a slot through a CPW feed line.
  • the CPW-fed slot antenna 1100S is an antenna design structure in which a slot is designed in the center of the ground plane and electromagnetic waves are radiated from a current distribution flowing along the edge of the slot.
  • the antenna shape is simple and has the advantage of being easy to downsize.
  • slot geometry that is orthogonal to each other on a single plane can be shared.
  • the antenna with built-in display may be configured to include a CPW-fed patch antenna 1100P and a CPW-fed slot antenna 1100S.
  • some of the plurality of array antennas 1110a to 1110d may be implemented as a CPW-fed patch antenna 1100P.
  • the rest of the plurality of array antennas 1110a to 1110d may be implemented with a CPW-fed slot antenna 1100S.
  • different types of CPW-fed patch antenna 1100P and CPW-fed slot antenna 1100S are disposed in different areas of the display, thereby reducing interference between the array antennas 1110a to 1110d. .
  • the display antenna 1110 may include a gap coupling patch antenna 1110-1 and a gap coupling offset patch antenna 1110-2.
  • the gap coupling patch antenna 11110-1 is a design method in which a current is induced on the surface of the antenna by arranging a feed line close to the antenna on the same plane.
  • the change in the resonance length due to the extension of the line length is small.
  • it is necessary to be designed so that the amount of current coupled from the feed line to the antenna is greater than a certain level.
  • the gap coupling offset patch antenna 1110-2 has a structure that induces a current to the antenna by placing the antenna and the power supply line close to each other on the same plane. Meanwhile, since a current is induced from one end of the antenna, it may have a propagation characteristic that is orthogonal to the polarization mode of the gap coupling patch antenna 1110-1.
  • the gap coupling offset patch antenna 1110-2 is a design method of inducing a current to the antenna surface by arranging a feed line close to the antenna on the same plane similar to the gap coupling patch antenna 11110-2.
  • the change in the resonance length due to the extension of the line length is small.
  • it is necessary to be designed so that the amount of current coupled from the feed line to the antenna is greater than a certain level.
  • some of the first array antenna 1110a to the fourth array antenna 1110d may be implemented as a CPW-fed patch antenna 1110P.
  • the rest of the first array antenna 1110a to the fourth array antenna 1110d may be implemented as a CPW-fed slot antenna 1110S.
  • the array antenna implemented with the CPW-fed patch antenna 1110P and the rest of the row may perform multiple input/output (MIMO) through another array antenna implemented with the CPW-fed slot antenna 1110S.
  • MIMO multiple input/output
  • multiple input/output (MIMO) is performed through antennas configured in different types to improve isolation between MIMO streams.
  • the power supply unit 1120 may be gap-coupled with the display antenna.
  • the gap coupling patch antenna 11110-1 may be gap-coupled with the second metal pattern 1122-1.
  • the power supply unit 1120 may be disposed in the center area of the antenna with built-in display. Meanwhile, a signal from the second metal pattern 1122-1 bent at a predetermined angle may be coupled through a partial region on the left or right side of the patch antenna.
  • the power supply unit 1120 may be gap-coupled with the display antenna.
  • the gap coupling offset patch antenna 1110-2 may be gap-coupled with the second metal pattern 1122-2.
  • the power supply unit 1120 is disposed in an area adjacent to the side of the display antenna, and the signal from the second metal pattern 1122-2 bent at a predetermined angle is coupled through the entire area of the patch antenna. I can.
  • FIG. 11A shows a form in which the gap coupling patch antenna element of FIG. 10B is configured as an array antenna.
  • FIG. 11B shows a form in which the gap coupling offset patch antenna element of FIG. 10B is configured as an array antenna.
  • the display antenna 1100 may be configured as an array antenna.
  • the second metal patterns 1122-1 for applying signals to the first and second patch elements P1 and P2, respectively are arranged in a mutually symmetrical shape, thereby providing a bandwidth characteristic of the array antenna. Can be improved.
  • the number of antenna elements is not limited to two, and may be implemented as four or more as shown in FIG. 4C. Accordingly, the second metal patterns 1122-1 between adjacent elements of the array antenna are disposed in a mutually symmetrical shape, so that the bandwidth characteristics of the array antenna may be improved.
  • the second metal patterns 1122-2 for applying signals to the first patch element P1 and the second patch element P2, respectively are arranged in a mutually symmetrical shape, so that the bandwidth of the array antenna The characteristics can be improved.
  • the number of antenna elements is not limited to two, and may be implemented as four or more as shown in FIG. 4C. Accordingly, the second metal patterns 1122-2 between adjacent elements of the array antenna are disposed in a mutually symmetrical shape, so that the bandwidth characteristics of the array antenna may be improved.
  • Table 1 shows the resonant frequency, peak gain, and radiation efficiency of a single element of an antenna with a built-in display according to the present invention.
  • a single element of the antenna with built-in display may be designed to resonate at 28 GHz, but the present invention is not limited thereto, and tuning of the resonant frequency is possible depending on the application.
  • the electrical characteristics of the array antenna using a display antenna according to the present invention are shown in Table 2.
  • the number of antenna elements of the array antenna is four, and when signals are applied to each port of each antenna element, the peak gain and radiation efficiency for each antenna element are shown in Table 2.
  • the second antenna element and the third antenna element may be slightly reduced in peak gain and radiation efficiency than the first antenna element and the fourth antenna element due to mutual coupling with two adjacent antenna elements.
  • the level at which the peak gain and radiation efficiency are reduced is very insignificant, and it can be seen that all antenna elements operate normally.
  • Table 3 shows the array antenna gain and radiation efficiency according to the beam forming angle in the array antenna using the display antenna of the present invention.
  • the beam forming angle may be referred to as AoA (Angle of Arrival) in terms of a beam scan angle or a direction of a received signal.
  • FIG. 12 illustrates a configuration of an electronic device including a plurality of array antennas, a transceiver circuit, and a baseband processor according to an exemplary embodiment.
  • the electronic device 1000 is configured to include a flexible printed circuit board (FPCB) and a plurality of array antennas 1100a to 1100d or ANT1 to ANT4.
  • the electronic device may be configured to further include a transceiver circuit 1250 and a baseband processor 1400.
  • the plurality of array antennas ANT1 to ANT4 may be implemented as a display built-in antenna 1110.
  • the display antenna 1110 may be configured in the form of a transparent metal film inside the display, and may be configured to radiate a signal supplied from a feeder 1120 of the FPCB to the front of the display.
  • the antenna 1100 may be configured to include first to fourth array antennas ANT1 to ANT4 disposed in different areas of the display.
  • the power supply unit 1120 may have a predetermined length and a predetermined width, and may be configured to be gap-coupled by being spaced apart from the display antenna 1100.
  • the transceiver circuit 1250 is connected to the first array antenna ANT1 to the fourth array antenna ANT4 and applies a signal to at least one of the first array antenna ANT1 to the fourth array antenna ANT4. It is composed.
  • the display antenna 100 may be formed of a thin film. Specifically, the display antenna 100 may be disposed between an optically clear adhesive layer (OCA) and a cyclo olefine polymer layer (COP) disposed under a cover glass of the display.
  • OCA optically clear adhesive layer
  • COP cyclo olefine polymer layer
  • the copper sheet at the bottom of the display is a copper sheet at the bottom of the OLED panel, and can operate as a ground plane of the antenna 1100 built into the display.
  • the baseband processor 1400 may perform multiple input/output (MIMO) using a vertically polarized antenna and a horizontally polarized antenna among the first to fourth array antennas 1110a to 1110a.
  • MIMO multiple input/output
  • the first array antenna 1110a and the second array antenna 1100b disposed on the side of the electronic device may operate as vertically polarized antennas. That is, an electric field may be formed in the first array antenna ANT1 and the second array antenna ANT2 in the Y-axis direction.
  • the third array antenna 1110c and the fourth array antenna 1110d disposed above and below the electronic device may operate as horizontal polarized antennas. That is, an electric field may be formed in the X-axis direction in the first array antenna ANT1 and the second array antenna ANT2.
  • the baseband processor 1400 may perform multiple input/output (MIMO) through the first array antenna 1110a disposed on the side and the third array antenna 1110c disposed on the upper side.
  • the baseband processor 1400 may perform multiple input/output (MIMO) through the first array antenna 1110a disposed at the side and the fourth array antenna 1110d disposed at the lower side.
  • the first array antenna ANT1 and the second array antenna ANT2 disposed on the side of the electronic device may operate as horizontal polarized antennas. That is, an electric field may be formed in the X-axis direction in the first array antenna ANT1 and the second array antenna ANT2.
  • the third array antenna ANT3 and the fourth array antenna ANT4 disposed above and below the electronic device may operate as vertically polarized antennas. That is, the third array antenna ANT1 and the fourth array antenna ANT2 may also have an electric field formed in the X-axis direction.
  • the baseband processor 1400 may cover different coverage areas through the first array antenna ANT1 disposed on the side and the third array antenna ANT3 disposed on the upper side.
  • the baseband processor 1400 may cover different coverage areas through the first array antenna ANT1 disposed on the side and the fourth array antenna ANT4 disposed below. In this case, even if the antenna coverage area is changed as the electronic device rotates in the horizontal direction, there is an advantage that it is possible to switch between antennas without changing the electric field direction.
  • a communication method between an electronic device and a base station including an antenna with a built-in display and an array antenna having a polarization diversity structure using the same may be a 5G communication method.
  • a communication method between an electronic device having an array antenna and a base station as described above may be a 5G communication method.
  • 5G communication between the electronic device and the base station may be performed in a sub band.
  • 5G communication between the electronic device and the base station can be performed through array antenna-based beamforming even in the mmWave band.
  • FIG. 13 illustrates a block diagram of a wireless communication system to which the methods proposed in the present specification can be applied.
  • a wireless communication system includes a first communication device 910 and/or a second communication device 920.
  • 'A and/or B' may be interpreted as having the same meaning as'including at least one of A or B'.
  • the first communication device may represent the base station, and the second communication device may represent the terminal (or the first communication device may represent the terminal and the second communication device may represent the base station).
  • Base station is a fixed station, Node B, evolved-NodeB (eNB), Next Generation NodeB (gNB), base transceiver system (BTS), access point (AP), general NB), 5G system, network, AI system, RSU (road side unit), can be replaced by terms such as robot.
  • eNB evolved-NodeB
  • gNB Next Generation NodeB
  • BTS base transceiver system
  • AP access point
  • general NB 5G system
  • network AI system
  • RSU road side unit
  • the terminal may be fixed or mobile, and UE (User Equipment), MS (Mobile Station), UT (user terminal), MSS (Mobile Subscriber Station), SS (Subscriber Station), AMS (Advanced Mobile) Station), WT (Wireless terminal), MTC (Machine-Type Communication) device, M2M (Machine-to-Machine) device, D2D (Device-to-Device) device, vehicle, robot, AI module May be replaced with terms such as.
  • UE User Equipment
  • MS Mobile Station
  • UT user terminal
  • MSS Mobile Subscriber Station
  • SS Subscriber Station
  • AMS Advanced Mobile
  • WT Wireless terminal
  • MTC Machine-Type Communication
  • M2M Machine-to-Machine
  • D2D Device-to-Device
  • vehicle robot
  • AI module May be replaced with terms such as.
  • the first communication device and the second communication device are a processor (processor, 911,921), memory (memory, 914,924), one or more Tx/Rx radio frequency modules (915,925), Tx processors (912,922), and Rx processors (913,923). , Antennas 916 and 926.
  • the processor implements the previously salpin functions, processes and/or methods. More specifically, in DL (communication from the first communication device to the second communication device), higher layer packets from the core network are provided to the processor 911.
  • the processor implements the functions of the L2 layer. In the DL, the processor provides multiplexing between logical channels and transport channels and radio resource allocation to the second communication device 920, and is responsible for signaling to the second communication device.
  • the transmit (TX) processor 912 implements various signal processing functions for the L1 layer (ie, the physical layer).
  • the signal processing function facilitates forward error correction (FEC) in the second communication device, and includes coding and interleaving.
  • FEC forward error correction
  • the encoded and modulated symbols are divided into parallel streams, each stream is mapped to an OFDM subcarrier, multiplexed with a reference signal (RS) in the time and/or frequency domain, and uses Inverse Fast Fourier Transform (IFFT). These are combined together to create a physical channel carrying the time domain OFDMA symbol stream.
  • the OFDM stream is spatially precoded to produce multiple spatial streams.
  • Each spatial stream may be provided to a different antenna 916 through a separate Tx/Rx module (or transceiver 915).
  • Each Tx/Rx module can modulate an RF carrier with each spatial stream for transmission.
  • each Tx/Rx module receives a signal through each antenna 926 of each Tx/Rx module.
  • Each Tx/Rx module restores information modulated by an RF carrier and provides the information to the receive (RX) processor 923.
  • the RX processor implements a variety of layer 1 signal processing functions.
  • the RX processor may perform spatial processing on the information to recover any spatial stream destined for the second communication device. If multiple spatial streams are directed to the second communication device, they can be combined into a single OFDMA symbol stream by multiple RX processors.
  • the RX processor transforms the OFDMA symbol stream from time domain to frequency domain using Fast Fourier Transform (FFT).
  • FFT Fast Fourier Transform
  • the frequency domain signal contains a separate OFDMA symbol stream for each subcarrier of the OFDM signal.
  • the symbols and reference signal on each subcarrier are reconstructed and demodulated by determining the most probable signal constellation points transmitted by the first communication device. These soft decisions may be based on channel estimate values.
  • the soft decisions are decoded and deinterleaved to restore the data and control signal originally transmitted by the first communication device on the physical channel. Corresponding data and control signals are provided to the processor 921.
  • the UL (communication from the second communication device to the first communication device) is handled in the first communication device 910 in a manner similar to that described with respect to the receiver function in the second communication device 920.
  • Each Tx/Rx module 925 receives a signal through a respective antenna 926.
  • Each Tx/Rx module provides an RF carrier and information to the RX processor 923.
  • the processor 921 may be associated with a memory 924 that stores program code and data.
  • the memory may be referred to as a computer-readable medium.
  • a signal can be efficiently radiated even to the front of the display through a display built-in antenna implemented with metal lines implemented on a dielectric substrate in the form of a film in the display.
  • transparency and visibility may be improved by optimally designing a power supply structure in an opaque region and a transparent region other than the antenna element.
  • the polarization mode of each antenna element can be changed by optimizing the coupling position of the feed line bent at a predetermined angle without changing the structure of the electronic device in an electronic device having an antenna with a built-in display.
  • the design of the display-embedded antenna and the 5g array antenna using the same and control thereof can be implemented as computer-readable codes in a medium on which a program is recorded.
  • the computer-readable medium includes all types of recording devices that store data that can be read by a computer system. Examples of computer-readable media include hard disk drives (HDDs), solid state disks (SSDs), silicon disk drives (SDDs), ROMs, RAM, CD-ROMs, magnetic tapes, floppy disks, optical data storage devices, etc.
  • HDDs hard disk drives
  • SSDs solid state disks
  • SDDs silicon disk drives
  • ROMs read-only memory
  • RAM compact disc drives
  • CD-ROMs compact discs
  • magnetic tapes magnetic tapes
  • floppy disks magnetic tapes
  • optical data storage devices etc.
  • carrier wave for example, transmission over the Internet
  • the computer may include the controllers 180, 1250, and 1400 of the terminal.

Landscapes

  • Telephone Set Structure (AREA)

Abstract

일 실시예에 따른 5G 통신을 위한 디스플레이 내장형 안테나를 구비하는 전자 기기가 제공된다. 상기 전자 기기는 플렉서블 인쇄형 회로 기판(flexible printed circuit board, FPCB); 및 디스플레이 내부에 투명 금속 필름 형태로 구성되고, 상기 디스플레이 전면으로 상기 FPCB의 급전부(feeder)로부터 공급되는 신호를 방사하도록 구성된 디스플레이 내장 안테나(display built-in antenna)를 포함하고, 상기 급전부는 금속 패턴과 그라운드 패턴이 동일 평면에 배치되는 CPW 급전부; 및 상기 CPW 급전부의 금속 패턴과 연결되고, 소정 길이와 소정 너비를 갖고 상기 디스플레이 내장 안테나와 이격되어 갭 커플링되도록 구성된 제2 금속 패턴을 포함할 수 있다.

