WO2021112286A1 - 투명 안테나를 구비하는 전자 기기 - Google Patents

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WO2021112286A1
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metal mesh
antenna
electronic device
mesh grid
substrate
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최국헌
조일남
우승민
박병용
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엘지전자 주식회사
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    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems

Definitions

  • the present invention relates to an electronic device having a transparent antenna. More particularly, it relates to an electronic device having a transparent antenna incorporated in a display.
  • Electronic devices may be divided into mobile/portable terminals and stationary terminals depending on whether they can be moved. Again, the electronic device can be divided into a handheld terminal and a vehicle mounted terminal according to whether the user can directly carry the electronic device.
  • the functions of electronic devices are diversifying. For example, there are functions for data and voice communication, photo and video shooting through a camera, voice recording, music file playback through a speaker system, and output of 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 that provide broadcast and visual content such as video or television programs.
  • electronic devices have diversified functions, they are implemented in the form of multimedia devices equipped with complex functions, such as, for example, taking pictures or videos, playing music or video files, and receiving games and broadcasts. have.
  • a wireless communication system using LTE communication technology has recently been commercialized for electronic devices to provide various services.
  • a wireless communication system using 5G communication technology will be commercialized in the future to provide various services.
  • 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 the Sub6 band below the 6GHz band. However, in the future, it is expected that 5G communication service will be provided using millimeter wave (mmWave) band other than Sub6 band for faster data rate.
  • mmWave millimeter wave
  • a frequency band to be allocated for 5G communication service in such a millimeter wave (mmWave) band the 28 GHz band, the 39 GHz band, and the 64 GHz band are being considered.
  • a plurality of array antennas in the millimeter wave band may be disposed in the electronic device.
  • 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 part 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.
  • the present invention aims to solve the above and other problems.
  • another object is to reduce the moiré phenomenon in a display having a transparent antenna.
  • Another object of the present invention is to solve a decrease in visibility depending on whether a metal mesh line is disposed in an electronic device having a transparent antenna.
  • Another object of the present invention is to maintain antenna performance while solving issues such as visibility in a display having a transparent antenna.
  • an electronic device having a transparent antenna for 5G communication according to the present invention.
  • the electronic device includes: a transparent antenna built into the display and configured to radiate a signal to the front of the display; and a transmission line for feeding the transparent antenna, wherein the transparent antenna includes: a first radiator including a first metal mesh grid on a first substrate; and a second radiator formed of a second metal mesh grid on a second substrate disposed on the first substrate.
  • the second metal mesh grating may be disposed to be offset by a predetermined interval in one axial direction with respect to the first metal mesh grating.
  • a third radiator including a third metal mesh grid may be further included on the third substrate disposed on the second substrate.
  • the third metal mesh grating may be arranged to be offset by a predetermined interval in one axial direction with respect to the second metal mesh grating.
  • the first metal mesh grid to the third metal mesh grid may be disposed such that an interval length (IL i ) between adjacent substrate layers is different for each substrate layer.
  • a fourth radiator including a fourth metal mesh grid may be further included on the fourth substrate disposed on the third substrate.
  • the fourth metal mesh grid may be arranged to be offset by a predetermined interval in one axial direction with respect to the third metal mesh grid.
  • the first metal mesh grid to the fourth metal mesh grid may be disposed such that an interval length (IL i ) between adjacent substrate layers is different for each substrate layer.
  • the interval between the metal mesh grids between the adjacent substrate layers may be set to a value greater than the lowest metal mesh interval (IL imin ) with respect to the target transparency of the transparent antenna.
  • An inverse relationship may be established such that the minimum metal mesh spacing (IL imin ) decreases as the target transparency and the number of substrate layers increase.
  • a metal mesh grid spacing (IL i) increase with increasing the thickness have.
  • each of the first to third radiators may be a first to third patch radiator formed of a plurality of metal mesh grid lines.
  • the first to third patch radiators may have an inset structure for impedance matching.
  • the horizontal length, vertical length, inset length, and inset width of each of the first to third patch radiators may be determined to have different lengths and widths so that the transparent antenna operates in a wide band.
  • the first metal mesh grid to the third metal mesh grid may be composed of a rhombus-shaped grid.
  • the first metal mesh grid to the third metal mesh grid with respect to the rhombus-shaped grid may be arranged offset by a predetermined distance in a horizontal axis direction or a vertical axis direction of the display.
  • each of the first to third radiators may be a first to third patch radiator formed of a plurality of metal mesh grid lines.
  • the first metal mesh grid to the third metal mesh grid may be composed of a diamond-shaped grid.
  • a rectangular metal mesh line may be removed from an outer rim of each of the first to third radiators in order to reduce the Moire effect.
  • the transparent antenna may further include a ground layer formed of a plurality of metal mesh grids under the first radiator to operate as a ground for the transparent antenna. Meanwhile, the plurality of metal mesh gratings of the ground layer may be aligned with the first metal mesh gratings of the first radiator to maintain transparency of the transparent antenna.
  • the first radiator may be connected to a first inset line for impedance matching, and the first inset line may be formed of a metal mesh line.
  • the transmission line may be formed in a coplanar waveguide (CPW) structure filled with a metal in an opaque region.
  • CPW coplanar waveguide
  • the first feeding part of the CPW structure may be disposed on the first substrate and connected to the first inset line of the first radiator.
  • the second radiator may be connected to a second inset line for impedance matching, and the second inset line may be formed of a metal mesh line.
  • the second power feeding part of the CPW structure may be disposed on the second substrate and connected to the second inset line of the second radiator.
  • the offset between the metal mesh grids between adjacent layers in the first metal mesh grid to the fourth metal mesh grid may be set to a value between 100um and 300um.
  • a transceiver circuit connected to the transmission line to apply a signal to each radiator of the transparent antenna may be further included.
  • a baseband processor connected to the transceiver circuit and configured to control the transceiver circuit may be further included.
  • the transparent antenna is configured as a one-dimensional array antenna in which a plurality of transparent antenna elements are spaced apart from each other by a predetermined distance, and the one-dimensional array antenna is disposed in different regions of the display from first to fourth array antennas.
  • the baseband processor may perform multiple input/output (MIMO) by using two or more array antennas among the first array antenna to the fourth array antenna.
  • the transparent antenna is configured as a one-dimensional array antenna in which a plurality of transparent antenna elements are spaced apart from each other by a predetermined distance, and the one-dimensional array antenna is disposed in different regions of the display from first to fourth array antennas.
  • the baseband processor performs multiple input/output (MIMO) using two or more array antennas among the first array antenna to the fourth array antenna, and transmits/receives the transmit/receive so that the phase applied to each transparent antenna element is variable.
  • MIMO multiple input/output
  • One-dimensional beamforming may be performed by controlling the sub-circuit.
  • FIGS. 1B and 1C are conceptual views of an example of the electronic device related to the present invention viewed from different directions.
  • FIG. 2 illustrates a configuration of a wireless communication unit of an electronic device operable in a plurality of wireless communication systems according to the present invention.
  • FIG. 3 shows an example of a configuration in which a plurality of antennas of an electronic device according to the present invention can be disposed.
  • FIG. 4A shows an electronic device having a transparent antenna and a transmission line embedded in a display according to the present invention.
  • FIG. 4B shows a structure of a display in which a transparent antenna according to the present invention is embedded.
  • 5A shows a configuration in which a plurality of metal meshes are stacked on a multilayer substrate according to an example.
  • 5B shows a plurality of metal mesh lattice structures spaced apart from each other according to an embodiment.
  • 5c shows a plurality of metal mesh lattice structures spaced apart from each other according to another embodiment.
  • FIG. 6A illustrates a structure of each of the transparent antennas formed on different substrates according to an embodiment.
  • FIG. 6B shows a structure in which each substrate on which each transparent antenna of FIG. 6A is formed is aligned
  • 7A and 7B show the structure of each substrate when both the antenna layer and the ground layer are implemented with a metal mesh lattice structure.
  • FIG. 8 illustrates a configuration in which a transparent antenna having a metal mesh grid structure is connected to a transceiver circuit and a baseband processor according to an embodiment.
  • 9A and 9B show reflection coefficients in the mmWave band of a transparent antenna having a single-layer metal mesh grating structure.
  • 10A and 10B show reflection coefficients in the mmWave band of a transparent antenna having a multilayer metal mesh grating structure.
  • FIG. 11 shows a metal mesh lattice structure according to an example.
  • 12A to 12C are comparisons of theoretical values and actual values of transparency according to various examples.
  • FIG. 13 illustrates a configuration in which a plurality of array antennas are connected to a transceiver circuit and a baseband processor when a transparent antenna having a metal mesh grid structure includes a plurality of array antennas.
  • Electronic devices described herein include mobile phones, smart phones, laptop computers, digital broadcasting terminals, personal digital assistants (PDAs), portable multimedia players (PMPs), navigation systems, and slate PCs.
  • PDAs personal digital assistants
  • PMPs portable multimedia players
  • slate PCs slate PCs.
  • tablet PCs ultrabooks
  • wearable devices for example, watch-type terminals (smartwatch), glass-type terminals (smart glass), HMD (head mounted display), etc. may be included. have.
  • FIG. 1A is a block diagram illustrating an electronic device related to the present invention
  • FIGS. 1B and 1C are conceptual views of an example of the electronic device related to the present invention 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. Since the components shown in FIG. 1A are not essential for implementing the electronic device, the electronic device described herein may have more or fewer components than those listed above.
  • the wireless communication unit 110 among the components, between the electronic device 100 and the wireless communication system, between the electronic device 100 and another electronic device 100, or the electronic device 100 and an external server It may include one or more modules that enable wireless communication between them. Also, the wireless communication unit 110 may include one or more modules for connecting 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 a 4G signal with a 4G base station through a 4G mobile communication network. In this case, 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.
  • Up-Link (UL) Multi-Input Multi-Output (MIMO) may be performed by a plurality of 4G transmission signals transmitted to the 4G base station.
  • Down-Link (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 a 5G signal with a 5G base station through a 5G mobile communication network.
  • the 4G base station and the 5G base station may have a Non-Stand-Alone (NSA) structure.
  • NSA Non-Stand-Alone
  • the 4G base station and the 5G base station may be a co-located structure disposed at the same location in a cell.
  • the 5G base station may be disposed in a stand-alone (SA) structure at a location separate from the 4G base station.
  • SA stand-alone
  • the 5G wireless communication module 112 may transmit and receive a 5G signal with a 5G base station through a 5G mobile communication network. In this case, the 5G wireless communication module 112 may transmit one or more 5G transmission signals to the 5G base station. In addition, the 5G wireless communication module 112 may receive one or more 5G reception 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 6 GHz, 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.
  • the 5G communication system may support a larger number of Multi-Input Multi-Output (MIMO) in order to improve transmission speed.
  • MIMO Multi-Input Multi-Output
  • UL MIMO may be performed by a plurality of 5G transmission signals transmitted to the 5G base station.
  • DL MIMO may be performed by a plurality of 5G reception signals received from a 5G base station.
  • the wireless communication unit 110 may be in a dual connectivity (DC) state with the 4G base station and the 5G base station through the 4G wireless communication module 111 and the 5G wireless communication module 112 .
  • DC dual connectivity
  • the dual connection with 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 a 4G wireless communication system
  • NR is New Radio, which means a 5G wireless communication system.
  • the 4G base station and the 5G base station have a co-located structure, throughput improvement is possible through inter-CA (Carrier Aggregation). Therefore, the 4G base station and the 5G base station In the EN-DC state, the 4G reception signal and the 5G reception signal may be simultaneously received through the 4G wireless communication module 111 and the 5G wireless communication module 112 .
  • inter-CA Carrier Aggregation
  • 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, NFC. At least one of (Near Field Communication), Wireless-Fidelity (Wi-Fi), Wi-Fi Direct, and Wireless Universal Serial Bus (USB) technologies may be used to support short-range communication.
  • the short-distance communication module 114 between the electronic device 100 and a wireless communication system, between the electronic device 100 and another electronic device 100, or the electronic device 100 through wireless area networks (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 network may be a local 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-distance communication may be performed between electronic devices using a device-to-device (D2D) method without going through a base station.
  • D2D device-to-device
  • carrier aggregation using at least one of the 4G wireless communication module 111 and the 5G wireless communication module 112 and the Wi-Fi communication module 113
  • 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 acquiring a location (or current location) of an electronic device, and a representative example thereof includes a Global Positioning System (GPS) module or a Wireless Fidelity (WiFi) module.
  • GPS Global Positioning System
  • Wi-Fi 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 acquired 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 of the other modules of the wireless communication unit 110 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 utilizes the 5G wireless communication module 112
  • the 5G base station of the millimeter wave (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 or an audio input unit for inputting an audio signal, and a user input unit 123 for receiving information from a user, for example, , a touch key, a push 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, surrounding environment information surrounding the electronic device, and user information.
  • the sensing unit 140 may include a proximity sensor 141, an illumination sensor 142, an illumination sensor, a touch sensor, an acceleration sensor, a magnetic sensor, and gravity.
  • G-sensor gyroscope sensor
  • motion sensor RGB sensor
  • infrared sensor IR sensor: infrared sensor
  • fingerprint sensor fingerprint sensor
  • ultrasonic sensor ultrasonic sensor
  • optical sensors eg, cameras (see 121)
  • microphones see 122
  • battery gauges environmental sensors (eg, barometers, hygrometers, thermometers, radiation detection sensors, It may include at least one of a thermal sensor, a gas sensor, etc.) and a chemical sensor (eg, an electronic nose, a healthcare sensor, a biometric sensor, etc.).
  • 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 , a sound output unit 152 , a haptip module 153 , and an optical output unit 154 . can do.
  • the display unit 151 may implement a touch screen by forming a layer structure with the touch sensor or being formed integrally with the touch sensor. Such a touch screen may function as the user input unit 123 providing an input interface between the electronic device 100 and the user, and may provide an output interface between the electronic device 100 and the user.
  • the interface unit 160 serves as a passage with various types of external devices connected to the electronic device 100 .
  • Such an interface unit 160 a wired / wireless headset port (port), an external charger port (port), a wired / wireless data port (port), a memory card (memory card) port, for connecting a device equipped with an identification module It may include at least one of a port, an audio input/output (I/O) port, a video input/output (I/O) port, and an earphone port.
  • the electronic device 100 may perform appropriate control related to the connected external device.
  • 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 in the electronic device 100 , data for operation of the electronic device 100 , and commands. At least some of these application programs may be downloaded from an external server through wireless communication. In addition, at least some of these application programs may exist on the electronic device 100 from the time of shipment for basic functions (eg, incoming calls, outgoing functions, message reception, and outgoing functions) of the electronic device 100 . Meanwhile, the application program may be stored in the memory 170 , installed on the electronic device 100 , and driven to perform an operation (or function) of the electronic device by the controller 180 .
  • 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 the 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 .
  • controller 180 may control at least some of the components discussed with reference to FIG. 1A in order to drive an application program stored in the memory 170 . Furthermore, in order to drive the application program, the controller 180 may operate at least two or more of the components included in the electronic device 100 in combination with each other.
  • the power supply unit 190 receives external power and internal power under the control of the control unit 180 to supply power to each component included in the electronic device 100 .
  • the power supply 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. Also, 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 has a bar-shaped terminal body.
  • the present invention is not limited thereto, and may be applied to various structures such as a watch type, a clip type, a glass type, or a folder type in which two or more bodies are coupled to be relatively movable, a flip type, a slide type, a swing type, a swivel type, etc. .
  • a watch type a clip type
  • a glass type or a folder type in which two or more bodies are coupled to be relatively movable
  • a flip type a slide type
  • a swing type a swing type
  • swivel type etc.
  • 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 (eg, a frame, a housing, a cover, etc.) forming an exterior. As illustrated, the electronic device 100 may include a front case 101 and a rear case 102 . Various electronic components are disposed in the 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 eg, 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 the 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 surface 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 a front surface of the terminal body together with the front case 101 .
  • an electronic component may also be mounted on the rear case 102 .
  • Electronic components that can be mounted on the rear case 102 include a removable battery, an identification module, a memory card, and the like.
  • the 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.
  • a portion of the side of the rear case 102 may be implemented to operate as a radiator (radiator).
  • the rear cover 103 when the rear cover 103 is coupled to the rear case 102, a portion of the side of the rear case 102 may be exposed. In some cases, the rear case 102 may be completely covered by the rear cover 103 during the combination. Meanwhile, the rear cover 103 may have 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 outputs.
  • Cameras 121a and 121b, first and second operation units 123a and 123b, a microphone 122, an 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 in the electronic device 100 or UI (User Interface) and GUI (Graphic User Interface) information according to the execution screen information. .
  • two or more display units 151 may exist according to an implementation form of the electronic device 100 .
  • a plurality of display units may be spaced apart from each other on one surface or may be integrally disposed, or may be respectively disposed on different surfaces.
  • the display unit 151 may include a touch sensor for sensing a touch on the display unit 151 so as to receive a control command input by a touch method. Using this, when a touch is made to the display unit 151, the touch sensor detects the touch, and the controller 180 may generate a control command corresponding to the touch based thereon.
  • the content input by the touch method may be letters or numbers, or menu items that can be instructed or designated in various modes.
  • the display unit 151 may form a touch screen together with the touch sensor, and in this case, the touch screen may function as the user input unit 123 (refer to FIG. 1A ). In some cases, the touch screen may replace at least some functions of the first operation unit 123a.
  • the first sound output unit 152a may be implemented as a receiver that transmits a call sound to the user's ear, and the second sound output unit 152b is a loud speaker that outputs various alarm sounds or multimedia reproduction sounds. ) can be implemented in the form of
  • the light output unit 154 is configured to output light to notify the occurrence of an event. Examples of the event may include a message reception, a call signal reception, a missed call, an alarm, a schedule notification, an email reception, and information reception through an application.
  • the controller 180 may control the light output unit 154 to end the light output.
  • the first camera 121a processes an image frame of a still image or a moving image obtained by an image sensor in a shooting mode or a video call mode.
  • the processed image frame may be displayed on the display unit 151 and stored in the memory 170 .
  • the first and second manipulation units 123a and 123b are an example of the user input unit 123 operated to receive a command for controlling the operation of the electronic device 100, and may be collectively referred to as a manipulating portion. have.
  • the first and second operation units 123a and 123b may be adopted in any manner as long as they are operated in a tactile manner such as touch, push, scroll, etc. by the user while receiving a tactile feeling.
  • the first and second manipulation units 123a and 123b may be operated in a manner in which the user is operated without a tactile feeling through a proximity touch, a 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 built in the display unit 151 or the user input unit 123 .
  • the microphone 122 is configured to receive a user's voice, other sounds, and the like.
  • the microphone 122 may be provided at a plurality of locations and configured to receive stereo sound.
  • the interface unit 160 serves as a passage through which the electronic device 100 can be connected to an external device.
  • the interface unit 160 is a connection terminal for connection with another device (eg, earphone, external speaker), a port for short-range communication (eg, infrared port (IrDA Port), Bluetooth port (Bluetooth) Port), a wireless LAN port, etc.], or may be 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), a User Identity Module (UIM), or a memory card for information storage.
  • SIM Subscriber Identification Module
  • UIM User Identity Module
  • a second camera 121b may be disposed on the rear side of the terminal body.
  • the second camera 121b has a photographing direction substantially opposite to that of the first camera 121a.
  • the second camera 121b may include a plurality of lenses arranged along at least one line.
  • the plurality of lenses may be arranged in a matrix form.
  • Such a camera may be referred to as an array camera.
  • an image may be captured 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 the subject is photographed by 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 built into the terminal body or formed in the case. Meanwhile, a plurality of antennas connected to the 4G wireless communication module 111 and the 5G wireless communication module 112 may be disposed on the side of the terminal.
  • the antenna may be formed in a film type and attached to the inner surface of the rear cover 103 , or a case including a conductive material may be configured to function as an antenna.
  • a plurality of antennas disposed on the side of the terminal may be implemented in four or more to support MIMO.
  • the 5G wireless communication module 112 operates in a millimeter wave (mmWave) band
  • mmWave millimeter wave
  • a plurality of array antennas may be disposed in the electronic device.
  • the terminal body is provided with a power supply unit 190 (refer to FIG. 1A ) for supplying power to the electronic device 100 .
  • the power supply unit 190 may include a battery 191 that is built into the terminal body or is detachably configured 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 are physically implemented on a single chip, and may be implemented in a logically and functionally separated form.
  • the present invention is not limited thereto and may be implemented in the form of physically separated chips depending on the application.
  • the electronic device includes a plurality of low noise amplifiers (LNAs) 410 to 440 in the receiver.
  • LNAs low noise amplifiers
  • the first power amplifier 210 , the second power amplifier 220 , the controller 250 , and the plurality of low-noise amplifiers 310 to 340 are all operable in the first communication system and the second communication system.
  • the first communication system and the second communication system may be a 4G communication system and a 5G communication system, respectively.
  • the RFIC 250 may be configured as a 4G/5G integrated type, but is not limited thereto and may be configured as a 4G/5G separate type according to an application.
  • the RFIC 250 is configured as a 4G/5G integrated type, it is advantageous in terms of synchronization between 4G/5G circuits, as well as the 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 difference between the 5G band and the 4G band is large, 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.
  • the RFIC 250 when the RFIC 250 is configured as a 4G/5G separate type, there is an advantage that RF characteristics can be optimized for each of the 4G band and the 5G band.
  • the RFIC 250 is configured as a 4G/5G separate type, the 4G RFIC and the 5G RFIC are logically and functionally separated, and it is also possible to be physically implemented on a single 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 the electronic device. Accordingly, the modem 400 may operate the power circuits of the transmitter and the receiver in the low power mode through the RFIC 250 .
  • 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 an 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 the 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, the application processor (AP, 500) can control the modem 400 and the RFIC 250 to perform short-range communication using only the short-range communication module 113 even at sacrificing throughput.
  • 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 level 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 battery level and available radio resources are sufficient, the application processor (AP) 500 may control the modem 400 and the RFIC 250 to receive through both the 4G base station and the 5G base station.
  • the multi-transceiving system of FIG. 2 may integrate a transmitter and a receiver of each radio system into one transceiver. Accordingly, there is an advantage that a circuit part integrating two types of system signals in the RF front-end can be removed.
  • the front-end components can be controlled by the integrated transceiver, the front-end components can be more efficiently integrated than when the transmission/reception system is separated for each communication system.
  • the multi-transmission/reception system as shown in FIG. 2 has the advantage that it is possible to control other communication systems as necessary, and thus system delay can be minimized, thereby enabling efficient resource allocation.
  • 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 may operate in both the first and second communication systems.
  • one of the first and second power amplifiers 210 and 220 operates in the 4G band, and the other operates in the millimeter wave band. have.
  • 4x4 MIMO can be implemented using four antennas as shown in FIG. 2 .
  • 4x4 DL MIMO may be performed through the 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 implementation is possible 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 the uplink (UL).
  • the 5G communication system is implemented as 1 Tx
  • only one of the first and second power amplifiers 210 and 220 may operate in the 5G band.
  • an additional power amplifier operating in the 5G band may be further provided.
  • 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 a power divider is built inside the RFIC corresponding to the RFIC 250, there is no need for a separate component to be disposed outside, thereby improving component mountability.
  • SPDT single pole double throw
  • the electronic device operable in a plurality of wireless communication systems may further include a phase controller 230 , a duplexer 231 , a filter 232 , and a switch 233 .
  • each of the antennas ANT1 to ANT4 needs to be implemented as array antennas ANT1 to ANT4 composed of a plurality of antenna elements.
  • the phase controller 230 is configurable to control a phase of a signal applied to each antenna element of each of the array antennas ANT1 to ANT4.
  • the phase controller 230 may control both the magnitude and phase of a signal applied to each antenna element of each of the array antennas ANT1 to ANT4. Accordingly, since the phase control unit 230 controls both the magnitude and the phase of the signal, it may be referred to as a power and phase control unit 230 .
  • phase controller 230 may control the phase of a signal applied to each antenna element so that each of the array antennas ANT1 to ANT4 forms beams in different directions.
  • the duplexer 231 is configured to mutually separate signals of a transmission band and a reception band. At this time, the signals of the transmission band transmitted through the first and second power amplifiers 210 and 220 are applied to the antennas ANT1 and ANT4 through the first output port of the duplexer 231 . On the other hand, signals of 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 of a transmission band or a reception band and block a signal of the remaining band.
  • the filter 232 may include a transmit filter connected to a first output port of the duplexer 231 and a receive filter connected to a second output port of the duplexer 231 .
  • the filter 232 may be configured to pass only a signal of a transmission band or only a signal of a reception band according to the control signal.
  • the switch 233 is configured to transmit either only a transmit signal or a receive signal.
  • the switch 233 may be configured in a single pole double throw (SPDT) type to separate a transmission signal and a reception signal using a time division multiplexing (TDD) method.
  • 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 also applicable to a frequency division multiplexing (FDD: Time Division Duplex) scheme.
  • FDD Fre Division Duplex
  • the switch 233 may be configured in a double pole double throw (DPDT) type to connect or block a transmission signal and a reception signal, respectively.
  • DPDT double pole double throw
  • 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 controller (or first processor) and a second controller (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 or logically divided into one circuit.
  • the modem 400 may control and process signals 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 the 4G base station and/or the 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 in 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 shows an example of a configuration in which a plurality of antennas of an electronic device according to the present invention can be disposed.
  • a plurality of antennas 1110a to 1110d may be disposed inside the electronic device 100 or inside the display.
  • the plurality of antennas 1110a to 1110d disposed inside the display may be implemented as antennas disposed on a multi-layer substrate.
  • each of the plurality of antennas 1110a to 1110d disposed inside the display may be implemented as an array antenna.
  • the plurality of array antennas 1110a to 1110d are configurable to transmit or receive a signal in a millimeter wave band (mmWave band).
  • the plurality of antennas 1110a to 1110d disposed inside the display may be implemented as a one-dimensional array antenna or a two-dimensional array antenna.
  • the plurality of antennas 1110a to 1110d are arranged as a one-dimensional array antenna, it may be referred to as an Mx1 array antenna, and beamforming is possible in one axial direction in which the plurality of antennas are disposed.
  • one axial direction in which the plurality of antennas are disposed may be a horizontal direction.
  • the plurality of antennas 1110a to 1110d are arranged as a one-dimensional array antenna, it may be referred to as a 1xN array antenna, and beamforming is possible in one axial direction in which the plurality of antennas are disposed.
  • one axial direction in which the plurality of antennas are disposed may be a vertical direction.
  • the plurality of antennas 1110a to 1110d when the plurality of antennas 1110a to 1110d are arranged as a two-dimensional array antenna, it may be referred to as an MxN array antenna.
  • beamforming is possible in a first axial direction in which a plurality of antennas are disposed and/or in a second axial direction orthogonal thereto.
  • the first axial direction in which the plurality of antennas are disposed may be a horizontal direction
  • the second axial direction may be a vertical direction.
  • the plurality of antennas 1110a to 1110d may be implemented as MxN array antennas to perform beam-forming in both a horizontal direction and/or a vertical direction.
  • the plurality of antennas 1110a to 1110d according to the present invention may be disposed in a rotated state at a predetermined angle with respect to each other. Accordingly, there is an advantage that the plurality of antennas 1110a to 1110d can be easily arranged with each other and the level of mutual interference can be reduced.
  • the plurality of antennas 1110a to 1110d are disposed in a substantially rotated state at an angle of 90 degrees to each other, but the present invention is not limited thereto and may be variously changed according to applications.
  • the plurality of antennas 1110a to 1110d may be disposed in a substantially rotated state at an angle of 90 degrees to each other.
  • the plurality of antennas 1110a to 1110d may be implemented as a 4x2 array antenna, but the number of antenna elements is not limited thereto, and may be variously changed according to applications.
  • beam-forming may be independently performed through each of the array antennas 1110a to 1110d.
  • multi-input multi-output (MIMO) or diversity may be performed through a plurality of array antennas among the plurality of array antennas 1110a to 1110d.
  • a plurality of antennas 1110S1 and 1110S2 may be disposed on a side surface of the electronic device 100 .
  • the number of the plurality of antennas 1110S1 and 1110S2 disposed on the side is not limited to two, but can be expanded according to applications, such as four, six, or eight.
  • some of the plurality of antennas 1110S1 and 1110S2 disposed on the side surface are implemented as array antennas in which a plurality of patch antennas are disposed, and are operable in a millimeter wave band.
  • some of the plurality of side antennas 1110S1 and 1110S2 are implemented as conductive members, so that they can operate in a 4G band or a 5G Sub6 band.
  • the antennas 1150B may be disposed on the back or the back of the electronic device 100 .
  • the number of antennas 1150B is expandable to 2, 4, 6, 8, etc. according to applications, like the number of the aforementioned plurality of antennas 1110a to 1110d.
  • the antenna elements 1150B disposed inside toward the rear surface of the electronic device 100 may have a multi-layer substrate structure, and antenna elements may be disposed on the rear surface of the multi-layer substrate. Accordingly, by the antenna element disposed on the rear surface of the multilayer substrate, the antennas 1150B may radiate signals toward the rear surface of the electronic device 100 .
  • a dielectric material may be disposed on the rear region of the electronic device 100 from which signals are radiated by the antennas 1150B. Accordingly, while the external appearance of the electronic device 100 is formed as a metal case, a dielectric may be formed in a partial region.
  • the antennas 1150B disposed inside toward the rear surface of the electronic device 100 may include a plurality of array antennas. Accordingly, signals may be radiated toward the rear surface of the electronic device 100 by the antennas 1150B disposed therein toward the rear surface of the electronic device 100 .
  • each of the plurality of array antennas 1150B may be configured as a mmWave antenna module.
  • the mmWave antenna module may be disposed on the back side of the electronic device 100 , that is, on the back side, and may be disposed in an area other than an area where the battery/camera module/speaker module on the back side is disposed.
  • 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 the plurality of antennas ANT 1 to ANT composed of a single antenna and/or a phased array antenna for use of a radio circuit such as the transceiver circuit 250 is mounted on the electronic device 100 .
  • each of the plurality of antennas 1110a to 1110d may be configured as an array antenna.
  • the electronic device may 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 antennas among the plurality of antennas 1110a to 1110d.
  • MIMO multiple input/output
  • At least one signal may be transmitted or received through the plurality of antennas 1110S1 and 1110S2 on the side of the electronic device 100 .
  • at least one signal may be transmitted or received through the plurality of antennas 1110a to 1110d on the front side of the electronic device 100 .
  • each of the plurality of antennas 1110a to 1110d may be configured as an array antenna.
  • the electronic device may 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 antennas among the plurality of antennas 1110a to 1110d.
  • MIMO multiple input/output
  • each of the plurality of antennas 1110a to 1110d, 1150B, and 1110S1 to 1110S2 may be configured as an array antenna.
  • the electronic device may communicate with the base station through any one of the plurality of antennas 1110a to 1110d, 1150B, and 1110S1 to 1110S2.
  • the electronic device may perform multiple input/output (MIMO) communication with the base station through two or more antennas among the plurality of antennas 1110a to 1110d, 1150B, and 1110S1 to 1110S2.
  • MIMO multiple input/output
  • an electronic device having an array antenna operable in a millimeter wave band will be described.
  • an electronic device having a plurality of array antennas in the form of transparent antennas embedded in a display will be described.
  • FIG. 4A shows an electronic device having a transparent antenna and a transmission line embedded in a display according to the present invention.