Description

디스플레이 내장 안테나를 구비하는 전자 기기
본 발명은 디스플레이 내장 안테나를 구비하는 전자 기기에 관한 것이다.
전자기기(electronic devices)는 이동 가능여부에 따라 이동 단말기(mobile/portable terminal) 및 고정 단말기(stationary terminal)로 나뉠 수 있다. 다시 전자기기는 사용자의 직접 휴대 가능 여부에 따라 휴대(형) 단말기(handheld terminal) 및 거치형 단말기(vehicle mounted terminal)로 나뉠 수 있다.
전자기기의 기능은 다양화되고 있다. 예를 들면, 데이터와 음성통신, 카메라를 통한 사진촬영 및 비디오 촬영, 음성녹음, 스피커 시스템을 통한 음악파일 재생 그리고 디스플레이부에 이미지나 비디오를 출력하는 기능이 있다. 일부 단말기는 전자게임 플레이 기능이 추가되거나, 멀티미디어 플레이어 기능을 수행한다. 특히 최근의 이동 단말기는 방송과 비디오나 텔레비전 프로그램과 같은 시각적 컨텐츠를 제공하는 멀티캐스트 신호를 수신할 수 있다.
이와 같은 전자기기는 기능이 다양화됨에 따라 예를 들어, 사진이나 동영상의 촬영, 음악이나 동영상 파일의 재생, 게임, 방송의 수신 등의 복합적인 기능들을 갖춘 멀티미디어 기기(Multimedia player) 형태로 구현되고 있다.
이러한 전자기기의 기능 지지 및 증대를 위해, 단말기의 구조적인 부분 및/또는 소프트웨어적인 부분을 개량하는 것이 고려될 수 있다.
상기 시도들에 더하여, 최근 전자기기는 LTE 통신 기술을 이용한 무선 통신 시스템이 상용화되어 다양한 서비스를 제공하고 있다. 또한, 향후에는 5G 통신 기술을 이용한 무선 통신 시스템이 상용화되어 다양한 서비스를 제공할 것으로 기대된다. 한편, LTE 주파수 대역 중 일부를 5G 통신 서비스를 제공하기 위하여 할당될 수 있다.
이와 관련하여, 이동 단말기는 5G 통신 서비스를 다양한 주파수 대역에서 제공하도록 구성될 수 있다. 최근에는 6GHz 대역 이하의 Sub6 대역을 이용하여 5G 통신 서비스를 제공하기 위한 시도가 이루어지고 있다. 하지만, 향후에는 보다 빠른 데이터 속도를 위해 Sub6 대역 이외에 밀리미터파(mmWave) 대역을 이용하여 5G 통신 서비스를 제공할 것으로 예상된다.
한편, 이러한 밀리미터파(mmWave) 대역에서의 5G 통신 서비스를 위해 할당될 주파수 대역은 28GHz 대역, 39GHz 및 64 GHz 대역이 고려되고 있다. 이와 관련하여, 밀리미터파 대역에서 다수의 배열 안테나들이 전자 기기에 배치될 수 있다.
한편, 이러한 다수의 배열 안테나 이외에 전자 기기에는 다른 다수의 안테나들이 배치될 수 있다. 따라서, 기존의 다수의 안테나들과 간섭을 방지하면서 전자 기기의 전면부를 통해 신호를 송신 및 수신할 필요가 있다. 이를 위해, 전자 기기의 디스플레이 내부에 내장되는 메탈 메쉬(metal mesh) 라인으로 구현되는 투명 안테나에 대한 연구가 이루어지고 있다.
한편, 이러한 투명 안테나와 같은 디스플레이 내장 안테나를 급전하는 급전부 중 일부는 불투명 소재로 구현될 수 있다. 이에 따라, 전자 기기의 불투명 영역에 배치되는 급전부 중 일부 전송 선로와 투명 안테나와의 효율적인 연결 방식에 구체적인 솔루션이 없다는 문제점이 있다. 이에 따라, 투명 안테나와 같은 디스플레이 내장 안테나를 급전하는 급전부의 불투명성에 기인하여, 디스플레이 안테나의 투명성(transparency) 및 시인성(visibility)이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 디스플레이 내장 안테나의 각각의 안테나 소자를 측면 영역에서 급전하는 경우, 전자 기기의 구조 상 각각의 안테나 소자의 편파 모드를 변경할 수 없다는 문제점이 있다. 이에 따라, 전자 기기 구조의 구조를 변경하지 않고 각각의 안테나 소자의 편파 모드를 변경할 필요가 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 디스플레이 내장 안테나를 통해 디스플레이 전면을 통해 신호를 방사하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 디스플레이 내장 안테나를 구비하는 전자 기기에서 투명성 및 시인성을 향상하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 디스플레이 내장 안테나를 구비하는 전자 기기에서 전자 기기의 구조를 변경하지 않고 각각의 안테나 소자의 편파 모드를 변경하기 위한 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 일 실시예에 따른 5G 통신을 위한 디스플레이 내장형 안테나를 구비하는 전자 기기가 제공된다. 상기 전자 기기는 플렉서블 인쇄형 회로 기판(flexible printed circuit board, FPCB); 및 디스플레이 내부에 투명 금속 필름 형태로 구성되고, 상기 디스플레이 전면으로 상기 FPCB의 급전부(feeder)로부터 공급되는 신호를 방사하도록 구성된 디스플레이 내장 안테나(display built-in antenna)를 포함하고, 상기 급전부는 금속 패턴과 그라운드 패턴이 동일 평면에 배치되는 CPW 급전부; 및 상기 CPW 급전부의 금속 패턴과 연결되고, 소정 길이와 소정 너비를 갖고 상기 디스플레이 내장 안테나와 이격되어 갭 커플링되도록 구성된 제2 금속 패턴을 포함할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 제2 금속 패턴으로부터의 신호는 상기 디스플레이 내장 안테나의 길이 방향과 너비 방향으로 모두 커플링되도록, 상기 제2 금속 패턴은 상기 내장 안테나의 내부 영역에 해당하는 개방 슬롯 영역(open slot region)에 배치될 수 있다.
일 실시 예로, 상기 디스플레이 내장 안테나는 상기 제2 금속 패턴의 너비 방향으로 인접하게 배치되어, 상기 제2 금속 패턴으로부터의 신호가 커플링되도록 구성된 커플링 영역(coupling region)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 디스플레이 내장 안테나는 상기 제2 금속 패턴의 길이 방향으로 인접하게 배치되어, 상기 제2 금속 패턴으로부터의 신호가 커플링 되어 방사하도록 구성된 방사 영역(radiation region)을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 급전부는 상기 CPW 급전부와 연결되고, 메인 PCB와 연결되도록 구성된 마이크로스트립 라인을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 디스플레이 내장 안테나는 상기 디스플레이의 커버 글래스 하부에 배치되는 OCA 층 (optically clear adhesive layer)과 COP 층 (cyclo olefine polymer layer) 사이에 박막(thin film)으로 형성될 수 있다.
일 실시 예로, 상기 디스플레이 하단의 copper sheet는 OLED 패널 하단의 copper로서 상기 디스플레이 내장 안테나의 그라운드 평면(ground plane)으로 동작할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 급전부의 상기 제2 금속 패턴은 상기 CPW 급전부와 CPW 영역에서 ACF (anisotropic conductive film) 본딩 될 수 있다.
일 실시 예로, 상기 디스플레이 내장 안테나는 상기 디스플레이의 측면 영역에 소정 간격 이격되어 배치되는 1차원 배열 안테나로 구성될 수 있다. 한편, 상기 제2 금속 패턴이 소정 각도로 벤딩된 구조로 형성되어 상기 제2 금속 패턴이 소정 각도로 벤딩된 구조로 형성되어 상기 벤딩된 구조에 의해 상기 1차원 배열 안테나의 각각의 안테나 소자의 편파가 변경될 수 있다.
일 실시 예로, 상기 제2 금속 패턴은 CPW 라인 형태로 구성될 수 있다. 한편, 상기 제2 금속 패턴으로부터의 신호는 상기 디스플레이 내장 안테나의 길이 방향으로 커플링되도록, 상기 제2 금속 패턴은 상기 급전부의 CPW 영역에 배치될 수 있다.
일 실시 예로, 상기 디스플레이 내장 안테나는 상기 디스플레이의 서로 다른 영역에 배치되는 제1 배열 안테나 내지 제4 배열 안테나인 제1 타입 안테나를 포함할 수 있다. 한편, 상기 제1 배열 안테나 내지 상기 제4 배열 안테나와 연결되고, 상기 제1 배열 안테나 내지 상기 제4 배열 안테나 중 적어도 하나로 신호를 인가하도록 구성된 송수신부 회로(transceiver circuit)를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 제1 배열 안테나 내지 상기 제4 배열 안테나 중 일부는 수직 편파 안테나로 동작할 수 있다. 반면에, 상기 제1 배열 안테나 내지 상기 제4 배열 안테나 중 나머지는 수평 편파 안테나로 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 상기 수직 편파 안테나가 상기 디스플레이이의 측면 영역에 배치되면 상기 수평 편파 안테나는 상기 디스플레이의 상부 및 하부 영역에 배치될 수 있다.
일 실시 예로, 상기 전자 기기는 상기 송수신부 회로와 연결되고, 상기 제1 배열 안테나 내지 상기 제4 배열 안테나를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 구성된 기저대역 프로세서(baseband processor)를 더 포함할 수 있다. 한편, 상기 기저대역 프로세서는 상기 수직 편파 안테나 중 하나와 상기 수평 편파 안테나 중 하나를 이용하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 전자 기기의 내부에 배치되는 제5 배열 안테나 내지 제8 배열 안테나인 제2 타입 안테나를 더 포함할 수 있다. 한편, 상기 기저대역 프로세서는 상기 제1 타입 안테나 중 적어도 하나와 상기 제2 타입 안테나 중 적어도 하나를 이용하여 다이버시티(diversity)를 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 상기 전자 기기의 플립 동작을 고려하여 상기 제1 타입 안테나에서 선택된 안테나와 상기 제2 타입 안테나에서 선택된 안테나는 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
일 실시 예로, 상기 디스플레이 내장 안테나는 상기 디스플레이의 측면에 배치되어, 제1 신호를 패치를 통해 방사하도록 구성된 CPW-fed 패치 안테나를 포함할 수 있다. 한편, 상기 디스플레이 내장 안테나는 상기 디스플레이의 상부와 하부의 불투명 영역에 배치되어, 제2 신호를 슬롯을 방사하도록 구성된 CPW-fed 슬롯 안테나를 포함할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 CPW-fed 패치 안테나는 CPW 급전부가 상기 디스플레이 내장 안테나와 갭 커플링될 수 있다. 상기 CPW 급전부는 상기 내장 안테나의 중심 영역에 배치되고, 소정 각도로 벤딩된 제2 금속 패턴으로부터의 신호는 패치 안테나의 좌측 또는 우측 일부 영역을 통해서 커플링 될 수 있다.
일 실시 예로, 상기 내장 안테나의 측면에 인접하는 영역에 배치되고, 소정 각도로 벤딩된 제2 금속 패턴으로부터의 신호는 패치 안테나의 전체 영역을 통해서 커플링될 수 있다.
일 실시 예로, 상기 디스플레이 내장 안테나는 배열 안테나로 구성될 수 있다. 한편, 상기 배열 안테나의 인접한 소자 간에 상기 제2 금속 패턴은 상호 대칭 형태로 배치되어, 상기 배열 안테나의 대역폭 특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따른 전자 기기는 플렉서블 인쇄형 회로 기판(flexible printed circuit board, FPCB); 디스플레이 내부에 투명 금속 필름 형태로 구성되고, 상기 디스플레이 전면으로 상기 FPCB의 급전부(feeder)로부터 공급되는 신호를 방사하도록 구성된 디스플레이 내장 안테나(display built-in antenna); 및 제1 배열 안테나 내지 제4 배열 안테나와 연결되고, 상기 제1 배열 안테나 내지 상기 제4 배열 안테나 중 적어도 하나로 신호를 인가하도록 구성된 송수신부 회로(transceiver circuit)를 포함할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 안테나는 상기 디스플레이의 서로 다른 영역에 배치되는 제1 배열 안테나 내지 제4 배열 안테나를 포함할 수 있고, 상기 급전부는 소정 길이와 소정 너비를 갖고 상기 디스플레이 내장 안테나와 이격되어 갭 커플링되도록 구성될 수 있다.
일 실시 예로, 상기 제1 배열 안테나 내지 상기 제4 배열 안테나 중 수직 편파 안테나와 수평 편파 안테나를 이용하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있는 기저대역 프로세서를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 디스플레이 내장형 안테나를 구비하는 전자 기기에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따르면, 디스플레이 내의 필름 형태의 유전체 기판 상에 구현되는 메탈 라인으로 구현되는 디스플레이 내장형 안테나를 통해 디스플레이 전면으로도 효율적으로 신호를 방사할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 디스플레이 내장 안테나를 구비하는 전자 기기에서, 안테나 소자 이외에 급전 구조를 불투명 영역과 투명 영역에 최적으로 설계하여 투명성 및 시인성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 디스플레이 내장 안테나를 구비하는 전자 기기에서 전자 기기의 구조를 변경하지 않고, 소정 각도로 벤딩된 급전 라인의 커플링 위치를 최적화하여 각각의 안테나 소자의 편파 모드를 변경할 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1a는 본 발명과 관련된 전자 기기를 설명하기 위한 블록도이고, 도 1b 및 1c는 본 발명과 관련된 전자 기기의 일 예를 서로 다른 방향에서 바라본 개념도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기의 무선 통신부의 구성을 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 전자 기기의 복수의 안테나들이 배치될 수 있는 구성의 예시를 나타낸다.
도 4a는 일 실시예에 따른 디스플레이에 내장되는 디스플레이 내장 안테나와 전송 선로를 구비하는 전자 기기를 나타낸다.
도 4b는 일 실시예에 따른 전자 기기의 측면에 배치되는 디스플레이 내장 안테나가 FPCB와 연결되는 구조를 나타낸다.
도 4c는 일 예시에 따른 복수의 디스플레이 내장 안테나가 송수신부 회로 및 기저대역 프로세서와 결합되는 구조를 나타낸다.
도 5a는 일 예시에 따른 급전부와 디스플레이 내장 안테나의 결합 구조를 나타낸다.
도 5b는 도 5a에 따른 단일 안테나 소자가 1차원 배열 안테나로 확장된 구조를 나타낸다.
도 5c는 도 5a에 따른 디스플레이 내장 안테나가 FPCB와 전자 기기의 측면에서 연결되는 구성을 나타낸다.
도 6은 일 실시 예에 따른 디스플레이 내장 안테나가 FPCB와 연결되는 구성을 나타낸다.
도 7은 일 실시 예에 따른 디스플레이 내장 안테나와 연결되는 FPCB가 메인 PCB와 연결되는 구성을 나타낸다.
도 8a은 다른 실시 예에 따른 급전 구조와 디스플레이 내장 안테나의 결합 구조를 나타낸다.
도 8b는 도 8a에 따른 단일 안테나 소자가 1차원 배열 안테나로 확장된 구조를 나타낸다.
도 8c는 도 8a에 따른 디스플레이 내장 안테나가 FPCB와 전자 기기의 측면에서 연결되는 구성을 나타낸다.
도 9a는 일 실시예에 따른 디스플레이 내장형 배열 안테나가 빔 스캔을 수행하는 개념도를 나타낸다.
도 9b는 일 실시예에 따른 전자 기기 내부에 배치되는 배열 안테나가 빔 스캔을 수행하는 개념도를 나타낸다.
도 10a는 일 실시 예에 따른 디스플레이 내장형 안테나로 패치 타입 안테나와 슬롯 타입 안테나를 나타낸다.
도 10b는 일 실시 예에 따른 디스플레이 내장형 안테나로 서로 다른 캡 커플링 형태를 나타낸다.
도 11a는 도 10b의 갭 커플링 패치 안테나 소자가 배열 안테나로 구성된 형태를 나타낸다.