  • Figure 4b shows the structure of the display in which the transparent antenna according to the present invention is embedded.
  • the electronic device includes an antenna 1110 embedded in a display 151 and a transmission line 1120 configured to feed the antenna 1110 .
  • the display 151 may be configured as an OLED or LCD.
  • the electronic device includes a plurality of antennas ANT 1 to ANT 4 built in the display 151 and a transmission line 1120 configured to feed the antennas ANT 1 to ANT 4 . ) is included.
  • each of the plurality of antennas ANT 1 to ANT 4 is implemented as an array antenna and is configurable to perform beam forming.
  • each of the array antennas of the plurality of antennas 1110a to 1110d may be disposed to be spaced apart from each other and may operate to perform multiple input/output (MIMO).
  • MIMO multiple input/output
  • spatial beam forming may be performed so that 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 according to the present invention 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 as shown in FIG. 4A .
  • the present invention is not limited thereto, and may be changed to a 2x1, 4x1, or 8x1 array antenna.
  • beam forming may be performed in another axial direction, for example, a vertical direction in addition to one axial direction, for example, a horizontal direction.
  • Beamforming is possible in a millimeter wave (mmWave) band using such an array antenna.
  • mmWave millimeter wave
  • 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. Accordingly, the transparent antenna operating in the Sub6 band may operate such that a single antenna is disposed to be spaced apart from each other to perform multiple input/output (MIMO).
  • MIMO multiple input/output
  • the patch antenna of FIG. 4A is not disposed as an array antenna, but a single antenna type patch antenna is disposed on the upper left, lower left, upper right and lower right sides of the electronic device, and each patch antenna is provided with multiple input/output (MIMO). ) can be operated to perform
  • a dielectric 1130 that is, a dielectric substrate, may be disposed on the OLED display panel and the OCA inside the display 151 .
  • a dielectric 1130 in the form of a film thereon may be used as a dielectric substrate of the antenna 1110 .
  • an antenna layer may be disposed on the dielectric 1130 in the form of a film.
  • the antenna layer may be implemented with a silver alloy (Ag alloy), copper (copper), aluminum (aluminum), or the like.
  • the antenna 1110 and the transmission line 1120 of FIG. 4A may be disposed on the antenna layer.
  • the inside of the patch antenna may be formed in a metal mesh grid structure.
  • FIG. 5A shows a configuration in which a plurality of metal meshes are stacked on a multilayer substrate according to an example.
  • FIG. 5B shows a plurality of metal mesh lattice structures spaced apart from each other according to an embodiment.
  • Figure 5c shows a plurality of metal mesh lattice structure spaced apart from each other according to another embodiment.
  • FIG. 5B is a structure in which a diamond-shaped metal mesh lattice structure is shifted from each other.
  • FIG. 5C is a structure in which a rectangular metal mesh lattice structure is shifted to each other.
  • FIG. 6A shows a structure of each of the transparent antennas formed on different substrates according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 6B shows a structure in which each substrate on which each transparent antenna of FIG. 6A is formed is aligned.
  • FIGS. 6A and 6B are structures in which the edges of the antenna and a portion of the power supply are removed in order to reduce the Moire effect.
  • FIGS. 7A and 7B show the structure of each substrate when both the antenna layer and the ground layer have a metal mesh lattice structure.
  • FIG. 7A is a structure in which a lower patch layer is arranged on top of a mesh ground layer.
  • 7B is a structure in which the upper antenna layer on which the upper patch is disposed is aligned with the lower antenna layer and the ground layer on which the lower patch is disposed.
  • FIG. 8 illustrates a configuration in which a transparent antenna having a metal mesh grid structure is connected to a transceiver circuit and a baseband processor according to an embodiment.
  • FIG. 13 illustrates a configuration in which a plurality of array antennas are connected to a transceiver circuit and a baseband processor when a transparent antenna having a metal mesh grid structure is configured with a plurality of array antennas.
  • an electronic device having a transparent antenna according to the present invention may be configured to include a transparent antenna 1110 and a transmission line 1120 .
  • the transparent antenna 1110 may refer to a transparent antenna area including a patch antenna configured with a metal mesh grid structure and a substrate area on which the patch antenna is disposed.
  • the transmission line 1120 may refer to a transmission line area including a transmission line such as a feed line for feeding the transparent antenna 1110 and a substrate area on which the transmission line is disposed.
  • a transparent material should be used for the substrate due to the characteristics of the transparent antenna.
  • it can be fabricated using a transparent and flexible PET-like substrate.
  • the thickness of these substrates is basically formed to be very thin, for example, the thickness is about 0.1T to less than 0.5T. Therefore, it is not easy to satisfy the target bandwidth (BW) when designing an antenna on such a substrate.
  • the transparency of the antenna is correlated with the thickness of the substrate.
  • it is better to make the thickness of the substrate thin.
  • the antenna when designing a multi-layer mesh type antenna, it can be designed to have different resonant frequencies in each layer.
  • the antenna may be designed to be arranged on each layer according to the target transparency.
  • the present invention aims to secure a target bandwidth of about 2 GHz or more in the mmWave band while achieving an antenna transparency of 85% or more.
  • parameter tuning is required to obtain a target bandwidth without changing the structure. In this regard, it is because it is not easy to change the structure of the patch-type antenna in the transparent antenna of the metal mesh line structure.
  • the antenna is arranged according to a uniform spatial frequency, a Moire effect may occur. Therefore, it is necessary to design a structure for reducing such a moiré effect.
  • Moire interference a phenomenon in which a pattern larger than the original spatial period is created.
  • a fringe generated by moire interference is called a moire fringe.
  • the diamond-shaped pixel structure is common.
  • the advantages of the diamond-shaped pixel structure are as follows.
  • the diamond pentile is basically composed of four sub-pixels, two green and one large blue and red sub-pixel.
  • the human eye is sensitive and can distinguish green colors well. Accordingly, as many small-sized green pixels are arranged, a fine green expression is also possible. Thus, it can have a better effect on the expression of lush vegetation or on the expression of subtly different greens.
  • the transparent antenna 1110 according to the present invention may be formed in a multi-layered metal mesh lattice structure on a plurality of multi-layered substrates as shown in FIG. 5A .
  • the number of layers of the metal mesh lattice structure may consist of four layers.
  • the plurality of metal mesh lines R1 to R4 may be formed on different substrates S1 to S4, respectively.
  • the plurality of metal mesh lines R1 to R4 may be disposed to be spaced apart from each other by a predetermined distance.
  • the transparent antenna 1110 composed of a plurality of metal mesh lines disposed on different layers may be built into the display and configured to radiate signals to the front of the display.
  • the transmission line 1120 may be configured to feed the transparent antenna 1110 .
  • the transmission line 1120 may be configured in the form of a CPW line, and may be connected to an impedance matching unit corresponding to an end of the transparent antenna 1110 .
  • the transmission line 1120 may be arranged to indirectly feed a signal to the transparent antenna 1110 from a substrate of a different layer than the transparent antenna 1110 .
  • the transparent antenna 1110 may be configured to include a first radiator (R1) and a second radiator (R2) disposed on the first radiator (R1).
  • the metal mesh lattice structure constituting the second radiator R2 is relatively offset with respect to the metal mesh lattice structure constituting the first radiator R1 to reduce the Moire effect.
  • the first radiator R1 may be configured as a first metal mesh grid on the first substrate.
  • the second radiator R2 may be configured as a second metal mesh grid on a second substrate disposed on the first substrate.
  • the second metal mesh grating may be disposed to be offset by a predetermined interval in one axial direction with respect to the first metal mesh grating.
  • the transparent antenna 1110 may further include other radiators in addition to the first radiator R1 and the second radiator R2 .
  • the transparent antenna 1110 may be configured to include the first radiator R1 to the third radiator R3 .
  • the transparent antenna 1110 may be configured to include the first radiator R1 to the fourth radiator R4 as shown in FIGS. 5B and 5C .
  • the third radiator R3 may be configured as a third metal mesh grid on the third substrate disposed on the second substrate.
  • the third metal mesh grating may be disposed to be offset by a predetermined interval in one axial direction with respect to the second metal mesh grating.
  • the first metal mesh grid to the third metal mesh grid may be disposed such that an interval length (IL i ) between adjacent substrate layers is different for each substrate layer.
  • the fourth radiator R4 may be configured as a fourth metal mesh grid on a fourth substrate disposed on the third substrate.
  • the fourth metal mesh grating may be disposed to be offset by a predetermined interval in one axial direction with respect to the third metal mesh grating.
  • the first metal mesh grid to the fourth metal mesh grid may be disposed such that an interval length (IL i ) between adjacent substrate layers is different for each substrate layer.
  • the spacing between the respective metal mesh gratings may be related to the target transparency of the transparent antenna.
  • the spacing between the metal mesh gratings between adjacent substrate layers (IL i ) may be set to a value greater than the lowest metal mesh spacing (IL imin ) for the target transparency of the transparent antenna. Therefore, an inverse relationship may be established such that the lowest metal mesh spacing (IL imin ) decreases as the target transparency and the number of substrate layers increase.
  • the metal mesh interval corresponds to the interval between mesh(I)) of FIG. 5B.
  • the interlayer spacing (IL) is 100um. can be set to be
  • a metal mesh grid spacing (IL i) increases with increasing thickness.
  • the distance between the metal mesh lattices IL i may be set to be the same.
  • the distance between the metal mesh lattices (IL i ) may be set to increase in proportion thereto.
  • the distance between the metal mesh lattices IL i may be set to decrease in proportion thereto.
  • the interval between layers (IL2) can be set to 250 ⁇ m.
  • the mesh spacings IL1 and IL2 may be set to 150 mm and 250 mm, respectively.
  • the mesh spacing (IL1 , IL2) can be set to 250 mm and 150 mm, respectively.
  • each of the first to third radiators may be a first to third patch radiator formed of a plurality of metal mesh grid lines.
  • the first to third patch radiators may have inset structures IS1 and IS2 as shown in FIGS. 7A and 7B for impedance matching.
  • the horizontal length, vertical length, inset length, and inset width of each of the first to third patch radiators may be determined to have different lengths and widths so that the transparent antenna 1100 operates in a wide band.
  • the metal mesh grid implemented on a plurality of layers according to the present invention may be configured in a rhombus shape or a rectangular shape.
  • the first metal mesh grid to the third metal mesh grid may be formed of a diamond-shaped grid.
  • the first metal mesh grid to the third metal mesh grid with respect to the rhombus-shaped grid may be arranged offset by a predetermined distance in a horizontal axis direction or a vertical axis direction of the display.
  • an outer rim of each of the first radiator to the third radiator has a rectangular shape as shown in FIGS. 6A and 6B .
  • the metal mesh line may be removed.
  • a rectangular metal mesh line may be removed from an outer rim of each of the first to third radiators, thereby reducing a Moire effect.
  • first metal mesh grid to the fourth metal mesh grid may be configured as a rhombus-shaped grid as shown in FIG. 5B.
  • first metal mesh grid to the fourth metal mesh grid may be arranged offset by a predetermined distance in a horizontal axis direction or a vertical axis direction of the display with respect to the diamond-shaped grid.
  • a rectangular metal mesh line is to be removed from an outer rim of each of the first radiator to the fourth radiator.
  • a rectangular metal mesh line may be removed from an outer rim of each of the first to fourth radiators, thereby reducing a Moire effect.
  • the first metal mesh grid to the third metal mesh grid may be configured as a rectangular grid.
  • the first metal mesh grid to the third metal mesh grid with respect to the rectangular grid may be arranged offset by a predetermined distance in a horizontal axis direction and a vertical axis direction of the display.
  • a rectangular metal mesh line is to be removed from an outer rim of each of the first radiator to the third radiator.
  • a rectangular metal mesh line may be removed from an outer rim of each of the first to third radiators, thereby reducing a Moire effect.
  • the first metal mesh grid to the fourth metal mesh grid may be composed of a rectangular grid.
  • the first metal mesh grid to the fourth metal mesh grid with respect to the rectangular grid may be arranged offset by a predetermined distance in a horizontal axis direction and a vertical axis direction of the display.
  • a rectangular metal mesh line is to be removed from an outer rim of each of the first radiator to the fourth radiator.
  • a rectangular metal mesh line may be removed from an outer rim of each of the first to fourth radiators, thereby reducing a Moire effect.
  • the ground layer may also be composed of a metal mesh grid.
  • the transparent antenna 1110 is a ground layer composed of a plurality of metal mesh grids to operate as a ground for the transparent antenna 1110 under the first radiator R1. , 1150) may be further included.
  • the plurality of metal mesh gratings of the ground layer 1150 may be aligned with the first metal mesh gratings of the first radiator R1 to maintain transparency of the transparent antenna 1100 .
  • the first radiator R1 may be connected to the first inset line IS1 for impedance matching, and the first inset line IS1 may be formed of a metal mesh line.
  • the transmission line 1120 may be formed in a coplanar waveguide (CPW) structure filled with a metal in an un-transparent region.
  • the first feeding part F1 of the CPW structure may be disposed on the first substrate S1 and may be connected to the first inset line IS1 of the first radiator R1 .
  • the second radiator R2 may be connected to the second inset line IS2 for impedance matching, and the second inset line IS2 may be formed of a metal mesh line.
  • the transmission line 1120 may be formed in a coplanar waveguide (CPW) structure filled with a metal in an un-transparent region.
  • the second feeding part F2 of the CPW structure may be disposed on the first substrate S2 and may be connected to the second inset line IS2 of the second radiator R2 .
  • the transparent antenna implemented with the multilayer metal mesh line of the offset structure according to the present invention has the following structural features.
  • the ground part of the patch antenna having a multi-layer antenna part can be composed of a mesh-shaped area considering transparency and an opaque area (all conductor material).
  • materials with high conductivity e.g. Ag, Cu, etc.
  • a thin substrate may be stacked on the ground portion.
  • the lower antenna can be designed as follows. Adjust the lower antenna length and width, lower feeder width, lower inset length and inset width to match the target center frequency. In this case, a thin substrate may be stacked on the lower antenna.
  • the upper antenna can be designed as follows. Adjust the upper antenna length and width, upper feeder width, upper inset length and inset width to match the target center frequency. In this case, in consideration of transparency and radiation gain, the mesh pattern of the upper antenna part can be moved by P/2 in the horizontal and vertical axes.
  • Ground part, lower antenna, and upper antenna can be aligned and stacked.
  • the mesh spacing between the lower layer and the upper layer antenna is 200um, so that more than 85% of transparency can be achieved.
  • the electronic device including the transparent antenna 1000 may further include a transceiver circuit 1250 and a baseband processor 1400 .
  • the transparent antenna may be configured as a one-dimensional array antenna in which a plurality of transparent antenna elements are spaced apart from each other by a predetermined distance.
  • the one-dimensional array antenna may be disposed as the first array antenna ANT1 to the fourth array antenna ANT4 in different areas of the display.
  • the first array antenna ANT1 to the fourth array antenna ANT4 may be configured as 4x1 array antennas.
  • the present invention is not limited thereto, and the array antenna may be changed to a 2x1, 6x1, or 8x1 array antenna according to a beam width requirement, a frequency band, or the like.
  • the first array antennas ANT1 to the fourth array antennas ANT4 in different regions of the display may be implemented as two-dimensional array antennas, that is, MxN array antennas.
  • the array antenna may be implemented as various array antennas according to beam width requirements, frequency bands, and the like.
  • the baseband processor 1400 may perform multiple input/output (MIMO) using two or more array antennas among the first array antenna ANT1 to the fourth array antenna ANT4. .
  • MIMO multiple input/output
  • the electronic device having the transparent antenna according to the present invention may independently perform beamforming through the first array antenna ANT1 to the fourth array antenna ANT4 .
  • the first arrayed antenna ANT1 and the second arrayed antenna ANT2 may be disposed on side surfaces of the electronic device.