도 11b는 도 10b의 갭 커플링 오프셋 패치 안테나 소자가 배열 안테나로 구성된 형태를 나타낸다.
도 12는 일 실시 예에 따른 복수의 배열 안테나, 송수신부 회로 및 기저대역 프로세서를 구비하는 전자 기기의 구성을 나타낸다.
도 13은 본 명세서에서 제안하는 방법들이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템의 블록 구성도를 예시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 설명되는 전자 기기에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 PC(slate PC), 태블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultrabook), 웨어러블 디바이스(wearable device, 예를 들어, 워치형 단말기 (smartwatch), 글래스형 단말기 (smart glass), HMD(head mounted display)) 등이 포함될 수 있다.
그러나, 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 구성은 이동 단말기에만 적용 가능한 경우를 제외하면, 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터, 디지털 사이니지 등과 같은 고정 단말기에도 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 도 1a는 본 발명과 관련된 전자 기기를 설명하기 위한 블록도이고, 도 1b 및 1c는 본 발명과 관련된 전자 기기의 일 예를 서로 다른 방향에서 바라본 개념도이다.
상기 전자 기기(100)는 무선 통신부(110), 입력부(120), 센싱부(140), 출력부(150), 인터페이스부(160), 메모리(170), 제어부(180) 및 전원 공급부(190) 등을 포함할 수 있다. 도 1a에 도시된 구성요소들은 전자 기기를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 전자 기기는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 구성요소들 중 무선 통신부(110)는, 전자 기기(100)와 무선 통신 시스템 사이, 전자 기기(100)와 다른 전자 기기(100) 사이, 또는 전자 기기(100)와 외부서버 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 상기 무선 통신부(110)는, 전자 기기(100)를 하나 이상의 네트워크에 연결하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 여기서, 하나 이상의 네트워크는 예컨대 4G 통신 네트워크 및 5G 통신 네트워크일 수 있다.
이러한 무선 통신부(110)는, 4G 무선 통신 모듈(111), 5G 무선 통신 모듈(112), 근거리 통신 모듈(113), 위치정보 모듈(114) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
4G 무선 통신 모듈(111)은 4G 이동통신 네트워크를 통해 4G 기지국과 4G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 이때, 4G 무선 통신 모듈(111)은 하나 이상의 4G 송신 신호를 4G 기지국으로 전송할 수 있다. 또한, 4G 무선 통신 모듈(111)은 하나 이상의 4G 수신 신호를 4G 기지국으로부터 수신할 수 있다.
이와 관련하여, 4G 기지국으로 전송되는 복수의 4G 송신 신호에 의해 상향링크(UL: Up-Link) 다중입력 다중출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output)이 수행될 수 있다. 또한, 4G 기지국으로부터 수신되는 복수의 4G 수신 신호에 의해 하향링크(DL: Down-Link) 다중입력 다중출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output)이 수행될 수 있다.
5G 무선 통신 모듈(112)은 5G 이동통신 네트워크를 통해 5G 기지국과 5G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 여기서, 4G 기지국과 5G 기지국은 비-스탠드 얼론(NSA: Non-Stand-Alone) 구조일 수 있다. 예컨대, 4G 기지국과 5G 기지국은 셀 내 동일한 위치에 배치되는 공통-배치 구조(co-located structure)일 수 있다. 또는, 5G 기지국은 4G 기지국과 별도의 위치에 스탠드-얼론(SA: Stand-Alone) 구조로 배치될 수 있다.
5G 무선 통신 모듈(112)은 5G 이동통신 네트워크를 통해 5G 기지국과 5G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 이때, 5G 무선 통신 모듈(112)은 하나 이상의 5G 송신 신호를 5G 기지국으로 전송할 수 있다. 또한, 5G 무선 통신 모듈(112)은 하나 이상의 5G 수신 신호를 5G 기지국으로부터 수신할 수 있다.
이때, 5G 주파수 대역은 4G 주파수 대역과 동일한 대역을 사용할 수 있고, 이를 LTE 재배치(re-farming)이라고 지칭할 수 있다. 한편, 5G 주파수 대역으로, 6GHz 이하의 대역인 Sub6 대역이 사용될 수 있다.
반면, 광대역 고속 통신을 수행하기 위해 밀리미터파(mmWave) 대역이 5G 주파수 대역으로 사용될 수 있다. 밀리미터파(mmWave) 대역이 사용되는 경우, 전자 기기(100)는 기지국과의 통신 커버리지 확장(coverage expansion)을 위해 빔 포밍(beam forming)을 수행할 수 있다.
한편, 5G 주파수 대역에 관계없이, 5G 통신 시스템에서는 전송 속도 향상을 위해, 더 많은 수의 다중입력 다중출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output)을 지원할 수 있다. 이와 관련하여, 5G 기지국으로 전송되는 복수의 5G 송신 신호에 의해 상향링크(UL: Up-Link) MIMO가 수행될 수 있다. 또한, 5G 기지국으로부터 수신되는 복수의 5G 수신 신호에 의해 하향링크(DL: Down-Link) MIMO가 수행될 수 있다.
한편, 무선 통신부(110)는 4G 무선 통신 모듈(111)과 5G 무선 통신 모듈(112)을 통해 4G 기지국 및 5G 기지국과 이중 연결(DC: Dual Connectivity) 상태일 수 있다. 이와 같이, 4G 기지국 및 5G 기지국과의 이중 연결을 EN-DC(EUTRAN NR DC)이라 지칭할 수 있다. 여기서, EUTRAN은 Evolved Universal Telecommunication Radio Access Network로 4G 무선 통신 시스템을 의미하고, NR은 New Radio로 5G 무선 통신 시스템을 의미한다.
한편, 4G 기지국과 5G 기지국이 공통-배치 구조(co-located structure)이면, 이종 반송파 집성(inter-CA(Carrier Aggregation)을 통해 스루풋(throughput) 향상이 가능하다. 따라서, 4G 기지국 및 5G 기지국과 EN-DC 상태이면, 4G 무선 통신 모듈(111) 및 5G 무선 통신 모듈(112)을 통해 4G 수신 신호와 5G 수신 신호를 동시에 수신할 수 있다.
근거리 통신 모듈(113)은 근거리 통신(Short range communication)을 위한 것으로서, 블루투스(Bluetooth™), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi Direct, Wireless USB(Wireless Universal Serial Bus) 기술 중 적어도 하나를 이용하여, 근거리 통신을 지원할 수 있다. 이러한, 근거리 통신 모듈(114)은, 근거리 무선 통신망(Wireless Area Networks)을 통해 전자 기기(100)와 무선 통신 시스템 사이, 전자 기기(100)와 다른 전자 기기(100) 사이, 또는 전자 기기(100)와 다른 전자 기기(100, 또는 외부서버)가 위치한 네트워크 사이의 무선 통신을 지원할 수 있다. 상기 근거리 무선 통신망은 근거리 무선 개인 통신망(Wireless Personal Area Networks)일 수 있다.
한편, 4G 무선 통신 모듈(111) 및 5G 무선 통신 모듈(112)을 이용하여 전자 기기 간 근거리 통신이 수행될 수 있다. 일 실시 예에서, 기지국을 경유하지 않고 전자 기기들 간에 D2D (Device-to-Device) 방식에 의해 근거리 통신이 수행될 수 있다.
한편, 전송 속도 향상 및 통신 시스템 융합(convergence)을 위해, 4G 무선 통신 모듈(111) 및 5G 무선 통신 모듈(112) 중 적어도 하나와 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다. 이와 관련하여, 4G 무선 통신 모듈(111)과 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 4G + WiFi 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다. 또는, 5G 무선 통신 모듈(112)과 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 5G + WiFi 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다.
위치정보 모듈(114)은 전자 기기의 위치(또는 현재 위치)를 획득하기 위한 모듈로서, 그의 대표적인 예로는 GPS(Global Positioning System) 모듈 또는 WiFi(Wireless Fidelity) 모듈이 있다. 예를 들어, 전자 기기는 GPS모듈을 활용하면, GPS 위성에서 보내는 신호를 이용하여 전자 기기의 위치를 획득할 수 있다. 다른 예로서, 전자 기기는 Wi-Fi모듈을 활용하면, Wi-Fi모듈과 무선신호를 송신 또는 수신하는 무선 AP(Wireless Access Point)의 정보에 기반하여, 전자 기기의 위치를 획득할 수 있다. 필요에 따라서, 위치정보모듈(114)은 치환 또는 부가적으로 전자 기기의 위치에 관한 데이터를 얻기 위해 무선 통신부(110)의 다른 모듈 중 어느 기능을 수행할 수 있다. 위치정보모듈(114)은 전자 기기의 위치(또는 현재 위치)를 획득하기 위해 이용되는 모듈로, 전자 기기의 위치를 직접적으로 계산하거나 획득하는 모듈로 한정되지는 않는다.
구체적으로, 전자 기기는 5G 무선 통신 모듈(112)을 활용하면, 5G 무선 통신 모듈 과 무선신호를 송신 또는 수신하는 5G 기지국의 정보에 기반하여, 전자 기기의 위치를 획득할 수 있다. 특히, 밀리미터파(mmWave) 대역의 5G 기지국은 좁은 커버리지를 갖는 소형 셀(small cell)에 배치(deploy)되므로, 전자 기기의 위치를 획득하는 것이 유리하다.
입력부(120)는, 영상 신호 입력을 위한 카메라(121) 또는 영상 입력부, 오디오 신호 입력을 위한 마이크로폰(microphone, 122), 또는 오디오 입력부, 사용자로부터 정보를 입력받기 위한 사용자 입력부(123, 예를 들어, 터치키(touch key), 푸시키(mechanical key) 등)를 포함할 수 있다. 입력부(120)에서 수집한 음성 데이터나 이미지 데이터는 분석되어 사용자의 제어명령으로 처리될 수 있다.
센싱부(140)는 전자 기기 내 정보, 전자 기기를 둘러싼 주변 환경 정보 및 사용자 정보 중 적어도 하나를 센싱하기 위한 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센싱부(140)는 근접센서(141, proximity sensor), 조도 센서(142, illumination sensor), 터치 센서(touch sensor), 가속도 센서(acceleration sensor), 자기 센서(magnetic sensor), 중력 센서(G-sensor), 자이로스코프 센서(gyroscope sensor), 모션 센서(motion sensor), RGB 센서, 적외선 센서(IR 센서: infrared sensor), 지문인식 센서(finger scan sensor), 초음파 센서(ultrasonic sensor), 광 센서(optical sensor, 예를 들어, 카메라(121 참조)), 마이크로폰(microphone, 122 참조), 배터리 게이지(battery gauge), 환경 센서(예를 들어, 기압계, 습도계, 온도계, 방사능 감지 센서, 열 감지 센서, 가스 감지 센서 등), 화학 센서(예를 들어, 전자 코, 헬스케어 센서, 생체 인식 센서 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한편, 본 명세서에 개시된 전자 기기는, 이러한 센서들 중 적어도 둘 이상의 센서에서 센싱되는 정보들을 조합하여 활용할 수 있다.
출력부(150)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 디스플레이부(151), 음향 출력부(152), 햅팁 모듈(153), 광 출력부(154) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 디스플레이부(151)는 터치 센서와 상호 레이어 구조를 이루거나 일체형으로 형성됨으로써, 터치 스크린을 구현할 수 있다. 이러한 터치 스크린은, 전자 기기(100)와 사용자 사이의 입력 인터페이스를 제공하는 사용자 입력부(123)로써 기능함과 동시에, 전자 기기(100)와 사용자 사이의 출력 인터페이스를 제공할 수 있다.
인터페이스부(160)는 전자 기기(100)에 연결되는 다양한 종류의 외부 기기와의 통로 역할을 수행한다. 이러한 인터페이스부(160)는, 유/무선 헤드셋 포트(port), 외부 충전기 포트(port), 유/무선 데이터 포트(port), 메모리 카드(memory card) 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트(port), 오디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 비디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 이어폰 포트(port) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전자 기기(100)에서는, 상기 인터페이스부(160)에 외부 기기가 연결되는 것에 대응하여, 연결된 외부 기기와 관련된 적절할 제어를 수행할 수 있다.
또한, 메모리(170)는 전자 기기(100)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장한다. 메모리(170)는 전자 기기(100)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application)), 전자 기기(100)의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다. 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 무선 통신을 통해 외부 서버로부터 다운로드 될 수 있다. 또한 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 전자 기기(100)의 기본적인 기능(예를 들어, 전화 착신, 발신 기능, 메시지 수신, 발신 기능)을 위하여 출고 당시부터 전자 기기(100)상에 존재할 수 있다. 한편, 응용 프로그램은, 메모리(170)에 저장되고, 전자 기기(100) 상에 설치되어, 제어부(180)에 의하여 상기 전자 기기의 동작(또는 기능)을 수행하도록 구동될 수 있다.
제어부(180)는 상기 응용 프로그램과 관련된 동작 외에도, 통상적으로 전자 기기(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(180)는 위에서 살펴본 구성요소들을 통해 입력 또는 출력되는 신호, 데이터, 정보 등을 처리하거나 메모리(170)에 저장된 응용 프로그램을 구동함으로써, 사용자에게 적절한 정보 또는 기능을 제공 또는 처리할 수 있다.
또한, 제어부(180)는 메모리(170)에 저장된 응용 프로그램을 구동하기 위하여, 도 1a와 함께 살펴본 구성요소들 중 적어도 일부를 제어할 수 있다. 나아가, 제어부(180)는 상기 응용 프로그램의 구동을 위하여, 전자 기기(100)에 포함된 구성요소들 중 적어도 둘 이상을 서로 조합하여 동작시킬 수 있다.
전원공급부(190)는 제어부(180)의 제어 하에서, 외부의 전원, 내부의 전원을 인가받아 전자 기기(100)에 포함된 각 구성요소들에 전원을 공급한다. 이러한 전원공급부(190)는 배터리를 포함하며, 상기 배터리는 내장형 배터리 또는 교체가능한 형태의 배터리가 될 수 있다.
상기 각 구성요소들 중 적어도 일부는, 이하에서 설명되는 다양한 실시 예들에 따른 전자 기기의 동작, 제어, 또는 제어방법을 구현하기 위하여 서로 협력하여 동작할 수 있다. 또한, 상기 전자 기기의 동작, 제어, 또는 제어방법은 상기 메모리(170)에 저장된 적어도 하나의 응용 프로그램의 구동에 의하여 전자 기기 상에서 구현될 수 있다.
도 1 b 및 1c를 참조하면, 개시된 전자 기기(100)는 바 형태의 단말기 바디를 구비하고 있다. 다만, 본 발명은 여기에 한정되지 않고 와치 타입, 클립 타입, 글래스 타입 또는 2 이상의 바디들이 상대 이동 가능하게 결합되는 폴더 타입, 플립 타입, 슬라이드 타입, 스윙 타입, 스위블 타입 등 다양한 구조에 적용될 수 있다. 전자 기기의 특정 유형에 관련될 것이나, 전자 기기의 특정유형에 관한 설명은 다른 타입의 전자 기기에 일반적으로 적용될 수 있다.
여기에서, 단말기 바디는 전자 기기(100)를 적어도 하나의 집합체로 보아 이를 지칭하는 개념으로 이해될 수 있다.
전자 기기(100)는 외관을 이루는 케이스(예를 들면, 프레임, 하우징, 커버 등)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 전자 기기(100)는 프론트 케이스(101)와 리어 케이스(102)를 포함할 수 있다. 프론트 케이스(101)와 리어 케이스(102)의 결합에 의해 형성되는 내부공간에는 각종 전자부품들이 배치된다. 프론트 케이스(101)와 리어 케이스(102) 사이에는 적어도 하나의 미들 케이스가 추가로 배치될 수 있다.
단말기 바디의 전면에는 디스플레이부(151)가 배치되어 정보를 출력할 수 있다. 도시된 바와 같이, 디스플레이부(151)의 윈도우(151a)는 프론트 케이스(101)에 장착되어 프론트 케이스(101)와 함께 단말기 바디의 전면을 형성할 수 있다.
경우에 따라서, 리어 케이스(102)에도 전자부품이 장착될 수 있다. 리어 케이스(102)에 장착 가능한 전자부품은 착탈 가능한 배터리, 식별 모듈, 메모리 카드 등이 있다. 이 경우, 리어 케이스(102)에는 장착된 전자부품을 덮기 위한 후면커버(103)가 착탈 가능하게 결합될 수 있다. 따라서, 후면 커버(103)가 리어 케이스(102)로부터 분리되면, 리어 케이스(102)에 장착된 전자부품은 외부로 노출된다. 한편, 리어 케이스(102)의 측면 중 일부가 방사체(radiator)로 동작하도록 구현될 수 있다.
도시된 바와 같이, 후면커버(103)가 리어 케이스(102)에 결합되면, 리어 케이스(102)의 측면 일부가 노출될 수 있다. 경우에 따라서, 상기 결합시 리어 케이스(102)는 후면커버(103)에 의해 완전히 가려질 수도 있다. 한편, 후면커버(103)에는 카메라(121b)나 음향 출력부(152b)를 외부로 노출시키기 위한 개구부가 구비될 수 있다.
전자 기기(100)에는 디스플레이부(151), 제1 및 제2 음향 출력부(152a, 152b), 근접 센서(141), 조도 센서(142), 광 출력부(154), 제1 및 제2 카메라(121a, 121b), 제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b), 마이크로폰(122), 인터페이스부(160) 등이 구비될 수 있다.
디스플레이부(151)는 전자 기기(100)에서 처리되는 정보를 표시(출력)한다. 예를 들어, 디스플레이부(151)는 전자 기기(100)에서 구동되는 응용 프로그램의 실행화면 정보, 또는 이러한 실행화면 정보에 따른 UI(User Interface), GUI(Graphic User Interface) 정보를 표시할 수 있다.
또한, 디스플레이부(151)는 전자 기기(100)의 구현 형태에 따라 2개 이상 존재할 수 있다. 이 경우, 전자 기기(100)에는 복수의 디스플레이부들이 하나의 면에 이격되거나 일체로 배치될 수 있고, 또한 서로 다른 면에 각각 배치될 수도 있다.
디스플레이부(151)는 터치 방식에 의하여 제어 명령을 입력 받을 수 있도록, 디스플레이부(151)에 대한 터치를 감지하는 터치센서를 포함할 수 있다. 이를 이용하여, 디스플레이부(151)에 대하여 터치가 이루어지면, 터치센서는 상기 터치를 감지하고, 제어부(180)는 이에 근거하여 상기 터치에 대응하는 제어명령을 발생시키도록 이루어질 수 있다. 터치 방식에 의하여 입력되는 내용은 문자 또는 숫자이거나, 각종 모드에서의 지시 또는 지정 가능한 메뉴항목 등일 수 있다.
이처럼, 디스플레이부(151)는 터치센서와 함께 터치 스크린을 형성할 수 있으며, 이 경우에 터치 스크린은 사용자 입력부(123, 도 1a 참조)로 기능할 수 있다. 경우에 따라, 터치 스크린은 제1조작유닛(123a)의 적어도 일부 기능을 대체할 수 있다.
제1음향 출력부(152a)는 통화음을 사용자의 귀에 전달시키는 리시버(receiver)로 구현될 수 있으며, 제2 음향 출력부(152b)는 각종 알람음이나 멀티미디어의 재생음을 출력하는 라우드 스피커(loud speaker)의 형태로 구현될 수 있다.
광 출력부(154)는 이벤트의 발생시 이를 알리기 위한 빛을 출력하도록 이루어진다. 상기 이벤트의 예로는 메시지 수신, 호 신호 수신, 부재중 전화, 알람, 일정 알림, 이메일 수신, 애플리케이션을 통한 정보 수신 등을 들 수 있다. 제어부(180)는 사용자의 이벤트 확인이 감지되면, 빛의 출력이 종료되도록 광 출력부(154)를 제어할 수 있다.
제1카메라(121a)는 촬영 모드 또는 화상통화 모드에서 이미지 센서에 의해 얻어지는 정지영상 또는 동영상의 화상 프레임을 처리한다. 처리된 화상 프레임은 디스플레이부(151)에 표시될 수 있으며, 메모리(170)에 저장될 수 있다.
제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b)은 전자 기기(100)의 동작을 제어하기 위한 명령을 입력 받기 위해 조작되는 사용자 입력부(123)의 일 예로서, 조작부(manipulating portion)로도 통칭될 수 있다. 제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b)은 터치, 푸시, 스크롤 등 사용자가 촉각적인 느낌을 받으면서 조작하게 되는 방식(tactile manner)이라면 어떤 방식이든 채용될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b)은 근접 터치(proximity touch), 호버링(hovering) 터치 등을 통해서 사용자의 촉각적인 느낌이 없이 조작하게 되는 방식으로도 채용될 수 있다.
한편, 전자 기기(100)에는 사용자의 지문을 인식하는 지문인식센서가 구비될 수 있으며, 제어부(180)는 지문인식센서를 통하여 감지되는 지문정보를 인증수단으로 이용할 수 있다. 상기 지문인식센서는 디스플레이부(151) 또는 사용자 입력부(123)에 내장될 수 있다.
마이크로폰(122)은 사용자의 음성, 기타 소리 등을 입력 받도록 이루어진다. 마이크로폰(122)은 복수의 개소에 구비되어 스테레오 음향을 입력 받도록 구성될 수 있다.
인터페이스부(160)는 전자 기기(100)를 외부기기와 연결시킬 수 있는 통로가 된다. 예를 들어, 인터페이스부(160)는 다른 장치(예를 들어, 이어폰, 외장 스피커)와의 연결을 위한 접속단자, 근거리 통신을 위한 포트[예를 들어, 적외선 포트(IrDA Port), 블루투스 포트(Bluetooth Port), 무선 랜 포트(Wireless LAN Port) 등], 또는 전자 기기(100)에 전원을 공급하기 위한 전원공급단자 중 적어도 하나일 수 있다. 이러한 인터페이스부(160)는 SIM(Subscriber Identification Module) 또는 UIM(User Identity Module), 정보 저장을 위한 메모리 카드 등의 외장형 카드를 수용하는 소켓의 형태로 구현될 수도 있다.
단말기 바디의 후면에는 제2카메라(121b)가 배치될 수 있다. 이 경우, 제2카메라(121b)는 제1카메라(121a)와 실질적으로 반대되는 촬영 방향을 가지게 된다.
제2카메라(121b)는 적어도 하나의 라인을 따라 배열되는 복수의 렌즈를 포함할 수 있다. 복수의 렌즈는 행렬(matrix) 형식으로 배열될 수도 있다. 이러한 카메라는, 어레이(array) 카메라로 명명될 수 있다. 제2카메라(121b)가 어레이 카메라로 구성되는 경우, 복수의 렌즈를 이용하여 다양한 방식으로 영상을 촬영할 수 있으며, 보다 나은 품질의 영상을 획득할 수 있다.
플래시(124)는 제2카메라(121b)에 인접하게 배치될 수 있다. 플래시(124)는 제2카메라(121b)로 피사체를 촬영하는 경우에 피사체를 향하여 빛을 비추게 된다.
단말기 바디에는 제2 음향 출력부(152b)가 추가로 배치될 수 있다. 제2 음향 출력부(152b)는 제1음향 출력부(152a)와 함께 스테레오 기능을 구현할 수 있으며, 통화시 스피커폰 모드의 구현을 위하여 사용될 수도 있다.
단말기 바디에는 무선 통신을 위한 적어도 하나의 안테나가 구비될 수 있다. 안테나는 단말기 바디에 내장되거나, 케이스에 형성될 수 있다. 한편, 4G 무선 통신 모듈(111) 및 5G 무선 통신 모듈(112)와 연결되는 복수의 안테나는 단말기 측면에 배치될 수 있다. 또는, 안테나는 필름 타입으로 형성되어 후면 커버(103)의 내측면에 부착될 수도 있고, 도전성 재질을 포함하는 케이스가 안테나로서 기능하도록 구성될 수도 있다.
한편, 단말기 측면에 배치되는 복수의 안테나는 MIMO를 지원하도록 4개 이상으로 구현될 수 있다. 또한, 5G 무선 통신 모듈(112)이 밀리미터파(mmWave) 대역에서 동작하는 경우, 복수의 안테나 각각이 배열 안테나(array antenna)로 구현됨에 따라, 전자 기기에 복수의 배열 안테나가 배치될 수 있다.
단말기 바디에는 전자 기기(100)에 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(190, 도 1a 참조)가 구비된다. 전원 공급부(190)는 단말기 바디에 내장되거나, 단말기 바디의 외부에서 착탈 가능하게 구성되는 배터리(191)를 포함할 수 있다.
이하에서는 일 실시예에 따른 다중 송신 시스템 구조 및 이를 구비하는 전자 기기, 특히 이종 무선 시스템(heterogeneous radio system)에서 전력 증폭기 및 이를 구비하는 전자 기기와 관련된 실시 예들에 대해 첨부된 도면을 참조하여 살펴보겠다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
도 2는 일 실시예에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기의 무선 통신부의 구성을 도시한다. 도 2를 참조하면, 전자 기기는 제1 전력 증폭기(210), 제2 전력 증폭기(220) 및 RFIC(250)를 포함한다. 또한, 전자 기기는 모뎀(Modem, 400) 및 어플리케이션 프로세서(AP: Application Processor, 500)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 모뎀(Modem, 400)과 어플리케이션 프로세서(AP, 500)와 물리적으로 하나의 chip에 구현되고, 논리적 및 기능적으로 분리된 형태로 구현될 수 있다. 하지만, 이에 한정되지 않고 응용에 따라 물리적으로 분리된 chip의 형태로 구현될 수도 있다.
한편, 전자 기기는 수신부에서 복수의 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier, 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, 일 실시예에 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, 일 실시예에 따른 전자 기기는 제어부에 해당하는 모뎀(400)을 더 포함할 수 있다. 이때, RFIC(250)와 모뎀(400)을 각각 제1 제어부 (또는 제1 프로세서)와 제2 제어부(제2 프로세서)로 지칭할 수 있다. 한편, RFIC(250)와 모뎀(400)은 물리적으로 분리된 회로로 구현될 수 있다. 또는, RFIC(250)와 모뎀(400)은 물리적으로 하나의 회로에 논리적 또는 기능적으로 구분될 수 있다.
모뎀(400)은 RFIC(250)를 통해 서로 다른 통신 시스템을 통한 신호의 송신과 수신에 대한 제어 및 신호 처리를 수행할 수 있다. 모뎀(400)은 4G 기지국 및/또는 5G 기지국으로부터 수신된 제어 정보(Control Information)을 통해 획득할 수 있다. 여기서, 제어 정보는 물리 하향링크 제어 채널(PDCCH: Physical Downlink Control Channel)을 통해 수신될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
모뎀(400)은 특정 시간 및 주파수 자원에서 제1 통신 시스템 및/또는 제2 통신 시스템을 통해 신호를 송신 및/또는 수신하도록 RFIC(250)를 제어할 수 있다. 이에 따라, RFIC(250)는 특정 시간 구간에서 4G 신호 또는 5G 신호를 송신하도록 제1 및 제2 전력 증폭기(210, 220)를 포함한 송신 회로들을 제어할 수 있다. 또한, RFIC(250)는 특정 시간 구간에서 4G 신호 또는 5G 신호를 수신하도록 제1 내지 제4 저잡음 증폭기(310 내지 340)를 포함한 수신 회로들을 제어할 수 있다.
한편, 도 2와 같은 다중 송수신 시스템이 구비된 일 실시예에 따른 투명 안테나를 구비하는 전자기기의 구체적인 동작 및 기능에 대해서 이하에서 검토하기로 한다.
일 실시예에 따른 5G 통신 시스템에서, 5G 주파수 대역은 Sub6 대역보다 높은 주파수 대역일 수 있다. 예를 들어, 5G 주파수 대역은 밀리미터파 대역일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다.
도 3은 일 실시예에 따른 전자 기기의 복수의 안테나들이 배치될 수 있는 구성의 예시를 나타낸다. 도 3을 참조하면, 전자 기기(100)의 전면에 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d)이 배치될 수 있다. 여기서, 전자 기기(100)의 전면에 배치되는 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d)은 디스플레이에 내장되는 투명 안테나로 구현될 수 있다.
또한, 전자 기기(100)의 측면에 복수의 안테나들(1110S1 및 1110S2)이 배치될 수 있다. 또한, 전자 기기(100)의 배면에 안테나들(1150B)이 배치될 수 있다.
한편, 도 2를 참조하면, 전자 기기(100)의 전면에 복수의 안테나들(ANT 1 내지 ANT 4)이 배치될 수 있다. 여기서, 복수의 안테나들(ANT 1 내지 ANT) 각각은 밀리미터파 대역에서 빔 포밍을 수행할 수 있도록 배열 안테나로 구성될 수 있다. 송수신부 회로(250)와 같은 무선 회로의 사용을 위한 단일(single) 안테나 및/또는 위상 배열 안테나로 구성된 복수의 안테나들(ANT 1 내지 ANT) 각각이 전자 기기(100) 상에 장착(mount)될 수 있다.
한편, 도 2 및 도 3을 참조하면, 복수의 안테나들(ANT 1 내지 ANT 4)에 해당하는 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d)을 통해, 적어도 하나 이상의 신호를 송신하거나 또는 수신할 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d) 각각이 배열 안테나로 구성 가능하다. 전자 기기는 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d) 중 어느 하나의 안테나를 통해 기지국과 통신이 가능하다. 또는, 전자 기기는 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d) 중 둘 이상의 안테나를 통해 기지국과 다중 입출력(MIMO) 통신이 가능하다.
한편, 본 발명은 전자 기기(100)의 측면에 복수의 안테나들(1110S1 및 1110S2)을 통해, 적어도 하나 이상의 신호를 송신하거나 또는 수신할 수 있다. 도시된 바와 달리, 전자 기기(100)의 전면에 복수의 안테나들(1110S1 내지 1110S4)을 통해, 적어도 하나 이상의 신호를 송신하거나 또는 수신할 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 안테나들(1110S1 내지 1110S4) 각각이 배열 안테나로 구성 가능하다. 전자 기기는 복수의 안테나들(1110S1 내지 1110S4) 중 어느 하나의 안테나를 통해 기지국과 통신이 가능하다. 또는, 전자 기기는 복수의 안테나들(1110S1 내지 1110S4) 중 둘 이상의 안테나를 통해 기지국과 다중 입출력(MIMO) 통신이 가능하다.
한편, 본 발명은 전자 기기(100)의 전면 및/또는 측면에 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d, 1150B, 1110S1 내지 1110S4)을 통해, 적어도 하나 이상의 신호를 송신하거나 또는 수신할 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d, 1150B, 1110S1 내지 1110S4) 각각이 배열 안테나로 구성 가능하다. 전자 기기는 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d, 1150B, 1110S1 내지 1110S4) 중 어느 하나의 안테나를 통해 기지국과 통신이 가능하다. 또는, 전자 기기는 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d, 1150B, 1110S1 내지 1110S4) 중 둘 이상의 안테나를 통해 기지국과 다중 입출력(MIMO) 통신이 가능하다.
이하에서는, 일 실시예에 따른 디스플레이에 내장되는 디스플레이 내장 안테나를 구비하는 전자 기기에 대해 설명하기로 한다. 이와 관련하여, 도 4a는 일 실시예에 따른 디스플레이에 내장되는 디스플레이 내장 안테나와 전송 선로를 구비하는 전자 기기를 나타낸다. 한편, 도 4b는 일 실시예에 따른 전자 기기의 측면에 배치되는 디스플레이 내장 안테나가 FPCB와 연결되는 구조를 나타낸다. 또한, 도 4c는 일 예시에 따른 복수의 디스플레이 내장 안테나가 송수신부 회로 및 기저대역 프로세서와 결합되는 구조를 나타낸다.
구체적으로, 도 5a는 일 예시에 따른 급전부와 디스플레이 내장 안테나의 결합 구조를 나타낸다. 한편, 도 5b는 도 5a에 따른 단일 안테나 소자가 1차원 배열 안테나로 확장된 구조를 나타낸다. 또한, 도 5c는 도 5a에 따른 디스플레이 내장 안테나가 FPCB와 전자 기기의 측면에서 연결되는 구성을 나타낸다.