  • the second array antenna ANT2 and the first array antenna ANT1 are symmetrical to each other to reduce the level of mutual interference.
  • power feeding efficiency to the first array antenna ANT1 and the second array antenna ANT2 may be increased through the CPW line implemented on the FPCB.
  • the third array antenna ANT3 and the fourth array antenna ANT4 may be disposed above and below the electronic device.
  • the third array antenna ANT3 and the fourth array antenna ANT4 are vertically symmetric to each other to reduce the level of mutual interference.
  • power feeding efficiency to the third array antenna ANT3 and the fourth array antenna ANT4 may be increased through the CPW line implemented on the FPCB.
  • the baseband processor 1400 performs one-dimensional beamforming while performing multiple input/output (MIMO) using two or more array antennas among the first array antenna ANT1 to the fourth array antenna ANT4.
  • MIMO multiple input/output
  • the baseband processor 1400 controls the transceiver circuit 1250 so that the phase applied to each transparent antenna element of the corresponding array antenna among the first array antenna ANT1 to the fourth array antenna ANT4 is variable.
  • one-dimensional beamforming can be performed.
  • each beam directing direction is set differently to implement spatial diversity. Specifically, a beam may be directed at a first angle through the first array antenna ANT1 and a beam may be directed at a second angle through the second array antenna ANT2 .
  • the baseband processor 1400 may control the main beam radiated from the first array antenna ANT1 to be directed at a first angle and generate a null pattern at a second angle. Also, the baseband processor 1400 may control the main beam radiated from the second array antenna ANT2 to be directed at a second angle and generate a null pattern at the first angle.
  • the spacing between mesh lattices disposed on different substrates may be set.
  • the antenna efficiency may decrease as the directivity angle of the antenna moves away from the bore site. Therefore, the transparency requirement can be relaxed by considering the antenna maximum directivity angle.
  • an antenna maximum directivity angle may be set to 30 degrees, reducing antenna efficiency by about 50%. Accordingly, it is possible to reduce the transparency requirement from 85% to 80%, 75%, etc.
  • the metal mesh line spacing may be designed so that the spacing between the metal meshes is narrowed to increase antenna efficiency.
  • FIGS. 9A and 9B show reflection coefficients in the mmWave band of a transparent antenna having a single-layer metal mesh grating structure.
  • FIGS. 10A and 10B show reflection coefficients in the mmWave band of a transparent antenna having a multilayer metal mesh grating structure.
  • the first and second metal mesh lines have a structure offset from each other in order to reduce the moiré phenomenon.
  • the transparent antenna of the single-layer metal mesh grid structure resonates at 26.8 GHz, and the bandwidth (BW) is 1.7 GHz.
  • the efficiency of the transparent antenna of the single-layer metal mesh lattice structure is about 0.34 (34%) at 27 GHzd.
  • the efficiency of the transparent antenna of the multilayer metal mesh grating structure is about 0.4 (40%) at 27 GHzd. Therefore, by the plurality of metal mesh grating structures of the offset structure according to the present invention, it is possible to provide a transparent antenna in which the moiré phenomenon is reduced and antenna efficiency is improved.
  • FIG. 11 shows a metal mesh lattice structure according to an example.
  • Figure 11 (a) shows a front view of the metal mesh lattice structure
  • Figure 11 (b) shows a side view related to the metal mesh lattice structure.
  • FIG. 11B it may be assumed that a metal mesh line is disposed on a glass substrate in a single substrate structure.
  • transparency may be determined as shown in Table 1 according to a pitch (p) of a metal mesh structure, a width (W) of a metal mesh line, and a visible ratio on pitch, t.
  • the present invention proposes a metal mesh lattice structure arranged in a plurality of layers of an offset structure that can reduce the moiré effect and optimize bandwidth characteristics and antenna radiation efficiency while maintaining the transparency (T) at a certain level.
  • FIGS. 12A to 12C are comparisons of theoretical values and actual values of transparency according to various examples.
  • the line widths of the metal mesh lines are 3um, 5um, and 7um
  • the transparency of the metal mesh line is compared.
  • P100, P200, and P300 indicate a case in which the pitch P of the metal mesh structure is 100um, 200um, and 300um, respectively.
  • the offset between the metal mesh grids between adjacent layers in the first metal mesh grid of the first radiator S1 to the fourth metal mesh grid of the fourth radiator S4 is set to a value between 100um and 300um. can Accordingly, it is possible to improve the antenna characteristics while maintaining transparency by the metal mesh line of the offset structure on the multilayer substrate according to the present invention.
  • FIG. 12B shows a glass transparency measurement value according to an example.
  • the interval between the metal mesh lines made of quartz is 400 to 800 ⁇ m, the average transparency is about 94%.
  • the distance between the metal mesh lines of the coning material is 400 to 800 ⁇ m, the average transparency is about 91%.
  • FIG. 12C shows the transparency of the substrate on which the metal mesh line and the substrate are disposed according to an example.
  • the line width of the metal mesh line is 3 ⁇ m
  • the pitch between the pitches is 100 ⁇ m
  • transparency of about 85% can be maintained.
  • the line width of the metal mesh line is 7 ⁇ m
  • transparency of about 85% can be maintained.
  • the pitch between pitches is increased to about 200 ⁇ m to maintain transparency of about 85%.
  • the multilayer metal mesh structure of the offset structure according to the present invention for maintaining this specific transparency may be designed as follows.
  • a mesh can be formed using a material with high conductivity in the ground part of the transparent antenna.
  • antenna parameters ie, horizontal/vertical length of each antenna, feeder width, inset horizontal/vertical length, etc.
  • the transparent antenna composed of the metal mesh lines of the offset structure according to the present invention according to FIGS. 1 to 13 and the array antenna using the same can be controlled by the baseband processor 1400 .
  • the baseband processor 1400 is connected to the transceiver circuit 1250 and controls the transceiver circuit 1250 to transmit a plurality of array antennas ANT1 to ANT4 disposed at different positions of the electronic device. It is configured to perform beamforming and multiple input/output (MIMO) through the MIMO.
  • MIMO multiple input/output
  • the baseband processor 1400 performs beamforming in different directions so that signals are radiated in different directions through the first array antenna ANT1 and the second array antenna ANT2 among the plurality of array antennas.
  • the different directions may be a dielectric region formed on the left side and a dielectric region formed on the right side of the electronic device. Accordingly, different signals may be radiated in different directions through different dielectric regions by using the first and second array antennas according to the present invention at the same time. Accordingly, the baseband processor 1400 may use the first and second array antennas at the same time to radiate different signals in different directions through different dielectric regions, thereby improving isolation between a plurality of MIMO streams.
  • the baseband processor 1400 may perform beamforming in different directions so that signals are radiated in different directions through the third array antenna ANT3 and the fourth array antenna ANT4 among the plurality of array antennas. .
  • different directions may be a dielectric region formed on an upper portion of the electronic device and a dielectric region formed on a lower portion of the electronic device. Accordingly, different signals may be radiated in different directions through different dielectric regions by using the third and fourth array antennas according to the present invention at the same time. Accordingly, the baseband processor 1400 may use the first and second array antennas at the same time to radiate different signals in different directions through different dielectric regions, thereby improving isolation between a plurality of MIMO streams.
  • the computer-readable medium includes any type of recording device in which data readable by a computer system is stored. Examples of computer-readable media include Hard Disk Drive (HDD), Solid State Disk (SSD), Silicon Disk Drive (SDD), ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, etc. There is also a carrier wave (eg, transmission over the Internet) that is implemented in the form of.
  • the computer may include the control units 180, 1210a to 1210d, 1250 of the terminal.

Landscapes

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Abstract

본 발명에 따른 5G 통신을 위한 투명 안테나를 구비하는 전자 기기가 제공된다. 상기 전자 기기는 디스플레이 내부에 내장되어 상기 디스플레이 전면으로 신호를 방사하도록 구성된 투명 안테나(transparent antenna); 상기 투명 안테나를 급전하는 전송 선로(transmission line)를 포함하고, 상기 투명 안테나는 제1 기판 상에 제1 메탈 메쉬 격자(metal mesh grid)로 구성된 제 1 방사체(radiator); 및 상기 제1 기판의 상부에 배치되는 제2 기판 상에 제2 메탈 메쉬 격자로 구성된 제2 방사체를 포함한다.

Description

투명 안테나를 구비하는 전자 기기
본 발명은 투명 안테나를 구비하는 전자 기기에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 디스플레이에 내장되는 투명 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 메탈 메쉬 라인 구조의 안테나에서 메탈 메쉬 라인 간격에 따른 공간적 균일성에 따라, 모아레 효과(Moire effect)가 발생하는 문제점이 있다. 또한, 이러한 투명 안테나가 배치되는 투명 기판도 매우 얇은 형태로 제공되므로 대역폭 특성 등 안테나 특성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 투명 안테나를 구비하는 디스플레이에서 모아레 현상을 저감하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 투명 안테나를 구비하는 전자 기기에서 메탈 메쉬 라인의 배치 여부에 따른 시인성 저하를 해결하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 투명 안테나를 구비하는 디스플레이에서 시인성 등의 이슈를 해결하면서 안테나 성능을 유지하기 위한 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 5G 통신을 위한 투명 안테나를 구비하는 전자 기기가 제공된다. 상기 전자 기기는 디스플레이 내부에 내장되어 상기 디스플레이 전면으로 신호를 방사하도록 구성된 투명 안테나(transparent antenna); 상기 투명 안테나를 급전하는 전송 선로(transmission line)를 포함하고, 상기 투명 안테나는 제1 기판 상에 제1 메탈 메쉬 격자(metal mesh grid)로 구성된 제 1 방사체(radiator); 및 상기 제1 기판의 상부에 배치되는 제2 기판 상에 제2 메탈 메쉬 격자로 구성된 제2 방사체를 포함한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 메탈 메쉬 격자는 상기 제1 메탈 메쉬 격자에 대해 일 축 방향으로 소정 간격만큼 오프셋(offset)되어 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 기판의 상부에 배치되는 제3 기판 상에 제3 메탈 메쉬 격자로 구성된 제3 방사체를 더 포함할 수 있다. 한편, 상기 제3 메탈 메쉬 격자는 상기 제2 메탈 메쉬 격자에 대해 일 축 방향으로 소정 간격만큼 오프셋(offset)되어 배치될 수 있다. 이 경우, 인접한 기판 레이어 간 메탈 메쉬 격자 간 간격(interval length: IL i)은 각각의 기판 레이어마다 다른 간격이 되도록 상기 제1 메탈 메쉬 격자 내지 상기 제3 메탈 메쉬 격자가 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제3 기판의 상부에 배치되는 제4 기판 상에 제4 메탈 메쉬 격자로 구성된 제4 방사체를 더 포함할 수 있다. 한편, 상기 제4 메탈 메쉬 격자는 상기 제3 메탈 메쉬 격자에 대해 일 축 방향으로 소정 간격만큼 오프셋(offset)되어 배치될 수 있다. 이 경우, 인접한 기판 레이어 간 메탈 메쉬 격자 간 간격(interval length: IL i)은 각각의 기판 레이어마다 다른 간격이 되도록 상기 제1 메탈 메쉬 격자 내지 상기 제4 메탈 메쉬 격자가 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 인접한 기판 레이어 간 메탈 메쉬 격자 간 간격 (IL i)은 상기 투명 안테나의 타겟 투명도에 대한 최저 메탈 메쉬 간격 (IL imin)보다 큰 값으로 설정될 수 있다. 상기 타겟 투명도와 기판 레이어의 수가 증가함에 따라 상기 최저 메탈 메쉬 간격 (IL imin)이 감소하도록 반 비례 관계가 성립할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 인접한 기판 레이어 간 메탈 메쉬 격자 간 간격 (IL i)은 기판 레이어의 서로 다른 두께를 고려하여, 두께가 증가할수록 메탈 메쉬 격자 간 간격 (IL i)이 증가하도록 설정될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 방사체 내지 상기 제3 방사체 각각은 복수의 메탈 메쉬 격자라인으로 이루어진 제1 패치 방사체 내지 제3 패치 방사체일 수 있다. 한편, 상기 제1 패치 방사체 내지 상기 제3 패치 방사체는 임피던스 정합을 위해 인셋 구조로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 패치 방사체 내지 상기 제3 패치 방사체 각각의 가로 길이, 세로 길이, 인셋 길이 및 인셋 폭은 상기 투명 안테나가 광대역 동작하도록 서로 다른 길이와 폭으로 결정될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 메탈 메쉬 격자 내지 상기 제3 메탈 메쉬 격자는 마름모 형상 격자로 구성될 수 있다. 한편, 상기 마름모 형상 격자에 대해 상기 제1 메탈 메쉬 격자 내지 상기 제3 메탈 메쉬 격자는 상기 디스플레이의 수평 축 방향 또는 수직 축 방향으로 소정 간격 오프셋 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 방사체 내지 상기 제3 방사체 각각은 복수의 메탈 메쉬 격자라인으로 이루어진 제1 패치 방사체 내지 제3 패치 방사체일 수 있다. 한편, 상기 제1 메탈 메쉬 격자 내지 상기 제3 메탈 메쉬 격자는 마름모 형상 격자로 구성될 수 있다. 이 경우, 모아레 효과(Moire effect)를 감소시키기 위해 상기 제1 방사체 내지 상기 제3 방사체 각각의 외곽 테두리(outer rim)에는 사각형 형상의 메탈 메쉬 라인이 제거될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 투명 안테나는 상기 제1 방사체 하부에 상기 투명 안테나에 대한 그라운드로서 동작하도록 복수의 메탈 메쉬 격자로 구성된 그라운드 레이어를 더 포함할 수 있다. 한편, 상기 그라운드 레이어의 상기 복수의 메탈 메쉬 격자는 상기 투명 안테나의 투명도를 유지하기 위해 상기 제1 방사체의 상기 제1 메탈 메쉬 격자와 정렬될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 방사체는 임피던스 정합을 위한 제1 인셋 라인과 연결되고, 상기 제1 인셋 라인은 메탈 메쉬 라인으로 형성될 수 있다. 한편, 상기 전송 선로는 불투명 영역에서 금속으로 채워진 coplanar waveguide (CPW) 구조로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 CPW 구조의 제1 급전부는 상기 제1 기판 상에 배치되고, 상기 제1 방사체의 상기 제1 인셋 라인과 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 방사체는 임피던스 정합을 위한 제2 인셋 라인과 연결되고, 상기 제2 인셋 라인은 메탈 메쉬 라인으로 형성될 수 있다. 한편, 상기 CPW 구조의 제2 급전부는 상기 제2 기판 상에 배치되고, 상기 제2 방사체의 상기 제2 인셋 라인과 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 메탈 메쉬 격자 내지 상기 제4 메탈 메쉬 격자에서 인접하는 레이어 간 메탈 메쉬 격자 간 오프셋은 100um 내지 300um 사이의 값으로 설정될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 투명 안테나의 각각의 방사체에 신호가 인가되도록 상기 전송 선로에 연결되는 송수신부 회로(transceiver circuit)를 더 포함할 수 있다. 한편, 상기 송수신부 회로에 연결되고, 상기 송수신부 회로를 제어하도록 구성된 기저대역 프로세서(baseband processor)를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 투명 안테나는 복수의 투명 안테나 소자가 소정 간격 이격되어 1차원 배열 안테나로 구성되고, 상기 1차원 배열 안테나는 상기 디스플레이의 서로 다른 영역에 제1 배열 안테나 내지 제4 배열 안테나로 배치될 수 있다. 한편, 상기 기저대역 프로세서는 상기 제1 배열 안테나 내지 상기 제4 배열 안테나 중 2개 이상의 배열 안테나를 이용하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 투명 안테나는 복수의 투명 안테나 소자가 소정 간격 이격되어 1차원 배열 안테나로 구성되고, 상기 1차원 배열 안테나는 상기 디스플레이의 서로 다른 영역에 제1 배열 안테나 내지 제4 배열 안테나로 배치될 수 있다. 한편, 상기 기저대역 프로세서는 상기 제1 배열 안테나 내지 상기 제4 배열 안테나 중 2개 이상의 배열 안테나를 이용하여 다중 입출력(MIMO)을 수행하면서, 각각의 투명 안테나 소자에 인가되는 위상이 가변 되도록 상기 송수신부 회로를 제어하여 1차원 빔 포밍을 수행할 수 있다.
본 발명에 따르면, 오프셋 구조의 메탈 메쉬 라인에 의해 모아레 현상을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 오프셋 구조의 메탈 메쉬 라인에 의해 모아레 현상을 감소시키면서도 안테나 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 오프셋 구조의 메탈 메쉬 라인에 의해 모아레 현상을 감소시키면서도 광대역 특성 및 안테나 효율을 개선할 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 본 발명에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기의 무선 통신부의 구성을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 전자 기기의 복수의 안테나들이 배치될 수 있는 구성의 예시를 나타낸다.
도 4a는 본 발명에 따른 디스플레이에 내장되는 투명 안테나와 전송 선로를 구비하는 전자 기기를 나타낸다.
도 4b는 본 발명에 따른 투명 안테나가 내장되는 디스플레이의 구조를 나타낸다.
도 5a는 일 예시에 따른 복수의 메탈 메쉬가 다층 기판에 적층(stack)된 구성을 나타낸다.
도 5b는 일 실시 예에 따른 상호 이격된 복수의 메탈 메쉬 격자 구조를 나타낸다.
도 5c는 다른 실시 예에 따른 상호 이격된 복수의 메탈 메쉬 격자 구조를 나타낸다.
도 6a는 일 실시 예에 따른 서로 다른 기판에 형성된 투명 안테나 각각의 구조를 나타낸다.
도 6b는 도 6a의 각각의 투명 안테나가 형성된 각각의 기판이 정렬된 구조를 나타낸다
도 7a 및 도 7b는 안테나 층과 그라운드 층이 모두 메탈 메쉬 격자 구조로 구현된 경우, 각각의 기판의 구조를 나타낸다.
도 8은 일 실시 예에 따른 메탈 메쉬 격자 구조의 투명 안테나가 송수신부 회로 및 기저대역 프로세서와 연결되는 구성을 나타낸다.
도 9a 및 도 9b는 단층 메탈 메쉬 격자 구조의 투명 안테나의 mmWave 대역에서의 반사 계수를 나타낸다.
도 10a 및 도 10b는 다층 메탈 메쉬 격자 구조의 투명 안테나의 mmWave 대역에서의 반사 계수를 나타낸다.
도 11은 일 예시에 따른 메탈 메쉬 격자 구조를 나타낸다.
도 12a 내지 도 12c는 다양한 예시에 따른 투명도 이론치와 실측치를 비교한 것이다.
도 13은 메탈 메쉬 격자 구조의 투명 안테나가 복수의 배열 안테나들로 구성된 경우, 복수의 배열 안테나들이 송수신부 회로 및 기저대역 프로세서와 연결되는 구성을 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 설명되는 전자 기기에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 PC(slate PC), 태블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultrabook), 웨어러블 디바이스(wearable device, 예를 들어, 워치형 단말기 (smartwatch), 글래스형 단말기 (smart glass), HMD(head mounted display)) 등이 포함될 수 있다.
그러나, 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 구성은 이동 단말기에만 적용 가능한 경우를 제외하면, 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터, 디지털 사이니지 등과 같은 고정 단말기에도 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 도 1a는 본 발명과 관련된 전자 기기를 설명하기 위한 블록도이고, 도 1b 및 1c는 본 발명과 관련된 전자 기기의 일 예를 서로 다른 방향에서 바라본 개념도이다.
상기 전자 기기(100)는 무선 통신부(110), 입력부(120), 센싱부(140), 출력부(150), 인터페이스부(160), 메모리(170), 제어부(180) 및 전원 공급부(190) 등을 포함할 수 있다. 도 1a에 도시된 구성요소들은 전자 기기를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 전자 기기는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 구성요소들 중 무선 통신부(110)는, 전자 기기(100)와 무선 통신 시스템 사이, 전자 기기(100)와 다른 전자 기기(100) 사이, 또는 전자 기기(100)와 외부서버 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 상기 무선 통신부(110)는, 전자 기기(100)를 하나 이상의 네트워크에 연결하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 여기서, 하나 이상의 네트워크는 예컨대 4G 통신 네트워크 및 5G 통신 네트워크일 수 있다.
이러한 무선 통신부(110)는, 4G 무선 통신 모듈(111), 5G 무선 통신 모듈(112), 근거리 통신 모듈(113), 위치정보 모듈(114) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
4G 무선 통신 모듈(111)은 4G 이동통신 네트워크를 통해 4G 기지국과 4G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 이때, 4G 무선 통신 모듈(111)은 하나 이상의 4G 송신 신호를 4G 기지국으로 전송할 수 있다. 또한, 4G 무선 통신 모듈(111)은 하나 이상의 4G 수신 신호를 4G 기지국으로부터 수신할 수 있다.
이와 관련하여, 4G 기지국으로 전송되는 복수의 4G 송신 신호에 의해 상향링크(UL: Up-Link) 다중입력 다중출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output)이 수행될 수 있다. 또한, 4G 기지국으로부터 수신되는 복수의 4G 수신 신호에 의해 하향링크(DL: Down-Link) 다중입력 다중출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output)이 수행될 수 있다.
5G 무선 통신 모듈(112)은 5G 이동통신 네트워크를 통해 5G 기지국과 5G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 여기서, 4G 기지국과 5G 기지국은 비-스탠드 얼론(NSA: Non-Stand-Alone) 구조일 수 있다. 예컨대, 4G 기지국과 5G 기지국은 셀 내 동일한 위치에 배치되는 공통-배치 구조(co-located structure)일 수 있다. 또는, 5G 기지국은 4G 기지국과 별도의 위치에 스탠드-얼론(SA: Stand-Alone) 구조로 배치될 수 있다.
5G 무선 통신 모듈(112)은 5G 이동통신 네트워크를 통해 5G 기지국과 5G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 이때, 5G 무선 통신 모듈(112)은 하나 이상의 5G 송신 신호를 5G 기지국으로 전송할 수 있다. 또한, 5G 무선 통신 모듈(112)은 하나 이상의 5G 수신 신호를 5G 기지국으로부터 수신할 수 있다.
이때, 5G 주파수 대역은 4G 주파수 대역과 동일한 대역을 사용할 수 있고, 이를 LTE 재배치(re-farming)이라고 지칭할 수 있다. 한편, 5G 주파수 대역으로, 6GHz 이하의 대역인 Sub6 대역이 사용될 수 있다.
반면, 광대역 고속 통신을 수행하기 위해 밀리미터파(mmWave) 대역이 5G 주파수 대역으로 사용될 수 있다. 밀리미터파(mmWave) 대역이 사용되는 경우, 전자 기기(100)는 기지국과의 통신 커버리지 확장(coverage expansion)을 위해 빔 포밍(beam forming)을 수행할 수 있다.
한편, 5G 주파수 대역에 관계없이, 5G 통신 시스템에서는 전송 속도 향상을 위해, 더 많은 수의 다중입력 다중출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output)을 지원할 수 있다. 이와 관련하여, 5G 기지국으로 전송되는 복수의 5G 송신 신호에 의해 상향링크(UL: Up-Link) MIMO가 수행될 수 있다. 또한, 5G 기지국으로부터 수신되는 복수의 5G 수신 신호에 의해 하향링크(DL: Down-Link) MIMO가 수행될 수 있다.
한편, 무선 통신부(110)는 4G 무선 통신 모듈(111)과 5G 무선 통신 모듈(112)을 통해 4G 기지국 및 5G 기지국과 이중 연결(DC: Dual Connectivity) 상태일 수 있다. 이와 같이, 4G 기지국 및 5G 기지국과의 이중 연결을 EN-DC(EUTRAN NR DC)이라 지칭할 수 있다. 여기서, EUTRAN은 Evolved Universal Telecommunication Radio Access Network로 4G 무선 통신 시스템을 의미하고, NR은 New Radio로 5G 무선 통신 시스템을 의미한다.
한편, 4G 기지국과 5G 기지국이 공통-배치 구조(co-located structure)이면, 이종 반송파 집성(inter-CA(Carrier Aggregation)을 통해 스루풋(throughput) 향상이 가능하다. 따라서, 4G 기지국 및 5G 기지국과 EN-DC 상태이면, 4G 무선 통신 모듈(111) 및 5G 무선 통신 모듈(112)을 통해 4G 수신 신호와 5G 수신 신호를 동시에 수신할 수 있다.
근거리 통신 모듈(113)은 근거리 통신(Short range communication)을 위한 것으로서, 블루투스(Bluetooth™), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi Direct, Wireless USB(Wireless Universal Serial Bus) 기술 중 적어도 하나를 이용하여, 근거리 통신을 지원할 수 있다. 이러한, 근거리 통신 모듈(114)은, 근거리 무선 통신망(Wireless Area Networks)을 통해 전자 기기(100)와 무선 통신 시스템 사이, 전자 기기(100)와 다른 전자 기기(100) 사이, 또는 전자 기기(100)와 다른 전자 기기(100, 또는 외부서버)가 위치한 네트워크 사이의 무선 통신을 지원할 수 있다. 상기 근거리 무선 통신망은 근거리 무선 개인 통신망(Wireless Personal Area Networks)일 수 있다.
한편, 4G 무선 통신 모듈(111) 및 5G 무선 통신 모듈(112)을 이용하여 전자 기기 간 근거리 통신이 수행될 수 있다. 일 실시 예에서, 기지국을 경유하지 않고 전자 기기들 간에 D2D (Device-to-Device) 방식에 의해 근거리 통신이 수행될 수 있다.
한편, 전송 속도 향상 및 통신 시스템 융합(convergence)을 위해, 4G 무선 통신 모듈(111) 및 5G 무선 통신 모듈(112) 중 적어도 하나와 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다. 이와 관련하여, 4G 무선 통신 모듈(111)과 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 4G + WiFi 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다. 또는, 5G 무선 통신 모듈(112)과 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 5G + WiFi 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다.
위치정보 모듈(114)은 전자 기기의 위치(또는 현재 위치)를 획득하기 위한 모듈로서, 그의 대표적인 예로는 GPS(Global Positioning System) 모듈 또는 WiFi(Wireless Fidelity) 모듈이 있다. 예를 들어, 전자 기기는 GPS모듈을 활용하면, GPS 위성에서 보내는 신호를 이용하여 전자 기기의 위치를 획득할 수 있다. 다른 예로서, 전자 기기는 Wi-Fi모듈을 활용하면, Wi-Fi모듈과 무선신호를 송신 또는 수신하는 무선 AP(Wireless Access Point)의 정보에 기반하여, 전자 기기의 위치를 획득할 수 있다. 필요에 따라서, 위치정보모듈(114)은 치환 또는 부가적으로 전자 기기의 위치에 관한 데이터를 얻기 위해 무선 통신부(110)의 다른 모듈 중 어느 기능을 수행할 수 있다. 위치정보모듈(114)은 전자 기기의 위치(또는 현재 위치)를 획득하기 위해 이용되는 모듈로, 전자 기기의 위치를 직접적으로 계산하거나 획득하는 모듈로 한정되지는 않는다.
구체적으로, 전자 기기는 5G 무선 통신 모듈(112)을 활용하면, 5G 무선 통신 모듈 과 무선신호를 송신 또는 수신하는 5G 기지국의 정보에 기반하여, 전자 기기의 위치를 획득할 수 있다. 특히, 밀리미터파(mmWave) 대역의 5G 기지국은 좁은 커버리지를 갖는 소형 셀(small cell)에 배치(deploy)되므로, 전자 기기의 위치를 획득하는 것이 유리하다.
입력부(120)는, 영상 신호 입력을 위한 카메라(121) 또는 영상 입력부, 오디오 신호 입력을 위한 마이크로폰(microphone, 122), 또는 오디오 입력부, 사용자로부터 정보를 입력받기 위한 사용자 입력부(123, 예를 들어, 터치키(touch key), 푸시키(mechanical key) 등)를 포함할 수 있다. 입력부(120)에서 수집한 음성 데이터나 이미지 데이터는 분석되어 사용자의 제어명령으로 처리될 수 있다.
센싱부(140)는 전자 기기 내 정보, 전자 기기를 둘러싼 주변 환경 정보 및 사용자 정보 중 적어도 하나를 센싱하기 위한 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센싱부(140)는 근접센서(141, proximity sensor), 조도 센서(142, illumination sensor), 터치 센서(touch sensor), 가속도 센서(acceleration sensor), 자기 센서(magnetic sensor), 중력 센서(G-sensor), 자이로스코프 센서(gyroscope sensor), 모션 센서(motion sensor), RGB 센서, 적외선 센서(IR 센서: infrared sensor), 지문인식 센서(finger scan sensor), 초음파 센서(ultrasonic sensor), 광 센서(optical sensor, 예를 들어, 카메라(121 참조)), 마이크로폰(microphone, 122 참조), 배터리 게이지(battery gauge), 환경 센서(예를 들어, 기압계, 습도계, 온도계, 방사능 감지 센서, 열 감지 센서, 가스 감지 센서 등), 화학 센서(예를 들어, 전자 코, 헬스케어 센서, 생체 인식 센서 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한편, 본 명세서에 개시된 전자 기기는, 이러한 센서들 중 적어도 둘 이상의 센서에서 센싱되는 정보들을 조합하여 활용할 수 있다.
출력부(150)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 디스플레이부(151), 음향 출력부(152), 햅팁 모듈(153), 광 출력부(154) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 디스플레이부(151)는 터치 센서와 상호 레이어 구조를 이루거나 일체형으로 형성됨으로써, 터치 스크린을 구현할 수 있다. 이러한 터치 스크린은, 전자 기기(100)와 사용자 사이의 입력 인터페이스를 제공하는 사용자 입력부(123)로써 기능함과 동시에, 전자 기기(100)와 사용자 사이의 출력 인터페이스를 제공할 수 있다.
인터페이스부(160)는 전자 기기(100)에 연결되는 다양한 종류의 외부 기기와의 통로 역할을 수행한다. 이러한 인터페이스부(160)는, 유/무선 헤드셋 포트(port), 외부 충전기 포트(port), 유/무선 데이터 포트(port), 메모리 카드(memory card) 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트(port), 오디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 비디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 이어폰 포트(port) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전자 기기(100)에서는, 상기 인터페이스부(160)에 외부 기기가 연결되는 것에 대응하여, 연결된 외부 기기와 관련된 적절할 제어를 수행할 수 있다.
또한, 메모리(170)는 전자 기기(100)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장한다. 메모리(170)는 전자 기기(100)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application)), 전자 기기(100)의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다. 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 무선 통신을 통해 외부 서버로부터 다운로드 될 수 있다. 또한 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 전자 기기(100)의 기본적인 기능(예를 들어, 전화 착신, 발신 기능, 메시지 수신, 발신 기능)을 위하여 출고 당시부터 전자 기기(100)상에 존재할 수 있다. 한편, 응용 프로그램은, 메모리(170)에 저장되고, 전자 기기(100) 상에 설치되어, 제어부(180)에 의하여 상기 전자 기기의 동작(또는 기능)을 수행하도록 구동될 수 있다.
제어부(180)는 상기 응용 프로그램과 관련된 동작 외에도, 통상적으로 전자 기기(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(180)는 위에서 살펴본 구성요소들을 통해 입력 또는 출력되는 신호, 데이터, 정보 등을 처리하거나 메모리(170)에 저장된 응용 프로그램을 구동함으로써, 사용자에게 적절한 정보 또는 기능을 제공 또는 처리할 수 있다.