한편, 전자 기기에서의 5G 통신, 특히 mmWave 대역에서의 5G 통신을 위해 전자 기기에서도 빔 포밍을 수행할 필요가 있다. 이를 위해, 전자 기기는 빔 포밍을 수행하기 위한 복수의 안테나로 이루어진 배열 안테나를 구비할 필요가 있다. 또한, 5G 통신에서 다중 입출력(MIMO)과 같은 통신 용량 증대 및 안테나 다이버시티를 위해 배열 안테나로 이루어진 안테나 모듈이 복수 개 구비될 수 있다.
이와 관련하여, 도 3의 전자 기기(100)의 측면에 복수의 안테나들(1110S1 및 1110S2)이 배치될 수 있다. 이러한 복수의 안테나들(1110S1 및 1110S2)의 개수는 2개에 한정되는 것은 아니고, 3개, 4개, 6개, 8개 등으로 확장될 수 있다. 일 예로, 전자 기기의 상단과 좌·우측에 mmWave 안테나 모듈을 배치하여 소정 각도에서 빔 커버리지(beam coverage)를 확보할 수 있다. 하지만, 이러한 경우에도 디스플레이 전면 방향으로의 전자파 지향성을 확보하기는 어렵다는 이슈가 있다.
이에 따라, 본 발명은 디스플레이 내부에 배치될 수 있는 디스플레이 내장형 안테나를 이용한 복수의 배열 안테나 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 4a를 참조하면, 전자 기기는 디스플레이(151)에 내장되는 안테나(1110)와 안테나(1110)를 급전하도록 구성된 전송 선로(transmission line, 1120)를 포함한다. 여기서, 디스플레이(151)는 OLED 또는 LCD로 구성 가능하다. 한편, 도 3 및 도 4a를 참조하면, 전자 기기는 디스플레이(151)에 내장되는 복수의 안테나들(ANT 1 내지 ANT 4)과 안테나들(ANT 1 내지 ANT 4)을 급전하도록 구성된 전송 선로(1120)을 포함한다. 여기서, 복수의 안테나들(ANT 1 내지 ANT 4)은 각각 배열 안테나(array antenna)로 구현되어 빔 포밍을 수행하도록 구성 가능하다. 한편, 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d) 각각의 배열 안테나는 상호 간에 이격되어 배치되어 다중 입출력(MIMO)를 수행하도록 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 안테나들(ANT 1 내지 ANT 4) 각각에 의한 빔 방향은 실질적으로 상호 직교하도록 공간 빔 포밍(spatial beam forming)이 수행될 수 있다.
이와 관련하여, 일 실시예에 따른 복수의 배열 안테나들(ANT 1 내지 ANT 4)의 각각의 안테나 소자는 시인성 향상을 위해 일 방향으로 형성된 메탈 메쉬로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 배열 안테나들(ANT 1 내지 ANT 4)의 각각의 안테나 소자의 내부에는 특정 각도의 사선 방향으로 형성된 메탈 메쉬 라인이 구비될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 각각의 안테나 소자의 내부에는 수평 방향 또는 수직 방향으로 형성된 메탈 메쉬 라인이 구비될 수 있다.
이와 관련하여, 도 4a와 같이 4개의 안테나 소자가 하나의 배열 안테나로 구현될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니라, 2x1, 4x1, 8x1 배열 안테나 등으로 변경 가능하다. 또한, 일 축 방향, 예컨대 수평 방향 이외에 타 축 방향, 예컨대 수직 방향으로도 빔 포밍을 수행할 수 있다. 이를 위해, 2x2, 4x2, 4x4, 2 x4 배열 안테나 등으로 변경 가능하다. 이와 같은 배열 안테나를 이용하여 밀리미터 파(mmWave) 대역에서 빔 포밍이 가능하다.
한편, 일 실시예에 따른 투명 안테나를 구비하는 전자기기에서, 투명 안테나는 Sub6 대역에서 동작할 수도 있다. 이와 관련하여, Sub6 대역에서 동작하는 투명 안테나는 배열 안테나 형태로 구비되어야 하는 것은 아니다. 따라서, Sub6 대역에서 동작하는 투명 안테나는 단일 안테나가 상호 간에 이격되어 배치되어 다중 입출력(MIMO)를 수행하도록 동작할 수 있다.
이에 따라, 도 4a의 패치 안테나가 배열 안테나로 배치되지 않고, 단일 안테나 형태의 패치 안테나가 전자 기기의 좌측 상부, 좌측 하부, 우측 상부 및 우측 하부에 배치되고, 각각의 패치 안테나가 다중 입출력(MIMO)를 수행하도록 동작할 수 있다.
도 4a 내지 도 5c를 참조하면, 본 발명에 따른 전자 기기는 디스플레이 내장 안테나(display built-in antenna, 1110) 및 플렉서블 인쇄형 회로 기판(flexible printed circuit board, FPCB)를 포함한다. 이와 관련하여, 디스플레이 내장 안테나(110)는 메탈 메쉬 라인 형태로 구현되거나 투명 필름형 디스플레이로 구현될 수 있다. 이에 따라, 디스플레이 내장 안테나(110)는 투명 안테나(transparent antenna)로 지칭될 수 있다.
디스플레이 내장 안테나(1110)는 디스플레이(1511) 내부에 투명 금속 필름 형태로 구성되고, 디스플레이(151) 전면으로 FPCB의 급전부(feeder, 1120)로부터 공급되는 신호를 방사하도록 구성될 수 있다.
한편, 급전부(1120)는 CPW 급전부(1121) 및 제2 금속 패턴(1122)를 포함하도록 구성 가능하다. 또한, 급전부(1120)는 CPW 급전부(1121), 제2 금속 패턴(1122) 및 마이크로스트립 라인(1123)을 포함하도록 구성 가능하다. 이와 관련하여, CPW 급전부(1121)는 금속 패턴과 그라운드(GND) 패턴이 동일 평면에 배치되도록 구성된다. 한편, 제2 금속 패턴(1122)은 CPW 급전부(1121)의 금속 패턴과 연결되고, 소정 길이와 소정 너비를 갖고 디스플레이 내장 안테나(1110)와 이격되어 갭 커플링되도록 구성된다. 여기서, CPW 급전부(1121)의 길이는 L1으로 표시되고, 길이 방향은 Y축에 해당하고 너비 방향은 X축에 해당한다.
한편, 제2 금속 패턴(1122)으로부터의 신호는 디스플레이 내장 안테나(1110)의 길이 방향과 너비 방향으로 모두 커플링되도록 전달될 수 있다. 이를 위해, 제2 금속 패턴(1122)은 디스플레이 내장 안테나(1110)의 내부 영역에 해당하는 개방 슬롯 영역(open slot region)에 배치될 수 있다. 즉, 디스플레이 내장 안테나(1110)와 제2 금속 패턴(1122)은 내부 삽입 구조(internal insertion structure)와 같은 상호 결합 구조로 배치되어 갭 커플링 가능하다.
이와 관련하여, 디스플레이 내장 안테나(1110)는 커플링 영역(coupling region; CR) 및 방사 영역(radiation region; RR)을 포함할 수 있다. 커플링 영역(CR)은 제2 금속 패턴(1122)의 너비 방향으로 인접하게 배치되어, 제2 금속 패턴(1122)으로부터의 신호가 커플링되도록 구성된다. 한편, 방사 영역(RR)은 제2 금속 패턴(1122)의 길이 방향으로 인접하게 배치되어, 제2 금속 패턴(1122)으로부터의 신호가 커플링 되어 전자 기기 외부로 방사하도록 구성된다.
도 5a를 참조하면, 디스플레이 내장 안테나(1110)는 CPW 급전 구조와 동일 평면상에 배치되므로, coplanar antenna로 지칭할 수 있다. 한편, 급전부(1120)중 CPW 급전부는 금속 패턴(1121)과 이를 둘러싸는 CPW 그라운드(CPW GND)로 구성된다. 이와 관련하여, 급전부(1120)중 CPW 급전부는 "coplanar waveguide with ground"로 지칭할 수 있다. 또한, 급전부(1120)중 CPW 급전부에 연결되는 라인은 마이크로스트립 라인(1123)으로 구현될 수 있다.
한편, 급전부(1120)의 마이크로스트립 라인(1123)은 CPW 급전부(1122)와 연결되고, 메인 PCB(도 7 참조)와 연결되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 메인 PCB에는 송수신부 회로(transceiver circuit, 1250) 및 기저대역 프로세서(baseband processor, 1400)가 배치될 수 있다.
이와 관련하여, 송수신부 회로(1250)는 제1 배열 안테나(1110a) 내지 제4 배열 안테나(1110d)와 연결되고, 제1 배열 안테나(1110a) 내지 제4 배열 안테나(1110d) 중 적어도 하나로 신호를 인가하도록 구성된다. 한편, 기저대역 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)와 연결되고, 제1 배열 안테나(1110a) 내지 제4 배열 안테나(1110d)를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 구성된다.
전술한 바와 같은 본 발명에 따른 전면 방사를 위한 필름형 디스플레이 안테나의 기술적 특징에 대해 요약하면 다음과 같다.
전자 기기, 특히 이동 단말기의 디스플레이의 전면 지향성을 높이기 위하여 안테나/안테나 모듈의 개구면이 디스플레이 전면을 바라보도록 설계될 필요가 있다. 하지만, 디스플레이 상단에 안테나 설계 공간이 협소하기 때문에 안테나/안테나 모듈의 소형화, 박막화가 필요하다.
따라서, 본 발명에서는 디스플레이 전면 방향의 전파 지향성 강화를 위하여 디스플레이 상단에 안테나를 실장할 수 있는 안테나 설계 방법과 급전선로 연결 구조 설계에 대하여 제안한다.
한편, 디스플레이 상부, 하부 또는 측면에 배치되는 안테나 배치 공간은 약 2 mm 정도 크기로 매우 적은 영역이다. 또한, 디스플레이에 배치되는 안테나는 단일층에 필름 타입으로 설계되기 때문에 디스플레이 패널 내부에 삽입이 용이하다는 장점이 있다.
한편, 본 발명에서 제안하는 안테나 타입은 간접 급전 방식의 패치 안테나이다. 또한, 본 발명은 마이크로스트립 라인(microstrip line)의 신호선로로부터 단일층의 패치안테나로 전류를 인가할 수 있는 급전선로 설계 방법을 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 디스플레이 내장형 패치안테나는 OLED 패널 하단의 동박(copper foil)을 접지면으로 활용하여 디스플레이 전면 방향으로 높은 지향성(directivity)을 갖도록 설계될 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 디스플레이 내장형 패치안테나는 서로 직교한 편파특성을 갖기 위한 급전선로 구현 방식을 포함한다.
한편, 도 6은 일 실시 예에 따른 디스플레이 내장 안테나가 FPCB와 연결되는 구성을 나타낸다. 또한, 도 7은 일 실시 예에 따른 디스플레이 내장 안테나와 연결되는 FPCB가 메인 PCB와 연결되는 구성을 나타낸다.
도 5c 및 도 6을 참조하면, 디스플레이 내장 안테나(1110)는 디스플레이(151)의 커버 글래스 하부에 배치되는 OCA 층 (optically clear adhesive layer)과 COP 층 (cyclo olefine polymer layer) 사이에 박막(thin film)으로 형성될 수 있다. 한편, 디스플레이(151) 하단의 copper sheet는 OLED 패널 하단의 copper로서 디스플레이 내장 안테나(1110)의 그라운드 평면(ground plane)으로 동작할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 투명 안테나가 내장되는 디스플레이 구조에 대해 설명하면 다음과 같다. 도 5c 및 도 6을 참조하면, 디스플레이 내부의 OLED 디스플레이 패널과 OCA 상부에 COP 층 (cyclo olefine polymer layer)이 배치될 수 있다. 여기서, COP 층과 같은 필름 형태의 유전체가 투명 안테나의 유전체 기판(dielectric substrate)으로 사용될 수 있다. 또한, 필름 형태의 유전체 상부에 안테나 레이어가 배치될 수 있다. 여기서, 안테나 레이어는 은 합금(Ag alloy), 구리(copper), 알루미늄(aluminum) 등으로 구현될 수 있다. 한편, 안테나 레이어에는 디스플레이 내장형 안테나(1110)와 전송 선로(1121 내지 1123)가 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따른 디스플레이 내장 안테나(1110)와 관련하여, 급전부(1120)의 제2 금속 패턴(1122)은 CPW 급전부(1121)와 CPW 영역에서 ACF (anisotropic conductive film) 본딩 될 수 있다. 여기서, ACF 본딩이 CPW 영역에서 이루어져 본딩에 따른 불연속 지점에서의 전기적 손실은 CPW 영역의 그라운드 (GND) 패턴에 의해 감소될 수 있다는 장점이 있다.
또한, ACF 본딩 지점은 1) 내지 5) 지점 중에서 2) 지점으로 선택될 수 있다. 이에 따라, 디스플레이의 투명 영역과 불투명 영역의 경계 지점인 2) 지점으로 선택됨에 따라, 급전선과 같은 CPW 급전부(1121)는 불투명 영역에 배치될 수 있다. 반면에, 디스플레이 내장 안테나(1110)와 같은 투명 필름 방사체는 투명 영역에 배치될 수 있다.
도 5c 및 도 7을 참조하면, 디스플레이 내장 안테나(1110)는 FPCB를 통해 메인 PCB와 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 디스플레이 내장 안테나(1110)는 FPCB의 단부에 연결된 커넥터를 통해 메인 PCB와 연결될 수 있다. 이 경우, 커넥터는 메인 PCB에 배치된 기판(Substrate)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 디스플레이 내장 안테나(1110)는 FPCB를 통해 메인 PCB에 배치된 송수신부 회로(1250)와 연결될 수 있다. 또한, 전력 관리 IC(PMIC)는 메인 PCB에 배치되어, 송수신부 회로(1250) 또는 기저대역 프로세서(1400)로 전력을 공급하고 공급되는 전력을 제어/관리할 수 있다.
요약하면, 본 발명에 따른 단일층에 설계된 필름형 안테나에 신호를 공급하기 위해 다음과 같은 급전선로 전이과정(feeding line transition step)을 이루어질 수 있다. 급전선로 전이과정은, Connector (Main PCB에 컨택)) → FPCB (Microstrip line) → ACF bonding (CPW-G; 접지면을 갖는 Coplanar Waveguide) →필름형 안테나 (1 layer)로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 필름형 안테나 타입의 디스플레이 내장 안테나와 관련하여, OLED 패널 하단의 동박(copper foil)은 필름형 패치안테나의 접지면 역할을 하기 때문에 디스플레이 전면으로 강한 지향성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 제안하는 디스플레이 내장 안테나는 위상 지연회로를 통한 빔조향이 가능하며 급전선로 구성에 따라 수직/수평 편파모드로 동작할 수 있다.
도 5c 및 도 7을 참조하면, 디스플레이 외부 영역의 FPCB 급전 선로인 1) 신호선로에 대해 설명하면 다음과 같다. 이와 관련하여, FPCB 급전 선로는 microstrip line 기반의 신호선이며 source로부터 인가된 신호를 안테나로 전달할 수 있다. 일 예로, FPCB 윗면이 접지면, 아랫면이 신호 선로이며, 단면의 전기장 분포는 microstrip line의 전기장 분포와 동일 또는 유사할 수 있다. 다른 예로, FPCB 아랫면이 접지면, 윗면이 신호 선로이며, 단면의 전기장 분포는 microstrip line의 전기장 분포와 동일 또는 유사할 수 있다.
한편, FPCB 급전 선로와 디스플레이 안테나의 연결부에 해당하는 2) FPCB와 필름(COP) 접합부에 대해 설명하면 다음과 같다. 이와 관련하여, FPCB 신호선로와 필름형 안테나는 ACF 본딩 방식으로 접합될 수 있다. ACF 본딩 접합을 위해 Co-planar Waveguide with Ground (CPW-G) 형태의 구조를 가지며 microstrip line의 전기장 분포와 유사하다. 또한 CPW-G는 microstrip line이나 CPW 구조에 비해 구조 변경, 커플링, 공정 오차 등 외부 요인으로 인한 특성 임피던스 변화가 둔감하다. 따라서, CPW-G 구조는 신호 선로와 안테나 간 접합부에서 안정적인 transition 특성을 갖는다.
한편, 본 발명에 따른 디스플레이 내장형 안테나, 즉 디스플레이 내장형 마이크로 스트립 패치 안테나의 동작 원리 및 전기장 분포 특성에 대해 설명하면 다음과 같다. 마이크로스트립 안테나(패치안테나)는 신호선로와의 연결부(1st radiating slot) 및 패치안테나의 종단(2nd radiating slot)에서 큰 임피던스 변화로 인해 발생되는 전기장 집중에 의해 방사(radiation)하는 안테나이다.
이와 관련하여, 도 5a 및 도 5c를 참조하면, 연결부(1st radiating slot)는 디스플레이 내장 안테나(1110)가 급전부(1120)의 제2 금속 패턴(1122)과 갭 커플링되는 영역일 수 있다. 즉, 연결부(1st radiating slot)는 디스플레이 내장 안테나(1110)의 방사 영역(RR) 중 제2 금속 패턴(1122)과 갭 커플링되는 영역일 수 있다.또한, 급전부(1120)의 제2 금속 패턴(1122)과 갭 커플링되는 커플링 영역(CR)일 수 있다. 한편, 패치안테나의 종단(2nd radiating slot)은 디스플레이 내장 안테나(1110)의 방사 영역(RR)의 종단일 수 있다. 이 경우, 두 radiating slot에서의 전기장 방향은 서로 반대이며 패치안테나 중심에서의 전기장은 최소 값을 갖는 것으로 간주될 수 있고, 이상적으로는 null 값을 갖는다.
본 발명에서 제안하는 안테나는 COP 필름에 설계되어 FPCB 신호선로와 ACF bonding 방식으로 체결될 수 있다. 이 경우, 디스플레이 OLED 하단의 copper sheet를 패치안테나의 접지면으로 활용하여 필름에 설계된 안테나가 접지면과 전위차를 발생시켜 패치안테나로써 동작할 수 있도록 설계될 수 있다.
한편, 도 8a은 다른 실시 예에 따른 급전 구조와 디스플레이 내장 안테나의 결합 구조를 나타낸다. 한편, 도 8b는 도 8a에 따른 단일 안테나 소자가 1차원 배열 안테나로 확장된 구조를 나타낸다. 또한, 도 8c는 도 8a에 따른 디스플레이 내장 안테나가 FPCB와 전자 기기의 측면에서 연결되는 구성을 나타낸다.
도 5a 내지 도 5c의 급전 구조는 직선 라인으로 구현되어, 디스플레이 내장 안테나(1110)가 수직 편파 모드로 동작할 수 있다. 여기서, 수직 편파는 안테나에서 형성되는 전계(electric field)가 Y축 방향으로 형성됨을 의미한다. 반면에, 도 8a 내지 도 8c의 급전 구조는 소정 각도로 벤딩된 라인으로 구현되어, 디스플레이 내장 안테나(1110)가 수평 편파 모드로 동작할 수 있다. 여기서, 수평 편파는 안테나에서 형성되는 전계(electric field)가 X축 방향으로 형성됨을 의미한다.
한편, 디스플레이 내장 안테나(1110)는 디스플레이의 측면 영역에 소정 간격 이격되어 배치되는 1차원 배열 안테나로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 4c를 참조하면, 디스플레이 내장 안테나(1110)는 디스플레이의 서로 다른 영역에 배치되는 제1 배열 안테나(1110a) 내지 제4 배열 안테나(1110d)인 제1 타입 안테나를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 타입 안테나는 수직 편파로 동작하는 안테나일 수 있다. 반면에, 제2 타입 안테나는 수평 편파로 동작하는 안테나일 수 있다.
일 예로, 제1 배열 안테나(1110a) 내지 제4 배열 안테나(1110d)는 도 5a 내지 도 5c와 같이 수직 편파 안테나로 동작할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고 제1 배열 안테나(1110a) 내지 제4 배열 안테나(1110d) 중 일부는 도 8a 내지 도 8c와 같이 수평 편파 안테나로 동작할 수 있다.
한편, 제1 배열 안테나(1110a) 내지 제4 배열 안테나(1110d)가 디스플레이에 배치되는 위치는 디스플레이의 측면 영역일 수 있다. 일 예로, 도 4c를 참조하면 제1 배열 안테나(1110a) 내지 제4 배열 안테나(1110d)는 좌측, 우측, 상부 및 하부에 배치될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고 도 4a를 참조하면, 제1 배열 안테나(1110a) 내지 제4 배열 안테나(1110d)는 좌측 영역에 2개가 배치되고 우측 영역에 2개가 배치될 수 있다. 또는, 제1 배열 안테나(1110a) 내지 제4 배열 안테나(1110d)는 좌측 상부, 우측 상부, 좌측 하부 및 우측 하부에 배치될 수 있다.
한편, 도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 제2 금속 패턴(1122)이 소정 각도로 벤딩된 구조로 형성될 수 있다. 즉, 제2 금속 패턴(1122)이 소정 각도로 벤딩된 구조로 형성되어 상기 벤딩된 구조에 의해 1차원 배열 안테나의 각각의 안테나 소자의 편파가 변경될 수 있다. 일 예로, 1차원 배열 안테나의 각각의 소자는 벤딩된 구조에 의해 수평 편파 안테나로 동작할 수 있다. 여기서, 수평 편파는 각각의 안테나 소자에 형성되는 전계가 X축 방향으로 형성됨을 의미한다.
구체적으로, 제2 금속 패턴(1122)도 CPW 라인 형태로 구성되어, 소정 각도로 벤딩된 급전부에 의한 RF 손실을 저감할 수 있다. 한편, 제2 금속 패턴(1122)으로부터의 신호는 디스플레이 내장 안테나(1110b)의 길이 방향으로 커플링될 수 있다. 이를 위해, 제2 금속 패턴(1122)은 급전부(1120)의 CPW 영역에 배치될 수 있다.
전술한 바와 같이, 복수의 배열 안테나는 디스플레이에 다양한 위치에 다양한 형태로 배치될 수 있다. 도 4c, 도 5a 내지 도 5c 및 도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 각각의 배열 안테나는 수직 편파 안테나로 동작하거나 수평 편파 안테나로 동작할 수 있다.
이와 관련하여, 제1 배열 안테나(1110a) 내지 제4 배열 안테나(1110d)는 중 일부는 수직 편파 안테나로 동작할 수 있다. 한편, 제1 배열 안테나(1110a) 내지 제4 배열 안테나(1110d)는 중 나머지는 수평 편파 안테나로 동작할 수 있다. 구체적으로, 수직 편파 안테나가 디스플레이이의 측면 영역에 배치되면 수평 편파 안테나는 디스플레이의 상부 및 하부 영역에 배치될 수 있다.
일 실시예로, 제1 배열 안테나(1110a)와 제2 배열 안테나(1110b)가 수직 편파 안테나로 동작할 수 있다. 이에 따라, 디스플레이 좌측 및 우측 안테나 영역에 Y축 방향으로 전계가 형성될 수 있다. 반면에, 제3 배열 안테나(1110c)와 제4 배열 안테나(1110d)가 수평 편파 안테나로 동작할 수 있다. 이에 따라, 디스플레이 상부 및 하부 안테나 영역에 Y축 방향으로 전계가 형성될 수 있다. 따라서, 디스플레이 내부의 안테나 영역에 형성되는 전계 방향은 모두 Y축 방향으로 생성되어, 배열 안테나 간 편파 간섭이 발생하지 않는다는 장점이 있다. 이와 관련하여, 전자 기기가 회전에 따른 움직임이 크지 않으면 디스플레이 내부의 전계 방향을 일치시켜 수신 신호 품질을 향상시킬 수 있다.
다른 실시예로, 제1 배열 안테나(1110a) 내지 제4 배열 안테나(1110d)가 모두 수직 편파 안테나로 동작할 수 있다. 이에 따라, 디스플레이의 좌측 및 우측 안테나 영역에 Y축 방향으로 전계가 형성될 수 있다. 반면에, 디스플레이의 상부 및 하부 안테나 영역에 X축 방향으로 전계가 형성될 수 있다.
일 예로, Y축 방향으로 전계가 형성되는 제1 배열 안테나(1110a)와 X축 방향으로 전계가 형성되는 제4 배열 안테나(1110d)를 이용하여 다중 입출력(MIMO) 또는 다이버시티 동작을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 전자 기기가 회전에 따른 움직임이 크지 않으면 디스플레이 내부의 서로 다른 전계 방향의 제1 및 제2 신호를 통해 MIMO 동작을 수행할 수 있다. 반면에, 전자 기기가 회전에 따른 움직임이 큰 경우 디스플레이 내부의 서로 다른 전계 방향의 제1 및 제2 신호를 통해 다이버시티 동작을 수행할 수 있다.
따라서, 기저대역 프로세서는 수직 편파 안테나 중 하나와 수평 편파 안테나 중 하나를 이용하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 여기서, 수직 편파 안테나와 수평 편파 안테나는 안테나 소자 자체의 편파를 고려하여 결정될 수 있다. 대안으로, 수직 편파 안테나와 수평 편파 안테나는 디스플레이에 배치되는 위치를 고려하여 결정될 수 있다.
한편, 복수의 배열 안테나는 디스플레이 내장형 안테나 이외에 전자 기기 내부에도 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 9a는 일 실시예에 따른 디스플레이 내장형 배열 안테나가 빔 스캔을 수행하는 개념도를 나타낸다. 한편, 도 9b는 일 실시예에 따른 전자 기기 내부에 배치되는 배열 안테나가 빔 스캔을 수행하는 개념도를 나타낸다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 본 발명에 따른 디스플레이 내장형 배열 안테나와 전자 기기에 배치되는 배열 안테나를 통해 디스플레이의 전면 및 후면 방향으로 방사할 수 있는 안테나를 제공할 수 있다. 이와 관련하여, 본 발명에 따른 디스플레이 내장형 배열 안테나는 투명 전극을 이용하여 안테나 설계 및 안테나의 투명화가 가능하다. 구체적으로, 이동 단말기와 같은 전자 기기의 전면과 배면에 각각의 배열 안테나 모듈을 사용하여 구형 패턴을 구현할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에서는 디스플레이 내장형 배열 안테나와 전자 기기에 배치되는 배열 안테나를 통해, 전자 기기의 전면과 후면을 포함하는 전 공간(full space) 상에서 360°빔 커버리지(beam coverage) 제공이 가능하다.
특히, 도 9a를 참조하면, 디스플레이의 서로 다른 영역에 배치되는 제1 배열 안테나(1110a) 내지 제4 배열 안테나(1110d)인 제1 타입 안테나(1110)가 배치될 수 있다. 한편, 도 9b를 참조하면, 전자 기기 내부에 배치되는 제5 배열 안테나(1150a) 내지 제8 배열 안테나(1150d)인 제2 타입 안테나(1150)가 배치될 수 있다.
이와 관련하여, 제1 타입 안테나(1110)는 디스플레이를 통해 전자 기기의 전면으로 신호를 방사하도록 디스플레이 내부에 배치될 수 있다. 한편, 제2 타입 안테나(1150)는 전자 기기의 후면으로 신호를 방사하도록 전자 기기 내부에 배치될 수 있다.
일 예로, 제1 배열 안테나(1110a)는 수직 방향에서 디스플레이 전면으로 빔 패턴을 형성할 수 있다. 한편, 제1 배열 안테나(1110a)는 각 안테나 소자에 인가되는 신호의 위상 변화에 따라 수평 방향에서 전 방향으로 빔 패턴을 변화시킬 수 있다. 다른 예로, 제5 배열 안테나(1150a)는 수직 방향에서 전자 기기 후면으로 빔 패턴을 형성할 수 있다. 한편, 제5 배열 안테나(1150a)는 각 안테나 소자에 인가되는 신호의 위상 변화에 따라 수평 방향에서 전 방향으로 빔 패턴을 변화시킬 수 있다.
도 4c, 도 9a 및 도 9b를 참조하면, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 타입 안테나(1110) 중 적어도 하나와 제2 타입 안테나(1150) 중 적어도 하나를 이용하여 다이버시티(diversity)를 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 전자 기기의 플립(flip) 동작을 고려하여 제1 타입 안테나(1110)에서 선택된 안테나와 제2 타입 안테나(1150)에서 선택된 안테나는 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
이에 따라, 전자 기기에 플립 동작이 발생하여도 제1 타입 안테나(1110) 및 제2 타입 안테나(1150) 중 하나를 통해서 신호를 끊김없이 안정적으로 수신 및 송신할 수 있다. 또한, 제1 배열 안테나(1110a)에서 사용되는 빔에 대응되는 제5 배열 안테나(1150a)의 빔을 사용하여, 별도의 빔 탐색 과정 없이 신호를 끊김없이 안정적으로 수신 및 송신할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에서 서로 다른 배열 안테나는 다중 입출력 동작(MIMO)을 위해 상호 간에 가능한 큰 이격 거리를 유지할 필요가 있다. 하지만, 응용에 따라 서로 다른 배열 안테나는 상호 간에 인접하게 배치되어 서로 다른 커버리지를 커버하도록 구성 가능하다.
이와 관련하여, 도 9c는 일 실시예에 따라 전자 기기에서 인접하게 배치되는 서로 다른 배열 안테나를 나타낸다. 도 9c를 참조하면, 제1 배열 안테나(1110a)는 디스플레이의 일 측면에 배치될 수 있다. 한편, 제2 배열 안테나(1110b)는 디스플레이의 타 측면에 제1 배열 안테나(1110a)와 인접하게 배치될 수 있다. 여기서, 제1 배열 안테나(1110a) 및 제2 배열 안테나(1110b)는 디스플레이 내장 안테나로서, AoD (Antenna on Display)로 지칭될 수 있다. 한편, AoD라는 용어는 디스플레이 상에 부착되는 안테나와 디스플레이 내부에 배치되는 안테나를 포함한다. 또한, AoD라는 용어는 디스플레이 내부의 COP 상에 배치되는 의미로 해석될 수 있다.
한편, 제1 배열 안테나(1110a)는 디스플레이의 상부에 소자 간 d의 간격으로 배치될 수 있다. 한편, 제2 배열 안테나(1110b)는 디스플레이의 좌측에 제1 배열 안테나(1110a)의 인접하게 배치될 수 있다. 여기서, 제1 배열 안테나(1110a)의 어느 하나의 소자와 제2 배열 안테나(1110b)의 어느 하나의 소자는 상호 간 d의 간격으로 배치될 수 있다. 일 예시로, 제1 배열 안테나(1110a)의 소자들은 넓은 빔 포밍 각도를 위해 가능한 인접하도록 약 반파장만큼 이격 배치될 수 있다. 유사하게, 제2 배열 안테나(1110b)의 소자들은 넓은 빔 포밍 각도를 위해 가능한 인접하도록 약 반 파장만큼 이격 배치될 수 있다.
이와 관련하여, 제1 배열 안테나(1110a)는 전자 기기의 상부 영역을 통해 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 한편, 제2 배열 안테나(1110b)는 전자 기기의 측면 영역을 통해 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 제1 배열 안테나(1110a)와 제2 배열 안테나(1110b)로 동시에 신호가 인가되어 MIMO를 수행하지 않을 수 있다. 즉, 제1 배열 안테나(1110a) 및 제2 배열 안테나(1110b) 중 어느 하나로만 신호가 방사될 수 있다. 이에 따라, 제1 배열 안테나(1110a) 및 제2 배열 안테나(1110b)는 하나의 신호를 서도 다른 방향으로 방사하므로 하나의 안테나 모듈로 취급할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 디스플레이 내장형 안테나는 도 10a 내지 도 10b와 같이 다양한 형태로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 10a는 일 실시 예에 따른 디스플레이 내장형 안테나로 패치 타입 안테나와 슬롯 타입 안테나를 나타낸다. 한편, 도 10b는 일 실시 예에 따른 디스플레이 내장형 안테나로 서로 다른 캡 커플링 형태를 나타낸다.