또한, 제어부(180)는 메모리(170)에 저장된 응용 프로그램을 구동하기 위하여, 도 1a와 함께 살펴본 구성요소들 중 적어도 일부를 제어할 수 있다. 나아가, 제어부(180)는 상기 응용 프로그램의 구동을 위하여, 전자 기기(100)에 포함된 구성요소들 중 적어도 둘 이상을 서로 조합하여 동작시킬 수 있다.
전원공급부(190)는 제어부(180)의 제어 하에서, 외부의 전원, 내부의 전원을 인가받아 전자 기기(100)에 포함된 각 구성요소들에 전원을 공급한다. 이러한 전원공급부(190)는 배터리를 포함하며, 상기 배터리는 내장형 배터리 또는 교체가능한 형태의 배터리가 될 수 있다.
상기 각 구성요소들 중 적어도 일부는, 이하에서 설명되는 다양한 실시 예들에 따른 전자 기기의 동작, 제어, 또는 제어방법을 구현하기 위하여 서로 협력하여 동작할 수 있다. 또한, 상기 전자 기기의 동작, 제어, 또는 제어방법은 상기 메모리(170)에 저장된 적어도 하나의 응용 프로그램의 구동에 의하여 전자 기기 상에서 구현될 수 있다.
도 1 b 및 1c를 참조하면, 개시된 전자 기기(100)는 바 형태의 단말기 바디를 구비하고 있다. 다만, 본 발명은 여기에 한정되지 않고 와치 타입, 클립 타입, 글래스 타입 또는 2 이상의 바디들이 상대 이동 가능하게 결합되는 폴더 타입, 플립 타입, 슬라이드 타입, 스윙 타입, 스위블 타입 등 다양한 구조에 적용될 수 있다. 전자 기기의 특정 유형에 관련될 것이나, 전자 기기의 특정유형에 관한 설명은 다른 타입의 전자 기기에 일반적으로 적용될 수 있다.
여기에서, 단말기 바디는 전자 기기(100)를 적어도 하나의 집합체로 보아 이를 지칭하는 개념으로 이해될 수 있다.
전자 기기(100)는 외관을 이루는 케이스(예를 들면, 프레임, 하우징, 커버 등)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 전자 기기(100)는 프론트 케이스(101)와 리어 케이스(102)를 포함할 수 있다. 프론트 케이스(101)와 리어 케이스(102)의 결합에 의해 형성되는 내부공간에는 각종 전자부품들이 배치된다. 프론트 케이스(101)와 리어 케이스(102) 사이에는 적어도 하나의 미들 케이스가 추가로 배치될 수 있다.
단말기 바디의 전면에는 디스플레이부(151)가 배치되어 정보를 출력할 수 있다. 도시된 바와 같이, 디스플레이부(151)의 윈도우(151a)는 프론트 케이스(101)에 장착되어 프론트 케이스(101)와 함께 단말기 바디의 전면을 형성할 수 있다.
경우에 따라서, 리어 케이스(102)에도 전자부품이 장착될 수 있다. 리어 케이스(102)에 장착 가능한 전자부품은 착탈 가능한 배터리, 식별 모듈, 메모리 카드 등이 있다. 이 경우, 리어 케이스(102)에는 장착된 전자부품을 덮기 위한 후면커버(103)가 착탈 가능하게 결합될 수 있다. 따라서, 후면 커버(103)가 리어 케이스(102)로부터 분리되면, 리어 케이스(102)에 장착된 전자부품은 외부로 노출된다. 한편, 리어 케이스(102)의 측면 중 일부가 방사체(radiator)로 동작하도록 구현될 수 있다.
도시된 바와 같이, 후면커버(103)가 리어 케이스(102)에 결합되면, 리어 케이스(102)의 측면 일부가 노출될 수 있다. 경우에 따라서, 상기 결합시 리어 케이스(102)는 후면커버(103)에 의해 완전히 가려질 수도 있다. 한편, 후면커버(103)에는 카메라(121b)나 음향 출력부(152b)를 외부로 노출시키기 위한 개구부가 구비될 수 있다.
전자 기기(100)에는 디스플레이부(151), 제1 및 제2 음향 출력부(152a, 152b), 근접 센서(141), 조도 센서(142), 광 출력부(154), 제1 및 제2 카메라(121a, 121b), 제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b), 마이크로폰(122), 인터페이스부(160) 등이 구비될 수 있다.
디스플레이부(151)는 전자 기기(100)에서 처리되는 정보를 표시(출력)한다. 예를 들어, 디스플레이부(151)는 전자 기기(100)에서 구동되는 응용 프로그램의 실행화면 정보, 또는 이러한 실행화면 정보에 따른 UI(User Interface), GUI(Graphic User Interface) 정보를 표시할 수 있다.
또한, 디스플레이부(151)는 전자 기기(100)의 구현 형태에 따라 2개 이상 존재할 수 있다. 이 경우, 전자 기기(100)에는 복수의 디스플레이부들이 하나의 면에 이격되거나 일체로 배치될 수 있고, 또한 서로 다른 면에 각각 배치될 수도 있다.
디스플레이부(151)는 터치 방식에 의하여 제어 명령을 입력 받을 수 있도록, 디스플레이부(151)에 대한 터치를 감지하는 터치센서를 포함할 수 있다. 이를 이용하여, 디스플레이부(151)에 대하여 터치가 이루어지면, 터치센서는 상기 터치를 감지하고, 제어부(180)는 이에 근거하여 상기 터치에 대응하는 제어명령을 발생시키도록 이루어질 수 있다. 터치 방식에 의하여 입력되는 내용은 문자 또는 숫자이거나, 각종 모드에서의 지시 또는 지정 가능한 메뉴항목 등일 수 있다.
이처럼, 디스플레이부(151)는 터치센서와 함께 터치 스크린을 형성할 수 있으며, 이 경우에 터치 스크린은 사용자 입력부(123, 도 1a 참조)로 기능할 수 있다. 경우에 따라, 터치 스크린은 제1조작유닛(123a)의 적어도 일부 기능을 대체할 수 있다.
제1음향 출력부(152a)는 통화음을 사용자의 귀에 전달시키는 리시버(receiver)로 구현될 수 있으며, 제2 음향 출력부(152b)는 각종 알람음이나 멀티미디어의 재생음을 출력하는 라우드 스피커(loud speaker)의 형태로 구현될 수 있다.
광 출력부(154)는 이벤트의 발생시 이를 알리기 위한 빛을 출력하도록 이루어진다. 상기 이벤트의 예로는 메시지 수신, 호 신호 수신, 부재중 전화, 알람, 일정 알림, 이메일 수신, 애플리케이션을 통한 정보 수신 등을 들 수 있다. 제어부(180)는 사용자의 이벤트 확인이 감지되면, 빛의 출력이 종료되도록 광 출력부(154)를 제어할 수 있다.
제1카메라(121a)는 촬영 모드 또는 화상통화 모드에서 이미지 센서에 의해 얻어지는 정지영상 또는 동영상의 화상 프레임을 처리한다. 처리된 화상 프레임은 디스플레이부(151)에 표시될 수 있으며, 메모리(170)에 저장될 수 있다.
제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b)은 전자 기기(100)의 동작을 제어하기 위한 명령을 입력 받기 위해 조작되는 사용자 입력부(123)의 일 예로서, 조작부(manipulating portion)로도 통칭될 수 있다. 제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b)은 터치, 푸시, 스크롤 등 사용자가 촉각적인 느낌을 받으면서 조작하게 되는 방식(tactile manner)이라면 어떤 방식이든 채용될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b)은 근접 터치(proximity touch), 호버링(hovering) 터치 등을 통해서 사용자의 촉각적인 느낌이 없이 조작하게 되는 방식으로도 채용될 수 있다.
한편, 전자 기기(100)에는 사용자의 지문을 인식하는 지문인식센서가 구비될 수 있으며, 제어부(180)는 지문인식센서를 통하여 감지되는 지문정보를 인증수단으로 이용할 수 있다. 상기 지문인식센서는 디스플레이부(151) 또는 사용자 입력부(123)에 내장될 수 있다.
마이크로폰(122)은 사용자의 음성, 기타 소리 등을 입력 받도록 이루어진다. 마이크로폰(122)은 복수의 개소에 구비되어 스테레오 음향을 입력 받도록 구성될 수 있다.
인터페이스부(160)는 전자 기기(100)를 외부기기와 연결시킬 수 있는 통로가 된다. 예를 들어, 인터페이스부(160)는 다른 장치(예를 들어, 이어폰, 외장 스피커)와의 연결을 위한 접속단자, 근거리 통신을 위한 포트[예를 들어, 적외선 포트(IrDA Port), 블루투스 포트(Bluetooth Port), 무선 랜 포트(Wireless LAN Port) 등], 또는 전자 기기(100)에 전원을 공급하기 위한 전원공급단자 중 적어도 하나일 수 있다. 이러한 인터페이스부(160)는 SIM(Subscriber Identification Module) 또는 UIM(User Identity Module), 정보 저장을 위한 메모리 카드 등의 외장형 카드를 수용하는 소켓의 형태로 구현될 수도 있다.
단말기 바디의 후면에는 제2카메라(121b)가 배치될 수 있다. 이 경우, 제2카메라(121b)는 제1카메라(121a)와 실질적으로 반대되는 촬영 방향을 가지게 된다.
제2카메라(121b)는 적어도 하나의 라인을 따라 배열되는 복수의 렌즈를 포함할 수 있다. 복수의 렌즈는 행렬(matrix) 형식으로 배열될 수도 있다. 이러한 카메라는, 어레이(array) 카메라로 명명될 수 있다. 제2카메라(121b)가 어레이 카메라로 구성되는 경우, 복수의 렌즈를 이용하여 다양한 방식으로 영상을 촬영할 수 있으며, 보다 나은 품질의 영상을 획득할 수 있다.
플래시(124)는 제2카메라(121b)에 인접하게 배치될 수 있다. 플래시(124)는 제2카메라(121b)로 피사체를 촬영하는 경우에 피사체를 향하여 빛을 비추게 된다.
단말기 바디에는 제2 음향 출력부(152b)가 추가로 배치될 수 있다. 제2 음향 출력부(152b)는 제1음향 출력부(152a)와 함께 스테레오 기능을 구현할 수 있으며, 통화시 스피커폰 모드의 구현을 위하여 사용될 수도 있다.
단말기 바디에는 무선 통신을 위한 적어도 하나의 안테나가 구비될 수 있다. 안테나는 단말기 바디에 내장되거나, 케이스에 형성될 수 있다. 한편, 4G 무선 통신 모듈(111) 및 5G 무선 통신 모듈(112)와 연결되는 복수의 안테나는 단말기 측면에 배치될 수 있다. 또는, 안테나는 필름 타입으로 형성되어 후면 커버(103)의 내측면에 부착될 수도 있고, 도전성 재질을 포함하는 케이스가 안테나로서 기능하도록 구성될 수도 있다.
한편, 단말기 측면에 배치되는 복수의 안테나는 MIMO를 지원하도록 4개 이상으로 구현될 수 있다. 또한, 5G 무선 통신 모듈(112)이 밀리미터파(mmWave) 대역에서 동작하는 경우, 복수의 안테나 각각이 배열 안테나(array antenna)로 구현됨에 따라, 전자 기기에 복수의 배열 안테나가 배치될 수 있다.
단말기 바디에는 전자 기기(100)에 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(190, 도 1a 참조)가 구비된다. 전원 공급부(190)는 단말기 바디에 내장되거나, 단말기 바디의 외부에서 착탈 가능하게 구성되는 배터리(191)를 포함할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 다중 송신 시스템 구조 및 이를 구비하는 전자 기기, 특히 이종 무선 시스템(heterogeneous radio system)에서 전력 증폭기 및 이를 구비하는 전자 기기와 관련된 실시 예들에 대해 첨부된 도면을 참조하여 살펴보겠다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
도 2는 본 발명에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기의 무선 통신부의 구성을 도시한다. 도 2를 참조하면, 전자 기기는 제1 전력 증폭기(210), 제2 전력 증폭기(220) 및 RFIC(250)를 포함한다. 또한, 전자 기기는 모뎀(Modem, 400) 및 어플리케이션 프로세서(AP: Application Processor, 500)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 모뎀(Modem, 400)과 어플리케이션 프로세서(AP, 500)와 물리적으로 하나의 chip에 구현되고, 논리적 및 기능적으로 분리된 형태로 구현될 수 있다. 하지만, 이에 한정되지 않고 응용에 따라 물리적으로 분리된 chip의 형태로 구현될 수도 있다.
한편, 전자 기기는 수신부에서 복수의 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier, 410 내지 440)을 포함한다. 여기서, 제1 전력 증폭기(210), 제2 전력 증폭기(220), 제어부(250) 및 복수의 저잡음 증폭기(310 내지 340)는 모두 제1 통신 시스템과 제2 통신 시스템에서 동작 가능하다. 이때, 제1 통신 시스템과 제2 통신 시스템은 각각 4G 통신 시스템과 5G 통신 시스템일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, RFIC(250)는 4G/5G 일체형으로 구성될 수 있지만, 이에 한정되지 않고 응용에 따라 4G/5G 분리형으로 구성될 수 있다. RFIC(250)가 4G/5G 일체형으로 구성되는 경우, 4G/5G 회로 간 동기화 (synchronization) 측면에서 유리할 뿐만 아니라, 모뎀(400)에 의한 제어 시그널링이 단순화될 수 있다는 장점이 있다.
한편, RFIC(250)가 4G/5G 분리형으로 구성되는 경우, 4G RFIC 및 5G RFIC로 각각 지칭될 수 있다. 특히, 5G 대역이 밀리미터파 대역으로 구성되는 경우와 같이 5G 대역과 4G 대역의 대역 차이가 큰 경우, RFIC(250)가 4G/5G 분리형으로 구성될 수 있다. 이와 같이, RFIC(250)가 4G/5G 분리형으로 구성되는 경우, 4G 대역과 5G 대역 각각에 대하여 RF 특성을 최적화할 수 있다는 장점이 있다.
한편, RFIC(250)가 4G/5G 분리형으로 구성되는 경우에도 4G RFIC 및 5G RFIC가 논리적 및 기능적으로 분리되고 물리적으로는 하나의 chip에 구현되는 것도 가능하다.
한편, 어플리케이션 프로세서(AP, 500)는 전자 기기의 각 구성부의 동작을 제어하도록 구성한다. 구체적으로, 어플리케이션 프로세서(AP, 500)는 모뎀(400)을 통해 전자 기기의 각 구성부의 동작을 제어할 수 있다.
예를 들어, 전자 기기의 저전력 동작(low power operation)을 위해 전력 관리 IC (PMIC: Power Management IC)를 통해 모뎀(400)을 제어할 수 있다. 이에 따라, 모뎀(400)은 RFIC(250)를 통해 송신부 및 수신부의 전력 회로를 저전력 모드에서 동작시킬 수 있다.
이와 관련하여, 어플리케이션 프로세서(AP, 500)는 전자 기기가 대기 모드(idle mode)에 있다고 판단되면, 모뎀(300)을 통해 RFIC(250)를 다음과 같이 제어할 수 있다. 예를 들어, 전자 기기가 대기 모드(idle mode)에 있다면, 제1 및 제2 전력 증폭기(110, 120) 중 적어도 하나가 저전력 모드에서 동작하거나 또는 오프(off)되도록 모뎀(300)을 통해 RFIC(250)를 제어할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 어플리케이션 프로세서(AP, 500)는 전자 기기가 low battery mode이면, 저전력 통신이 가능한 무선 통신을 제공하도록 모뎀(300)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 전자 기기가 4G 기지국, 5G 기지국 및 액세스 포인트 중 복수의 엔티티와 연결된 경우, 어플리케이션 프로세서(AP, 500)는 가장 저전력으로 무선 통신이 가능하도록 모뎀(400)을 제어할 수 있다. 이에 따라, 스루풋을 다소 희생하더라도 어플리케이션 프로세서(AP, 500)는 근거리 통신 모듈(113)만을 이용하여 근거리 통신을 수행하도록 모뎀(400)과 RFIC(250)를 제어할 수 있다.