도 10a를 참조하면, CPW-fed 패치 안테나(1100P)는 CPW 급전라인을 통해 신호가 패치 소자로 인가되어 신호를 패치를 통해 방사할 수 있다. 이와 관련하여, 동일 평면에 급전선로와 안테나를 배치하여 직접(direct) 연결하는 설계 방식으로 설계가 간단하고 안테나와 선로 간의 임피던스 정합이 용이하다는 장점이 있다. 한편, 단일 방향성의 방사패턴을 위해 반사판이 필요하며 반사판과의 간격(예컨대, λg/4)이 요구되어, 안테나 두께(thickness)가 증가할 수 있다. 또한, 전력분배기를 포함한 급전회로 설계 시 급전선로의 길이가 안테나 공진길이에 영향을 미치기 때문에 설계 최적화 과정이 필요하다.
한편, 도 10a를 참조하면, CPW-fed 슬롯 안테나(1100S)는 CPW 급전라인을 통해 신호가 슬롯으로 인가되어 신호를 슬롯을 통해 방사할 수 있다. CPW-fed 슬롯 안테나(1100S) 구조는 접지면 중앙에 슬롯(slot)을 설계하고 slot 가장자리를 따라 흐르는 전류분포로부터 전자파가 방사하는 안테나 설계 구조이다. 이와 관련하여, 안테나 형상이 간단하고 소형화가 용이한 장점을 갖는다. 한편, CPW-fed 슬롯 안테나(1100S)에서 이중편파 특성 구현 시 단일 평면에 서로 직교한 slot geometry를 공유할 수 있다.
한편, 일 실시 예에 따른 디스플레이 내장 안테나는 CPW-fed 패치 안테나(1100P)와 CPW-fed 슬롯 안테나(1100S)를 포함하도록 구성 가능하다. 이와 관련하여, 도 4c를 참조하면, 복수의 배열 안테나(1110a 내지 1110d) 중 일부는 CPW-fed 패치 안테나(1100P)로 구현될 수 있다. 반면에, 복수의 배열 안테나(1110a 내지 1110d) 중 나머지는 CPW-fed 슬롯 안테나(1100S)로 구현될 수 있다. 이와 같이 서로 다른 타입의 CPW-fed 패치 안테나(1100P)와 CPW-fed 슬롯 안테나(1100S)를 디스플레이의 다른 영역에 배치하여, 배열 안테나(1110a 내지 1110d) 상호 간 간섭을 저감할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 도 10b를 참조하면, 본 발명에 따른 디스플레이 내장형 안테나(1110)는 갭 커플링 패치 안테나(1110-1) 및 갭 커플링 오프셋 패치 안테나(1110-2)를 포함할 수 있다. 한편, 갭 커플링 패치 안테나(1110-1)는 동일 평면에 안테나와 근접한 급전선로를 배치하여 안테나 표면에 전류를 유도하는 설계 방식이다. 이와 관련하여, 급전선로와 안테나가 서로 분리되어 있기 때문에 선로 길이 연장에 의한 공진 길이 변화는 적다. 한편, 안테나 이득을 일정 수준 이상 유지하기 위해, 급전선로로부터 안테나에 커플링(coupling)되는 전류의 양이 일정 수준 이상이 되도록 설계될 필요가 있다.
반면에, 갭 커플링 오프셋 패치 안테나(1110-2)는 동일 평면에 안테나와 급전선로를 근접하게 배치하여 안테나에 전류를 유도하는 구조이다. 한편, 안테나 한쪽 끝에서부터 전류가 유도되기 때문에 갭 커플링 패치 안테나(1110-1) 의 편파모드와 직교한 전파 특성을 가질 수 있다.
또한, 갭 커플링 오프셋 패치 안테나(1110-2)도 갭 커플링 패치 안테나(1110-1)와 유사하게 동일 평면에 안테나와 근접한 급전선로를 배치하여 안테나 표면에 전류를 유도하는 설계 방식이다. 이와 관련하여, 급전선로와 안테나가 서로 분리되어 있기 때문에 선로 길이 연장에 의한 공진 길이 변화는 적다. 한편, 안테나 이득을 일정 수준 이상 유지하기 위해, 급전선로로부터 안테나에 커플링(coupling)되는 전류의 양이 일정 수준 이상이 되도록 설계될 필요가 있다.
일 예로, 도 4c, 도 10a 및 도 10b를 참조하면, 제1 배열 안테나(1110a) 내지 제4 배열 안테나(1110d) 중 일부는 CPW-fed 패치 안테나(1110P)로 구현될 수 있다. 반면에, 제1 배열 안테나(1110a) 내지 제4 배열 안테나(1110d) 중 나머지는 CPW-fed 슬롯 안테나(1110S)로 구현될 수 있다.
예를 들어, CPW-fed 패치 안테나(1110P)로 구현된 배열 안테나와 로 나머지는 CPW-fed 슬롯 안테나(1110S)로 구현된 다른 배열 안테나를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 이와 같이 서로 다른 형태로 구성된 안테나를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하여 MIMO 스트림 간 격리도를 개선시킬 수 있다.
한편, 도 8a 및 도 10b를 참조하면, 갭 커플링 패치 안테나(1110-1)에서 급전부(1120)는 디스플레이 내장 안테나와 갭 커플링될 수 있다. 이와 관련하여, 갭 커플링 패치 안테나(1110-1)는 제2 금속 패턴(1122-1)과 갭 커플링될 수 있다. 이 경우, 급전부(1120)는 디스플레이 내장 안테나의 중심 영역에 배치될 수 있다. 한편, 소정 각도로 벤딩된 제2 금속 패턴(1122-1)으로부터의 신호는 패치 안테나의 좌측 또는 우측 일부 영역을 통해서 커플링 될 수 있다.
한편, 도 8a 및 도 10b를 참조하면, 갭 커플링 오프셋 패치 안테나(1110-2)에서 급전부(1120)는 디스플레이 내장 안테나와 갭 커플링될 수 있다. 이와 관련하여, 갭 커플링 오프셋 패치 안테나(1110-2)는 제2 금속 패턴(1122-2)과 갭 커플링될 수 있다. 이 경우, 급전부(1120)는 디스플레이 내장 안테나의 측면에 인접하는 영역에 배치되고, 소정 각도로 벤딩된 제2 금속 패턴(1122-2)으로부터의 신호는 패치 안테나의 전체 영역을 통해서 커플링될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 갭 커플링 패치 안테나 (1110-1, 1110-2)는 2개, 4개 또는 그 이상의 소자들을 이용하여 배열 안테나로 확장 가능하다. 이와 관련하여, 도 11a는 도 10b의 갭 커플링 패치 안테나 소자가 배열 안테나로 구성된 형태를 나타낸다. 한편, 도 11b는 도 10b의 갭 커플링 오프셋 패치 안테나 소자가 배열 안테나로 구성된 형태를 나타낸다.
도 11a 및 도 11b를 참조하면, 디스플레이 내장 안테나(1100)는 배열 안테나로 구성될 수 있다. 도 11a를 참조하면, 제1 패치 소자(P1) 및 제2 패치 소자(P2)로 각각 신호를 인가하는 제2 금속 패턴(1122-1)은 상호 대칭 형태로 배치되어, 배열 안테나의 대역폭 특성을 향상시킬 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 소자의 개수는 2개에 한정되지 않고 도 4c와 같이 4개 또는 그 이상으로 구현 가능하다. 이에 따라, 배열 안테나의 인접한 소자 간에 제2 금속 패턴(1122-1)은 상호 대칭 형태로 배치되어, 배열 안테나의 대역폭 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 11b를 참조하면, 제1 패치 소자(P1) 및 제2 패치 소자(P2)로 각각 신호를 인가하는 제2 금속 패턴(1122-2)은 상호 대칭 형태로 배치되어, 배열 안테나의 대역폭 특성을 향상시킬 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 소자의 개수는 2개에 한정되지 않고 도 4c와 같이 4개 또는 그 이상으로 구현 가능하다. 이에 따라, 배열 안테나의 인접한 소자 간에 제2 금속 패턴(1122-2)은 상호 대칭 형태로 배치되어, 배열 안테나의 대역폭 특성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 디스플레이 내장 안테나 및 이를 이용한 배열 안테나의 전기적 특성에 대해 설명하면 다음과 같다. 이와 관련하여, 표 1은 본 발명에 따른 디스플레이 내장 안테나 단일 소자의 공진 주파수, 피크 이득과 방사 효율을 나타낸다. 이와 관련하여, 디스플레이 내장 안테나 단일 소자는 28GHz에서 공진하는 것으로 설계될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 공진 주파수의 튜닝이 가능하다.
Resonance frequency 28GHz
Peak gain 4.81dB
Radiation efficiency 0.52
한편, 본 발명에 따른 디스플레이 내장 안테나를 이용한 배열 안테나의 전기적 특성은 표 2와 같다. 이와 관련하여, 배열 안테나의 안테나 소자 개수를 4개로 가정하고, 각 안테나 소자의 포트 별로 신호를 인가한 경우, 각 안테나 소자 별로 피크 이득과 방사 효율은 표 2와 같다.
Port number 1 2 3 4
Peak gain 3.82 3.54 3.54 3.82
Radiation efficiency 0.56 0.44 0.44 0.56
이와 관련하여, 2번 안테나 소자 및 3번 안테나 소자는 인접한 2개의 안테나 소자와의 상호 커플링에 기인하여 1번 안테나 소자 및 4번 안테나 소자보다 피크 이득과 방사 효율이 다소 저감될 수 있다. 하지만, 피크 이득과 방사 효율이 저감되는 수준이 매우 미미하여 모든 안테나 소자가 정상 동작함을 알 수 있다.
한편, 표 3은 본 발명의 디스플레이 내장 안테나를 이용한 배열 안테나에서 빔 포밍 각도에 따른 배열 안테나 이득 및 방사 효율을 나타낸다. 여기서, 빔 포밍 각도는 빔 스캔 각도 또는 수신 신호 방향 관점에서 AoA (Angle of Arrival)으로 지칭할 수 있다.
Beam forming angle 0 deg 15 deg 30 deg 45 deg
Peak gain 8.62 8.31 5.80 1.90
Radiation efficiency 0.57 0.54 0.51 0.43
표 3을 참조하면, 30도 이내의 빔 포밍 각도에서 배열 안테나 이득의 3dB 이하의 이득 감소를 가져, 30도 이내에서 빔 포밍이 가능함을 알 수 있다. 한편, 45도의 빔 포밍 각도에서도 방사 효율 감소는 매우 미미한 수준임을 알 수 있다. 따라서, 디스플레이 내장 안테나의 단일 방사 패턴의 빔 폭을 증가시키거나 비대칭성을 개선하여 ±45도 정도의 범위에서 빔 포밍이 가능함을 알 수 있다.
이상에서는, 본 발명의 일 양상에 따른 디스플레이 내장 안테나와 이를 이용한 배열 안테나를 구비하는 전자 기기에 대해 설명하였다. 이하에서는, 본 발명의 다른 양상에 따른 디스플레이 내장 안테나와 이를 이용한 배열 안테나를 구비하는 전자 기기에 대해 설명하기로 한다.
이와 관련하여, 도 12는 일 실시 예에 따른 복수의 배열 안테나, 송수신부 회로 및 기저대역 프로세서를 구비하는 전자 기기의 구성을 나타낸다. 도 1a 내지 도 12를 참조하면, 전자 기기(1000)는 플렉서블 인쇄형 회로 기판(flexible printed circuit board, FPCB) 및 복수의 배열 안테나(1100a 내지 1100d 또는 ANT1 내지 ANT4)를 포함하도록 구성된다. 또한, 전자 기기는 송수신부 회로(1250) 및 기저대역 프로세서(1400)를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
복수의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)는 디스플레이 내장 안테나(display built-in antenna, 1110)로 구현될 수 있다. 디스플레이 내장 안테나(1110)는 디스플레이 내부에 투명 금속 필름 형태로 구성되고, 디스플레이 전면으로 FPCB의 급전부(feeder, 1120)로부터 공급되는 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나(1100)는 디스플레이의 서로 다른 영역에 배치되는 제1 배열 안테나(ANT1) 내지 제4 배열 안테나(ANT4)를 포함하도록 구성 가능하다. 한편, 급전부(1120)는 소정 길이와 소정 너비를 갖고 디스플레이 내장 안테나(1100)와 이격되어 갭 커플링되도록 구성될 수 있다.
한편, 송수신부 회로(1250)는 제1 배열 안테나(ANT1) 내지 제4 배열 안테나(ANT4)와 연결되고, 제1 배열 안테나(ANT1) 내지 제4 배열 안테나(ANT4) 중 적어도 하나로 신호를 인가하도록 구성된다.
한편, 디스플레이 구조와 관련하여, 도 6을 참조하면, 디스플레이 내장 안테나(100)는 박막(thin film)으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 디스플레이 내장 안테나(100)는 디스플레이의 커버 글래스 하부에 배치되는 OCA 층 (optically clear adhesive layer)과 COP 층 (cyclo olefine polymer layer) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 디스플레이 하단의 copper sheet는 OLED 패널 하단의 copper로서 디스플레이 내장 안테나(1100)의 그라운드 평면(ground plane)으로 동작할 수 있다.
한편, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 배열 안테나(1110a) 내지 제4 배열 안테나(1110a) 중 수직 편파 안테나와 수평 편파 안테나를 이용하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 도 4c를 참조하면, 전자 기기의 측면에 배치되는 제1 배열 안테나(1110a) 및 제2 배열 안테나(1100b)는 수직 편파 안테나로 동작할 수 있다. 즉, 제1 배열 안테나(ANT1) 및 제2 배열 안테나(ANT2)에 Y축 방향으로 전계가 형성될 수 있다. 반면에, 전자 기기의 상부 및 하부에 배치되는 제3 배열 안테나(1110c) 및 제4 배열 안테나(1110d)는 수평 편파 안테나로 동작할 수 있다. 즉, 제1 배열 안테나(ANT1) 및 제2 배열 안테나(ANT2)에 X축 방향으로 전계가 형성될 수 있다.
이에 따라, 서로 다른 방향으로 전계가 형성되는 배열 안테나를 이용하여 MIMO 스트림 간 격리도를 향상시킬 수 있다는 장점이 있다. 따라서, 기저대역 프로세서(1400)는 측면에 배치되는 제1 배열 안테나(1110a)와 상부에 배치되는 제3 배열 안테나(1110c)를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 대안으로, 기저대역 프로세서(1400)는 측면에 배치되는 제1 배열 안테나(1110a)와 하부에 배치되는 제4 배열 안테나(1110d)를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.
다른 실시예로, 도 12를 참조하면, 전자 기기의 측면에 배치되는 제1 배열 안테나(ANT1) 및 제2 배열 안테나(ANT2)는 수평 편파 안테나로 동작할 수 있다. 즉, 제1 배열 안테나(ANT1) 및 제2 배열 안테나(ANT2)에 X축 방향으로 전계가 형성될 수 있다. 반면에, 전자 기기의 상부 및 하부에 배치되는 제3 배열 안테나(ANT3) 및 제4 배열 안테나(ANT4)는 수직 편파 안테나로 동작할 수 있다. 즉, 제3 배열 안테나(ANT1) 및 제4 배열 안테나(ANT2)도 X축 방향으로 전계가 형성될 수 있다.
이에 따라, 디스플레이 영역에서 동일한 방향으로 전계가 형성되는 배열 안테나를 이용하여 다이버시티 동작을 수행하거나 빔 커버리지를 향상시킬 수 있다는 장점이 있다. 따라서, 기저대역 프로세서(1400)는 측면에 배치되는 제1 배열 안테나(ANT1)와 상부에 배치되는 제3 배열 안테나(ANT3)를 통해 서로 다른 커버리지 영역을 커버할 수 있다. 대안으로, 기저대역 프로세서(1400)는 측면에 배치되는 제1 배열 안테나(ANT1)와 하부에 배치되는 제4 배열 안테나(ANT4)를 통해 서로 다른 커버리지 영역을 커버할 수 있다. 이 경우, 전자 기기가 수평 방향에서 회전함에 따라 안테나 커버리지 영역이 변경되어도 전계 방향 변경 없이 안테나 간 전환이 가능하다는 장점이 있다.