또 다른 실시 예에 따르면, 전자 기기의 배터리 잔량이 임계치 이상이면, 최적의 무선 인터페이스를 선택하도록 모뎀(300)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 어플리케이션 프로세서(AP, 500)는 배터리 잔량과 가용 무선 자원 정보에 따라 4G 기지국 및 5G 기지국 모두를 통해 수신할 수 있도록 모뎀(400)을 제어할 수 있다. 이때, 어플리케이션 프로세서(AP, 500)는 배터리 잔량 정보는 PMIC로부터 수신하고, 가용 무선 자원 정보는 모뎀(400)으로부터 수신할 수 있다. 이에 따라, 배터리 잔량과 가용 무선 자원이 충분하면, 어플리케이션 프로세서(AP, 500)는 4G 기지국 및 5G 기지국 모두를 통해 수신할 수 있도록 모뎀(400)과 RFIC(250)를 제어할 수 있다.
한편, 도 2의 다중 송수신 시스템(multi-transceiving system)은 각각의 무선 시스템(radio System)의 송신부와 수신부를 하나의 송수신부로 통합할 수 있다. 이에 따라, RF 프론트 엔드(Front-end)에서 두 종류의 시스템 신호를 통합하는 회로부분을 제거할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 프론트 엔드 부품을 통합된 송수신부로 제어 가능하므로, 송수신 시스템이 통신 시스템 별로 분리되었을 경우보다 효율적으로 프론트 엔드 부품을 통합할 수 있다.
또한, 통신 시스템 별로 분리되는 경우, 필요에 따라 다른 통신 시스템을 제어하는 것이 불가능하거나, 이로 인한 시스템 지연(system delay)를 가중시키기 때문에 효율적인 자원 할당이 불가능하다. 반면에, 도 2와 같은 다중 송수신 시스템은, 필요에 따라 다른 통신 시스템을 제어하는 것이 가능하고, 이로 인한 시스템 지연을 최소화할 수 있어 효율적인 자원 할당이 가능한 장점이 있다.
한편, 제1 전력 증폭기(210)와 제2 전력 증폭기(220)는 제1 및 제2 통신 시스템 중 적어도 하나에서 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 5G 통신 시스템이 4G 대역 또는 Sub6 대역에서 동작하는 경우, 제1 및 제2 전력 증폭기(220)는 제1 및 제2 통신 시스템에서 모두 동작 가능하다.
반면에, 5G 통신 시스템이 밀리미터파(mmWave) 대역에서 동작하는 경우, 제1 및 제2 전력 증폭기(210, 220)는 어느 하나는 4G 대역에서 동작하고, 다른 하나는 밀리미터파 대역에서 동작할 수 있다.
한편, 송수신부와 수신부를 통합하여, 송수신 겸용 안테나를 이용하여 하나의 안테나로 2개의 서로 다른 무선 통신 시스템을 구현할 수 있다. 이때, 도 2와 같이 4개의 안테나를 이용하여 4x4 MIMO 구현이 가능하다. 이때, 하향링크(DL)를 통해 4x4 DL MIMO가 수행될 수 있다.
한편, 5G 대역이 Sub6 대역이면, 제1 내지 제4 안테나(ANT1 내지 ANT4)는 4G 대역과 5G 대역에서 모두 동작하도록 구성될 수 있다. 반면에, 5G 대역이 밀리미터파(mmWave) 대역이면, 제1 내지 제4 안테나(ANT1 내지 ANT4)는 4G 대역과 5G 대역 중 어느 하나의 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다. 이때, 5G 대역이 밀리미터파(mmWave) 대역이면, 별도의 복수 안테나 각각이 밀리미터파 대역에서 배열 안테나로 구성될 수 있다.
한편, 4개의 안테나 중 제1 전력 증폭기(210)와 제2 전력 증폭기(220)에 연결된 2개의 안테나를 이용하여 2x2 MIMO 구현이 가능하다. 이때, 상향링크(UL)를 통해 2x2 UL MIMO (2 Tx)가 수행될 수 있다. 또는, 2x2 UL MIMO에 한정되는 것은 아니고, 1 Tx 또는 4 Tx로 구현 가능하다. 이때, 5G 통신 시스템이 1 Tx로 구현되는 경우, 제1 및 제2 전력 증폭기(210, 220) 중 어느 하나만 5G 대역에서 동작하면 된다. 한편, 5G 통신 시스템이 4Tx로 구현되는 경우, 5G 대역에서 동작하는 추가적인 전력 증폭기가 더 구비될 수 있다. 또는, 하나 또는 두 개의 송신 경로 각각에서 송신 신호를 분기하고, 분기된 송신 신호를 복수의 안테나에 연결할 수 있다.
한편, RFIC(250)에 해당하는 RFIC 내부에 스위치 형태의 분배기(Splitter) 또는 전력 분배기(power divider)가 내장되어 있어, 별도의 부품이 외부에 배치될 필요가 없고 이로 인해 부품 실장성을 개선시킬 수 있다. 구체적으로, 제어부(250)에 해당하는 RFIC 내부에 SPDT (Single Pole Double Throw) 형태의 스위치를 사용하여 2개의 서로 다른 통신 시스템의 송신부(TX) 선택이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기는 위상 제어부(230), 듀플렉서(duplexer, 231), 필터(232) 및 스위치(233)를 더 포함할 수 있다.
mmWave 대역과 같은 주파수 대역에서 전자 기기는 기지국과의 통신을 위한 커버리지 확보를 위해 지향성 빔을 사용할 필요가 있다. 이를 위해, 각각의 안테나(ANT1 내지 ANT4)는 복수의 안테나 소자들로 이루어질 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)로 구현될 필요가 있다. 위상 제어부(230)는 각각의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)의 각각의 안테나 소자로 인가되는 신호의 위상을 제어하도록 구성 가능하다. 이와 관련하여, 위상 제어부(230)는 각각의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)의 각각의 안테나 소자로 인가되는 신호의 크기와 위상을 모두 제어 가능하다. 이에 따라, 위상 제어부(230)는 신호의 크기와 위상을 모두 제어하므로 전력 및 위상 제어부(230)로 지칭할 수 있다.
따라서, 각각의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)의 각각의 안테나 소자에 인가되는 신호의 위상을 제어하여, 각각의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)를 통해 독립적으로 빔 포밍(beam-forming)을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 각각의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)를 통해 다중 입출력(MIMO)를 수행할 수 있다. 이 경우, 위상 제어부(230)는 각각의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)가 서로 다른 방향으로 빔을 형성하도록 각각의 안테나 소자에 인가되는 신호의 위상을 제어할 수 있다.
듀플렉서(231)는 송신 대역과 수신 대역의 신호를 상호 분리하도록 구성된다. 이때, 제1 및 제2 전력 증폭기(210, 220)를 통해 송신되는 송신 대역의 신호는 듀플렉서(231)의 제1 출력 포트를 통해 안테나(ANT1, ANT4)에 인가된다. 반면에, 안테나(ANT1, ANT4)를 통해 수신되는 수신 대역의 신호는 듀플렉서(231)의 제2 출력포트를 통해 저잡음 증폭기(310, 340)로 수신된다.
필터(232)는 송신 대역 또는 수신 대역의 신호를 통과(pass)시키고 나머지 대역의 신호는 차단(block)하도록 구성될 수 있다. 이때, 필터(232)는 듀플렉서(231)의 제1 출력 포트에 연결되는 송신 필터와 듀플렉서(231)의 제2 출력포트에 연결되는 수신 필터로 구성될 수 있다. 대안적으로, 필터(232)는 제어 신호에 따라 송신 대역의 신호만을 통과시키거나 또는 수신 대역의 신호만을 통과시키도록 구성될 수 있다.
스위치(233)는 송신 신호 또는 수신 신호 중 어느 하나만을 전달하도록 구성된다. 본 발명의 일 실시 예에서, 스위치(233)는 시분할 다중화(TDD: Time Division Duplex) 방식으로 송신 신호와 수신 신호를 분리하도록 SPDT (Single Pole Double Throw) 형태로 구성될 수 있다. 이때, 송신 신호와 수신 신호는 동일 주파수 대역의 신호이고, 이에 따라 듀플렉서(231)는 서큘레이터(circulator) 형태로 구현될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에서, 스위치(233)는 주파수 분할 다중화(FDD: Time Division Duplex) 방식에서도 적용 가능하다. 이때, 스위치(233)는 송신 신호와 수신 신호를 각각 연결 또는 차단할 수 있도록 DPDT (Double Pole Double Throw) 형태로 구성될 수 있다. 한편, 듀플렉서(231)에 의해 송신 신호와 수신 신호의 분리가 가능하므로, 스위치(233)가 반드시 필요한 것은 아니다.
한편, 본 발명에 따른 전자 기기는 제어부에 해당하는 모뎀(400)을 더 포함할 수 있다. 이때, RFIC(250)와 모뎀(400)을 각각 제1 제어부 (또는 제1 프로세서)와 제2 제어부(제2 프로세서)로 지칭할 수 있다. 한편, RFIC(250)와 모뎀(400)은 물리적으로 분리된 회로로 구현될 수 있다. 또는, RFIC(250)와 모뎀(400)은 물리적으로 하나의 회로에 논리적 또는 기능적으로 구분될 수 있다.
모뎀(400)은 RFIC(250)를 통해 서로 다른 통신 시스템을 통한 신호의 송신과 수신에 대한 제어 및 신호 처리를 수행할 수 있다. 모뎀(400)은 4G 기지국 및/또는 5G 기지국으로부터 수신된 제어 정보(Control Information)을 통해 획득할 수 있다. 여기서, 제어 정보는 물리 하향링크 제어 채널(PDCCH: Physical Downlink Control Channel)을 통해 수신될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
모뎀(400)은 특정 시간 및 주파수 자원에서 제1 통신 시스템 및/또는 제2 통신 시스템을 통해 신호를 송신 및/또는 수신하도록 RFIC(250)를 제어할 수 있다. 이에 따라, RFIC(250)는 특정 시간 구간에서 4G 신호 또는 5G 신호를 송신하도록 제1 및 제2 전력 증폭기(210, 220)를 포함한 송신 회로들을 제어할 수 있다. 또한, RFIC(250)는 특정 시간 구간에서 4G 신호 또는 5G 신호를 수신하도록 제1 내지 제4 저잡음 증폭기(310 내지 340)를 포함한 수신 회로들을 제어할 수 있다.
한편, 도 2와 같은 다중 송수신 시스템이 구비된 본 발명에 따른 투명 안테나를 구비하는 전자기기의 구체적인 동작 및 기능에 대해서 이하에서 검토하기로 한다.
본 발명에 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 본 발명에 따른 전자 기기의 복수의 안테나들이 배치될 수 있는 구성의 예시를 나타낸다. 도 3을 참조하면, 전자 기기(100)의 내부 또는 디스플레이 내부에 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d)이 배치될 수 있다. 여기서, 디스플레이 내부에 배치되는 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d)은 다층 기판(multi-layer)상에 배치되는 안테나로 구현될 수 있다.
또한, 디스플레이 내부에 배치되는 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d) 각각이 배열 안테나(array antenna)로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 배열 안테나들(1110a 내지 1110d)은 밀리미터파 대역(mmWave band)에서 신호를 송신 또는 수신하도록 구성 가능하다.
구체적으로, 디스플레이 내부에 배치되는 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d)은 1차원 배열 안테나(one-dimensional array antenna) 또는 2차원 배열 안테나(one-dimensional array antenna)로 구현 가능하다.
복수의 안테나들(1110a 내지 1110d)이 1차원 배열 안테나로 배열되는 경우, Mx1 배열 안테나로 지칭할 수 있고, 복수의 안테나가 배치된 일 축 방향에서 빔 포밍이 가능하다. 이와 관련하여, 복수의 안테나가 배치된 일 축 방향은 수평 방향(horizontal direction)일 수 있다.
다른 실시예로, 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d)이 1차원 배열 안테나로 배열되는 경우, 1xN 배열 안테나로 지칭할 수 있고, 복수의 안테나가 배치된 일 축 방향에서 빔 포밍이 가능하다. 이와 관련하여, 복수의 안테나가 배치된 일 축 방향은 수직 방향(vertical direction)일 수 있다.
또 다른 실시 예로, 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d)이 2차원 배열 안테나로 배열되는 경우, MxN 배열 안테나로 지칭할 수 있다. 한편, 복수의 안테나가 배치된 제1 축 방향 및/또는 이에 직교하는 제2 축 방향에서 빔 포밍이 가능하다. 이와 관련하여, 복수의 안테나가 배치된 제1 축 방향은 수평 방향(horizontal direction)이고, 제2 축 방향은 수직 방향(vertical direction)일 수 있다.
도 3을 참조하면, 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d)은 MxN 배열 안테나로 구현되어 수평 방향 및/또는 수직 방향에서 모두 빔 포밍(beam-forming)을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d)은 상호 간에 소정 각도 회전된 상태(rotated state)로 배치될 수 있다. 이에 따라, 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d) 상호 간에 배치가 용이해지고, 상호 간 간섭 수준을 저감할 수 있다는 장점이 있다. 도 3에서, 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d) 상호 간에 실질적으로 90도의 각도로 회전된 상태로 배치되었지만, 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 다양하게 변경 가능하다. 일 예로, 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d) 상호 간에 실질적으로 90도의 각도로 회전된 상태로 배치될 수 있다.
구체적으로, 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d)은 4x2 배열 안테나로 구현될 수 있지만, 안테나 소자의 개수는 이에 한정되는 것은 아니고, 응용에 따라 다양하게 변경 가능하다.
한편, 각각의 배열 안테나 (1110a 내지 1110d)를 통해 독립적으로 빔 포밍(beam-forming)을 수행할 수 있다. 한편, 복수의 배열 안테나 (1110a 내지 1110d) 중 복수의 배열 안테나를 통해 다중 입출력(multi-input multi-output: MIMO) 또는 다이버시티(diversity)를 수행할 수 있다.
또한, 전자 기기(100)의 측면에 복수의 안테나들(1110S1 및 1110S2)이 배치될 수 있다. 여기서, 측면에 배치되는 복수의 안테나들(1110S1 및 1110S2)의 개수는 2개에 한정되는 것은 아니고, 4개, 6개, 8개 등 응용에 따라 확장 가능하다.
한편, 측면에 배치되는 복수의 안테나들(1110S1 및 1110S2) 중 일부는 패치 안테나들이 복수로 배치된 배열 안테나로 구현되어, 밀리미터파 대역에서 동작 가능하다. 대안으로, 측면에 배치되는 복수의 안테나들(1110S1 및 1110S2) 일부는 도전 멤버(conductive member)로 구현되어, 4G 대역 또는 5G Sub6 대역에서 동작 가능하다.
또한, 전자 기기(100)의 배면 또는 배면을 향하여 내부에 안테나들(1150B)이 배치될 수 있다. 여기서, 안테나들(1150B)의 개수는 전술한 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d)의 개수와 같이 응용에 따라 2개, 4개, 6개, 8개 등으로 확장 가능하다.
일 예로, 전자 기기(100)의 배면을 향하여 내부에 배치되는 안테나들(1150B)은 다층 기판 구조에서 안테나 소자들이 다층 기판의 배면에 배치될 수 있다. 이에 따라, 다층 기판의 배면에 배치되는 안테나 소자에 의해, 안테나들(1150B)은 전자 기기(100)의 배면을 향하여 신호를 방사할 수 있다. 이와 관련하여, 안테나들(1150B)에 의해 신호가 방사되는 전자 기기(100)의 배면 영역에는 유전체가 배치될 수 있다. 이에 따라, 전자 기기(100)의 외관을 메탈 케이스로 형성하면서, 일부 영역에 유전체가 형성되도록 구성할 수 있다.