이상에서는 본 발명에 따른 디스플레이 내장 안테나와 이를 이용한 편파 다이버시티 구조의 배열 안테나를 구비하는 전자 기기에 대해 설명하였다. 이러한 디스플레이 내장 안테나와 이를 이용한 편파 다이버시티 구조의 배열 안테나를 구비하는 전자 기기와 기지국과의 통신 방식에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다. 전술한 바와 같은 배열 안테나를 구비하는 전자 기기와 기지국과의 통신 방식은 5G 통신 방식일 수 있다. 한편, 5G 통신 방식에 한정되는 것은 아니고 backward compatibility를 위해 4G 통신 방식에도 적용 가능하다. 이와 관련하여, 전자 기기와 기지국과의 5G 통신은 Sub 대역에서 이루어질 수 있다. 또한, 전자 기기와 기지국과의 5G 통신은 mmWave 대역에서도 배열 안테나 기반의 빔 포밍을 통해 이루어질 수 있다.
이와 관련하여, 도 13은 본 명세서에서 제안하는 방법들이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템의 블록 구성도를 예시한다.
도 13을 참조하면, 무선 통신 시스템은 제 1 통신 장치(910) 및/또는 제 2 통신 장치(920)을 포함한다. 'A 및/또는 B'는 'A 또는 B 중 적어도 하나를 포함한다'와 동일한 의미로 해석될 수 있다. 제 1 통신 장치가 기지국을 나타내고, 제 2 통신 장치가 단말을 나타낼 수 있다(또는 제 1 통신 장치가 단말을 나타내고, 제 2 통신 장치가 기지국을 나타낼 수 있다).
기지국(BS: Base Station)은 고정국(fixed station), Node B, eNB(evolved-NodeB), gNB(Next Generation NodeB), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(AP: Access Point), gNB(general NB), 5G 시스템, 네트워크, AI 시스템, RSU(road side unit), 로봇 등의 용어에 의해 대체될 수 있다. 또한, 단말(Terminal)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, UE(User Equipment), MS(Mobile Station), UT(user terminal), MSS(Mobile Subscriber Station), SS(Subscriber Station), AMS(Advanced Mobile Station), WT(Wireless terminal), MTC(Machine-Type Communication) 장치, M2M(Machine-to-Machine) 장치, D2D(Device-to-Device) 장치, 차량(vehicle), 로봇(robot), AI 모듈 등의 용어로 대체될 수 있다.
제 1 통신 장치와 제 2 통신 장치는 프로세서(processor, 911,921), 메모리(memory, 914,924), 하나 이상의 Tx/Rx RF 모듈(radio frequency module, 915,925), Tx 프로세서(912,922), Rx 프로세서(913,923), 안테나(916,926)를 포함한다. 프로세서는 앞서 살핀 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 보다 구체적으로, DL(제 1 통신 장치에서 제 2 통신 장치로의 통신)에서, 코어 네트워크로부터의 상위 계층 패킷은 프로세서(911)에 제공된다. 프로세서는 L2 계층의 기능을 구현한다. DL에서, 프로세서는 논리 채널과 전송 채널 간의 다중화(multiplexing), 무선 자원 할당을 제 2 통신 장치(920)에 제공하며, 제 2 통신 장치로의 시그널링을 담당한다. 전송(TX) 프로세서(912)는 L1 계층 (즉, 물리 계층)에 대한 다양한 신호 처리 기능을 구현한다. 신호 처리 기능은 제 2 통신 장치에서 FEC(forward error correction)을 용이하게 하고, 코딩 및 인터리빙(coding and interleaving)을 포함한다. 부호화 및 변조된 심볼은 병렬 스트림으로 분할되고, 각각의 스트림은 OFDM 부반송파에 매핑되고, 시간 및/또는 주파수 영역에서 기준 신호(Reference Signal, RS)와 멀티플렉싱되며, IFFT (Inverse Fast Fourier Transform)를 사용하여 함께 결합되어 시간 영역 OFDMA 심볼 스트림을 운반하는 물리적 채널을 생성한다. OFDM 스트림은 다중 공간 스트림을 생성하기 위해 공간적으로 프리코딩된다. 각각의 공간 스트림은 개별 Tx/Rx 모듈(또는 송수신기,915)를 통해 상이한 안테나(916)에 제공될 수 있다. 각각의 Tx/Rx 모듈은 전송을 위해 각각의 공간 스트림으로 RF 반송파를 변조할 수 있다.
제 2 통신 장치에서, 각각의 Tx/Rx 모듈(또는 송수신기,925)는 각 Tx/Rx 모듈의 각 안테나(926)을 통해 신호를 수신한다. 각각의 Tx/Rx 모듈은 RF 캐리어로 변조된 정보를 복원하여, 수신(RX) 프로세서(923)에 제공한다. RX 프로세서는 layer 1의 다양한 신호 프로세싱 기능을 구현한다. RX 프로세서는 제 2 통신 장치로 향하는 임의의 공간 스트림을 복구하기 위해 정보에 공간 프로세싱을 수행할 수 있다. 만약 다수의 공간 스트림들이 제 2 통신 장치로 향하는 경우, 다수의 RX 프로세서들에 의해 단일 OFDMA 심볼 스트림으로 결합될 수 있다. RX 프로세서는 고속 푸리에 변환 (FFT)을 사용하여 OFDMA 심볼 스트림을 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환한다. 주파수 영역 신호는 OFDM 신호의 각각의 서브 캐리어에 대한 개별적인 OFDMA 심볼 스트림을 포함한다. 각각의 서브캐리어 상의 심볼들 및 기준 신호는 제 1 통신 장치에 의해 전송된 가장 가능성 있는 신호 배치 포인트들을 결정함으로써 복원되고 복조 된다. 이러한 연 판정(soft decision)들은 채널 추정 값들에 기초할 수 있다. 연판정들은 물리 채널 상에서 제 1 통신 장치에 의해 원래 전송된 데이터 및 제어 신호를 복원하기 위해 디코딩 및 디인터리빙 된다. 해당 데이터 및 제어 신호는 프로세서(921)에 제공된다.
UL(제 2 통신 장치에서 제 1 통신 장치로의 통신)은 제 2 통신 장치(920)에서 수신기 기능과 관련하여 기술된 것과 유사한 방식으로 제 1 통신 장치(910)에서 처리된다. 각각의 Tx/Rx 모듈(925)는 각각의 안테나(926)을 통해 신호를 수신한다. 각각의 Tx/Rx 모듈은 RF 반송파 및 정보를 RX 프로세서(923)에 제공한다. 프로세서 (921)는 프로그램 코드 및 데이터를 저장하는 메모리 (924)와 관련될 수 있다. 메모리는 컴퓨터 판독 가능 매체로서 지칭될 수 있다.
이상에서는 본 발명에 따른 디스플레이 내장형 안테나와 이를 이용한 5g 배열 안테나를 구비하는 전자 기기에 대해 설명하였다. 이러한 디스플레이 내장형 안테나와 이를 이용한 5g 배열 안테나를 구비하는 전자 기기의 기술적 특징은 다음과 같다.
본 발명에 따르면, 디스플레이 내의 필름 형태의 유전체 기판 상에 구현되는 메탈 라인으로 구현되는 디스플레이 내장형 안테나를 통해 디스플레이 전면으로도 효율적으로 신호를 방사할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 디스플레이 내장 안테나를 구비하는 전자 기기에서, 안테나 소자 이외에 급전 구조를 불투명 영역과 투명 영역에 최적으로 설계하여 투명성 및 시인성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 디스플레이 내장 안테나를 구비하는 전자 기기에서 전자 기기의 구조를 변경하지 않고, 소정 각도로 벤딩된 급전 라인의 커플링 위치를 최적화하여 각각의 안테나 소자의 편파 모드를 변경할 수 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, 디스플레이 내장형 안테나와 이를 이용한 5g 배열 안테나 설계 및 이에 대한 제어는 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 판독할 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,
    플렉서블 인쇄형 회로 기판(flexible printed circuit board, FPCB); 및
    디스플레이 내부에 투명 금속 필름 형태로 구성되고, 상기 디스플레이 전면으로 상기 FPCB의 급전부(feeder)로부터 공급되는 신호를 방사하도록 구성된 디스플레이 내장 안테나(display built-in antenna)를 포함하고,
    상기 급전부는,
    금속 패턴과 그라운드 패턴이 동일 평면에 배치되는 CPW 급전부; 및
    상기 CPW 급전부의 금속 패턴과 연결되고, 소정 길이와 소정 너비를 갖고 상기 디스플레이 내장 안테나와 이격되어 갭 커플링되도록 구성된 제2 금속 패턴을 포함하는, 전자 기기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 금속 패턴으로부터의 신호는 상기 디스플레이 내장 안테나의 길이 방향과 너비 방향으로 모두 커플링되도록, 상기 제2 금속 패턴은 상기 내장 안테나의 내부 영역에 해당하는 개방 슬롯 영역(open slot region)에 배치되는, 전자 기기.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 내장 안테나는,
    상기 제2 금속 패턴의 너비 방향으로 인접하게 배치되어, 상기 제2 금속 패턴으로부터의 신호가 커플링되도록 구성된 커플링 영역(coupling region); 및
    상기 제2 금속 패턴의 길이 방향으로 인접하게 배치되어, 상기 제2 금속 패턴으로부터의 신호가 커플링 되어 방사하도록 구성된 방사 영역(radiation region)을 포함하는, 전자 기기.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 급전부는,
    상기 CPW 급전부와 연결되고, 메인 PCB와 연결되도록 구성된 마이크로스트립 라인을 더 포함하는, 전자 기기.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 내장 안테나는,
    상기 디스플레이의 커버 글래스 하부에 배치되는 OCA 층 (optically clear adhesive layer)과 COP 층 (cyclo olefine polymer layer) 사이에 박막(thin film)으로 형성되는, 전자 기기.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 하단의 copper sheet는 OLED 패널 하단의 copper로서 상기 디스플레이 내장 안테나의 그라운드 평면(ground plane)으로 동작하고,
    상기 급전부의 상기 제2 금속 패턴은 상기 CPW 급전부와 CPW 영역에서 ACF (anisotropic conductive film) 본딩 되는 것을 특징으로 하는, 전자 기기.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 내장 안테나는,
    상기 디스플레이의 측면 영역에 소정 간격 이격되어 배치되는 1차원 배열 안테나로 구성되고,
    상기 제2 금속 패턴이 소정 각도로 벤딩된 구조로 형성되어 상기 벤딩된 구조에 의해 상기 1차원 배열 안테나의 각각의 안테나 소자의 편파가 변경되는, 전자 기기.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제2 금속 패턴은 CPW 라인 형태로 구성되고,
    상기 제2 금속 패턴으로부터의 신호는 상기 디스플레이 내장 안테나의 길이 방향으로 커플링되도록, 상기 제2 금속 패턴은 상기 급전부의 CPW 영역에 배치되는, 전자 기기.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 내장 안테나는,
    상기 디스플레이의 서로 다른 영역에 배치되는 제1 배열 안테나 내지 제4 배열 안테나인 제1 타입 안테나를 포함하고,
    상기 제1 배열 안테나 내지 상기 제4 배열 안테나와 연결되고, 상기 제1 배열 안테나 내지 상기 제4 배열 안테나 중 적어도 하나로 신호를 인가하도록 구성된 송수신부 회로(transceiver circuit)를 더 포함하는, 전자 기기.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 배열 안테나 내지 상기 제4 배열 안테나 중 일부는 수직 편파 안테나로 동작하고,
    상기 제1 배열 안테나 내지 상기 제4 배열 안테나 중 나머지는 수평 편파 안테나로 동작하고,
    상기 수직 편파 안테나가 상기 디스플레이이의 측면 영역에 배치되면 상기 수평 편파 안테나는 상기 디스플레이의 상부 및 하부 영역에 배치되는, 전자 기기.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 송수신부 회로와 연결되고, 상기 제1 배열 안테나 내지 상기 제4 배열 안테나를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 구성된 기저대역 프로세서(baseband processor)를 더 포함하고,
    상기 기저대역 프로세서는 상기 수직 편파 안테나 중 하나와 상기 수평 편파 안테나 중 하나를 이용하여 다중 입출력(MIMO)을 수행하는, 전자 기기.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 전자 기기의 내부에 배치되는 제5 배열 안테나 내지 제8 배열 안테나인 제2 타입 안테나를 더 포함하고,
    상기 기저대역 프로세서는 상기 제1 타입 안테나 중 적어도 하나와 상기 제2 타입 안테나 중 적어도 하나를 이용하여 다이버시티(diversity)를 수행하고,
    상기 전자 기기의 플립 동작을 고려하여 상기 제1 타입 안테나에서 선택된 안테나와 상기 제2 타입 안테나에서 선택된 안테나는 대응되는 위치에 배치되는, 전자 기기.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 내장 안테나는,
    상기 디스플레이의 측면에 배치되어, 제1 신호를 패치를 통해 방사하도록 구성된 CPW-fed 패치 안테나; 및
    상기 디스플레이의 상부와 하부의 불투명 영역에 배치되어, 제2 신호를 슬롯을 방사하도록 구성된 CPW-fed 슬롯 안테나를 포함하는, 전자 기기.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 CPW-fed 패치 안테나는,
    CPW 급전부가 상기 디스플레이 내장 안테나와 갭 커플링되고,
    상기 CPW 급전부는 상기 내장 안테나의 중심 영역에 배치되고, 소정 각도로 벤딩된 제2 금속 패턴으로부터의 신호는 패치 안테나의 좌측 또는 우측 일부 영역을 통해서 커플링 되는, 전자 기기.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 CPW-fed 패치 안테나는,
    CPW 급전부가 상기 디스플레이 내장 안테나와 갭 커플링되고,
    상기 내장 안테나의 측면에 인접하는 영역에 배치되고, 소정 각도로 벤딩된 제2 금속 패턴으로부터의 신호는 패치 안테나의 전체 영역을 통해서 커플링 되는, 전자 기기.
  16. 제14 항 또는 제15항에 있어서,
    상기 디스플레이 내장 안테나는 배열 안테나로 구성되고,
    상기 배열 안테나의 인접한 소자 간에 상기 제2 금속 패턴은 상호 대칭 형태로 배치되어, 상기 배열 안테나의 대역폭 특성을 향상시키는, 전자 기기.
  17. 전자 기기에 있어서,
    플렉서블 인쇄형 회로 기판(flexible printed circuit board, FPCB);
    디스플레이 내부에 투명 금속 필름 형태로 구성되고, 상기 디스플레이 전면으로 상기 FPCB의 급전부(feeder)로부터 공급되는 신호를 방사하도록 구성된 디스플레이 내장 안테나(display built-in antenna) - 상기 안테나는 상기 디스플레이의 서로 다른 영역에 배치되는 제1 배열 안테나 내지 제4 배열 안테나를 포함함 -; 및
    상기 제1 배열 안테나 내지 상기 제4 배열 안테나와 연결되고, 상기 제1 배열 안테나 내지 상기 제4 배열 안테나 중 적어도 하나로 신호를 인가하도록 구성된 송수신부 회로(transceiver circuit)를 포함하고,
    상기 급전부는 소정 길이와 소정 너비를 갖고 상기 디스플레이 내장 안테나와 이격되어 갭 커플링되도록 구성되는, 전자 기기.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 디스플레이 내장 안테나는,
    상기 디스플레이의 커버 글래스 하부에 배치되는 OCA 층 (optically clear adhesive layer)과 COP 층 (cyclo olefine polymer layer) 사이에 박막(thin film)으로 형성되는, 전자 기기.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 디스플레이 하단의 copper sheet는 OLED 패널 하단의 copper로서 상기 디스플레이 내장 안테나의 그라운드 평면(ground plane)으로 동작하는 것을 특징으로 하는, 전자 기기.
  20. 제17 항에 있어서,
    상기 송수신부 회로와 연결되고, 상기 제1 배열 안테나 내지 상기 제4 배열 안테나를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 구성된 기저대역 프로세서(baseband processor)를 더 포함하고,
    상기 기저대역 프로세서는 상기 제1 배열 안테나 내지 상기 제4 배열 안테나 중 수직 편파 안테나와 수평 편파 안테나를 이용하여 다중 입출력(MIMO)을 수행하는, 전자 기기.
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