이와 관련하여, 전자 기기(100)의 배면을 향하여 내부에 배치되는 안테나들(1150B)은 복수 개의 배열 안테나로 구성될 수 있다. 따라서, 전자 기기(100)의 배면을 향하여 내부에 배치되는 안테나들(1150B)에 의해 전자 기기(100)의 배면을 향하여 신호를 방사할 수 있다.
구체적으로, 복수 개의 배열 안테나들(1150B) 각각은 mmWave 안테나 모듈로 구성될 수 있다. 여기서, mmWave 안테나 모듈은 전자 기기(100)의 배면, 즉 후면에 배치되며, 후면의 배터리/카메라 모듈/스피커 모듈이 배치되는 영역을 제외한 영역에 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(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 전면 및/또는 측면에 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d, 1150B, 1110S1 내지 1110S2)을 통해, 적어도 하나 이상의 신호를 송신하거나 또는 수신할 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d, 1150B, 1110S1 내지 1110S2) 각각이 배열 안테나로 구성 가능하다. 전자 기기는 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d, 1150B, 1110S1 내지 1110S2) 중 어느 하나의 안테나를 통해 기지국과 통신이 가능하다. 또는, 전자 기기는 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d, 1150B, 1110S1 내지 1110S2) 중 둘 이상의 안테나를 통해 기지국과 다중 입출력(MIMO) 통신이 가능하다.
이하에서는, 본 발명에 따른 밀리미터파 대역에서 동작 가능한 배열 안테나를 구비하는 전자 기기에 대해 설명하기로 한다. 구체적으로, 디스플레이에 내장되는 투명 안테나 형태의 복수의 배열 안테나를 구비하는 전자 기기에 대해 설명하기로 한다.
이와 관련하여, 도 4a는 본 발명에 따른 디스플레이에 내장되는 투명 안테나와 전송 선로를 구비하는 전자 기기를 나타낸다. 또한, 도 4b는 본 발명에 따른 투명 안테나가 내장되는 디스플레이의 구조를 나타낸다.
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, 본 발명에 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, 2x4 배열 안테나 등으로 변경 가능하다. 이와 같은 배열 안테나를 이용하여 밀리미터 파(mmWave) 대역에서 빔 포밍이 가능하다.
한편, 본 발명에 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.
한편, 본 발명에 따른 투명 안테나가 내장되는 디스플레이 구조에 대해 설명하면 다음과 같다. 도 4b를 참조하면, 디스플레이(151) 내부의 OLED 디스플레이 패널과 OCA 상부에 유전체(1130), 즉 유전체 기판이 배치될 수 있다. 여기서, 상부에 필름 형태의 유전체(1130)가 안테나(1110)의 유전체 기판(dielectric substrate)으로 사용될 수 있다. 또한, 필름 형태의 유전체(1130) 상부에 안테나 레이어가 배치될 수 있다. 여기서, 안테나 레이어는 은 합금(Ag alloy), 구리(copper), 알루미늄(aluminum) 등으로 구현될 수 있다. 한편, 안테나 레이어에는 도 4a의 안테나(1110)와 전송 선로(1120)가 배치될 수 있다.
한편, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명에 따른 투명 안테나는 패치 안테나 내부가 메탈 메쉬 격자 구조로 형성될 수 있다.
이와 관련하여, 도 5a는 일 예시에 따른 복수의 메탈 메쉬가 다층 기판에 적층(stack)된 구성을 나타낸다. 한편, 도 5b는 일 실시 예에 따른 상호 이격된 복수의 메탈 메쉬 격자 구조를 나타낸다. 또한, 도 5c는 다른 실시 예에 따른 상호 이격된 복수의 메탈 메쉬 격자 구조를 나타낸다. 이와 관련하여, 도 5b는 마름모(diamond) 형태의 메탈 메쉬 격자 구조가 상호 간에 쉬프트(shift)된 구조이다. 반면에, 도 5c는 직사각형 형태의 메탈 메쉬 격자 구조가 상호 간에 쉬프트(shift)된 구조이다.
한편, 도 6a는 일 실시 예에 따른 서로 다른 기판에 형성된 투명 안테나 각각의 구조를 나타낸다. 이와 관련하여, 도 6b는 도 6a의 각각의 투명 안테나가 형성된 각각의 기판이 정렬된 구조를 나타낸다. 이와 관련하여, 도 6a 및 도 6b는 모아레 효과(Moire effect)를 저감하기 위해, 안테나 및 일부 급전부의 테두리를 제거한 구조이다.
한편, 도 7a 및 도 7b는 안테나 층과 그라운드 층이 모두 메탈 메쉬 격자 구조로 구현된 경우, 각각의 기판의 구조를 나타낸다. 구체적으로, 도 7a는 메쉬 그라운드 층 상부에 하부 패치 층이 정렬된 구조이다. 또한, 도 7b는 상부 패치가 배치된 상부 안테나 층이 하부 패치가 배치된 하부 안테나 층과 그라운드 층과 정렬된 구조이다.
한편, 도 8은 일 실시 예에 따른 메탈 메쉬 격자 구조의 투명 안테나가 송수신부 회로 및 기저대역 프로세서와 연결되는 구성을 나타낸다. 이와 관련하여, 도 13은 메탈 메쉬 격자 구조의 투명 안테나가 복수의 배열 안테나들로 구성된 경우, 복수의 배열 안테나들이 송수신부 회로 및 기저대역 프로세서와 연결되는 구성을 나타낸다.
이하에서는 본 발명에 따른 투명 안테나를 구비하는 전자 기기를 도 1a 내지 도 8 및 도 13을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 따라서, 본 발명에 따른 투명 안테나를 구비하는 전자 기기는 투명 안테나(transparent antenna, 1110) 및 전송 선로(transmission line, 1120)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 투명 안테나(1110)는 메탈 메쉬 격자 구조로 구성된 패치 안테나와 상기 패치 안테나가 배치된 기판 영역을 포함하는 투명 안테나 영역을 지칭할 수 있다. 또한, 전송 선로(1120)는 투명 안테나(1110)를 급전하는 급전선과 같은 전송 선로와 상기 전송 선로가 배치된 기판 영역을 포함하는 전송 선로 영역을 지칭할 수 있다.
본 발명에 따른 투명 안테나를 구비하는 전자 기기에서, 투명 안테나의 특성 상 기판은 투명소재를 사용해야 한다. 이와 관련하여, 어떤 응용 분야 에서는 투명하면서 잘 휘어지는 PET 같은 기판을 사용하여 제작될 수 있다. 하지만, 이러한 기판들의 두께는 기본적으로 매우 얇게 형성되고, 예를 들어 두께는 0.1T 내지 0.5T 미만 정도이다. 따라서, 이러한 기판 상에서 안테나 설계 시 타겟 대역폭(BW)을 만족하기 쉽지 않다.
이와 관련하여, 안테나의 투명도는 기판의 두께와 상관관계가 있다. 높은 투명도를 타겟으로 할 경우 기판의 두께는 얇게 하는 것이 좋다. 반면에. 얇은 두께 기판을 이용한 패치 안테나는 넓은 대역폭(BW)을 갖기 어렵다. 이에 따라, 본 발명에서는 다층 Mesh type 안테나를 설계 시, 각각의 층에서 다른 공진 주파수를 갖도록 설계할 수 있다. 이 경우, 타겟 투명도에 맞게 각각의 층에 안테나를 배치 설계할 수 있다.
구체적으로, 각각의 다층 Mesh type 안테나의 공진주파수를 조절함으로써, 다층 패치 안테나의 공진 주파수와 대역폭(BW)을 조절할 수 있다. 또한, 해당 주파수 대역에서 안테나 구현 시, 요구되는 투명도 및 방사 이득을 얻기 위한 설계가 요구된다. 이를 위해, 본 발명에서는 85% 이상의 안테나 투명도 달성과 함께 mmWave 대역에서 약 2GHz 이상의 타겟 대역폭 확보를 목표로 한다. 이와 관련하여, Patch 형태의 안테나에서, 구조 변경 없이 타겟 대역폭을 얻기 위한 파라미터 튜닝이 필요하다. 이와 관련하여, 메탈 메쉬 라인 구조의 투명 안테나에서 패치 형태의 안테나의 구조 변경은 용이하지 않기 때문이다.
또한, 본 발명에서는 균일한 공간 주파수에 맞게 안테나를 배치하기 때문에, 모아레 효과(Moire effect)가 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 모아레 효과를 저감하기 위한 구조 설계가 필요하다.
이와 관련하여, 공간상에서 이질적인 주기적 무늬를 갖는 두 개 이상의 패턴을 겹쳐서 보면, 원래의 공간 주기 보다 큰 무늬를 만드는 현상을 모아레 간섭(Moire interference) 라고 부른다. 한편, 모아레 간섭에 의해 생성되는 무늬를 모아레 무늬(Moire fringe)라고 한다.
특히, LED/OLED Display Pixel 구조에서 다양한 패턴이 나타나고 있지만, 다이아몬드형 Pixel 구조가 일반적이다. 이와 관련하여, 다이아몬드형 Pixel 구조의 장점은 다음과 같다. 다이아몬드 펜타일은 기본적으로 녹색이 2개 그리고 크기가 큰 청색, 적색 서브 픽셀로 한 개씩 총 4개의 서브 픽셀로 이루어져 있다. 여기서, 이미지에 따라 한개의 화소 경계가 모호하게 되어 해상도가 더 높게 보이는 효과를 줄 수 있는 장점이 있다.
또한 사람의 눈은 녹색을 민감하고 잘 구분할 수 있다. 이에 따라, 작은 크기의 녹색 픽셀이 많이 배치됨에 따라 미세한 녹색 표현도 가능하게 된다. 따라서, 우거진 수풀을 표현하거나 미묘하게 다른 녹색의 표현에 더 좋은 효과를 낼 수 있다. 또한, 상대적으로 눈의 민감도가 낮은 청색과 적색의 서브 픽셀 크기를 크게 함으로써 휘도를 높여서 상대적으로 수명특성이 좋지 못한 청색의 수명 특성에도 도움을 줄 수 있다. 이에 따라, 각각의 색 면적을 전략적으로 배치해서 디스플레이 화질을 높일 수 있는 구조이다.
한편, 본 발명에 따른 투명 안테나(1110)는 모아레 효과(Moire effect)를 저감하기 위해, 도 5a와 같이 복수의 다층 기판 상에 다층의 메탈 메쉬 격자 구조로 형성될 수 있다. 도 5a를 참조하면, 메탈 메쉬 격자 구조의 층 수(number of layers)는 4개의 층으로 구성될 수 있다. 이러한 복수의 메탈 메쉬 라인(R1 내지 R4)는 각각 서로 다른 기판(S1 내지 S4) 상에 형성될 수 있다. 또한 모아레 효과를 저감하기 위해, 복수의 메탈 메쉬 라인(R1 내지 R4)은 상호 간에 소정 간격 이격되도록 배치될 수 있다.
이와 관련하여, 서로 다른 층에 배치되는 복수의 메탈 메쉬 라인으로 구성되는 투명 안테나(1110)는 디스플레이 내부에 내장되어 상기 디스플레이 전면으로 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 한편, 전송 선로(1120)는 투명 안테나(1110)를 급전하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 전송 선로(1120)는 CPW 라인 형태로 구성되어, 투명 안테나(1110)의 단부에 해당하는 임피던스 정합부와 연결될 수 있다. 대안으로, 전송 선로(1120)는 투명 안테나(1110)와 다른 층의 기판에서 투명 안테나(1110)로 신호를 간접 급전하도록 배치될 수 있다.
한편, 투명 안테나(1110)는 제 1 방사체(radiator, R1) 및 제 1 방사체(R1) 상부에 배치되는 제2 방사체(R2)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 방사체(R2)를 구성하는 메탈 메쉬 격자 구조는 제 1 방사체(R1)를 구성하는 메탈 메쉬 격자 구조에 대해 상대적으로 오프셋(offset)되어, 모아레 효과(Moire effect)를 저감할 수 있다.
이와 관련하여, 제 1 방사체(R1)는 제1 기판 상에 제1 메탈 메쉬 격자(metal mesh grid)로 구성될 수 있다. 한편, 제2 방사체(R2)는 제1 기판의 상부에 배치되는 제2 기판 상에 제2 메탈 메쉬 격자로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 5b 및 도 5c와 같이 제2 메탈 메쉬 격자는 제1 메탈 메쉬 격자에 대해 일 축 방향으로 소정 간격만큼 오프셋(offset)되어 배치될 수 있다.
한편, 투명 안테나(1110)는 제 1 방사체(R1) 및 제2 방사체(R2) 이외에 다른 방사체를 더 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 투명 안테나(1110)는 제 1 방사체(R1) 내지 제3 방사체(R3)를 포함하도록 구성될 수 있다. 또는, 투명 안테나(1110)는 도 5b 및 도 5c와 같이 제 1 방사체(R1) 내지 제4 방사체(R4)를 포함하도록 구성될 수 있다. 한편, 복수의 메탈 메쉬 격자 구조의 층 수는 n=2, 3, 4에 한정되는 것은 아니고, 응용에 따라 모아레 효과 저감과 방사 증가를 위해 더 큰 값으로 설정 가능하다.
이와 관련하여, 제3 방사체(R3)는 제2 기판의 상부에 배치되는 제3 기판 상에 제3 메탈 메쉬 격자로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제3 메탈 메쉬 격자는 제2 메탈 메쉬 격자에 대해 일 축 방향으로 소정 간격만큼 오프셋(offset)되어 배치될 수 있다. 이 경우, 인접한 기판 레이어 간 메탈 메쉬 격자 간 간격(interval length: IL i)은 각각의 기판 레이어마다 다른 간격이 되도록 상기 제1 메탈 메쉬 격자 내지 상기 제3 메탈 메쉬 격자가 배치될 수 있다.
또한, 제4 방사체(R4)는 제3 기판의 상부에 배치되는 제4 기판 상에 제4 메탈 메쉬 격자로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제4 메탈 메쉬 격자는 제3 메탈 메쉬 격자에 대해 일 축 방향으로 소정 간격만큼 오프셋(offset)되어 배치될 수 있다. 이 경우, 인접한 기판 레이어 간 메탈 메쉬 격자 간 간격(interval length: IL i)은 각각의 기판 레이어마다 다른 간격이 되도록 상기 제1 메탈 메쉬 격자 내지 상기 제4 메탈 메쉬 격자가 배치될 수 있다.
한편, 각각의 메탈 메쉬 격자 간 간격은 투명 안테나의 타겟 투명도와 연관될 수 있다. 이와 관련하여, 인접한 기판 레이어 간 메탈 메쉬 격자 간 간격 (IL i)은 투명 안테나의 타겟 투명도에 대한 최저 메탈 메쉬 간격 (IL imin)보다 큰 값으로 설정될 수 있다. 따라서, 타겟 투명도와 기판 레이어의 수가 증가함에 따라 최저 메탈 메쉬 간격 (IL imin)이 감소하도록 반 비례 관계가 성립할 수 있다.
일 예시로, 85% 투명도 달성하기 위한 단일 메쉬 간격이 100um일 때, 두 개의 layer로 설계된 투명 안테나의 경우 각 n=1,2 layer는 200um의 메탈 메쉬 간격으로 설정할 수 있다. 여기서, 메탈 메쉬 간격은 도 5b의 interval between mesh(I))에 해당한다. 한편, n=2 layer의 배치를 n=1과 n=2 간의 layer 메쉬 간격(도 5b의 interval between layer (IL))이 100um가 되도록 배치한다.
또 다른 예시로, 네 개의 layer로 설계된 투명 안테나의 경우, 각 n=1,2,3,4 layer들의 메탈 메쉬 간격(I)를 400um로 설정할 수 있다 한편, layer 간 간격(IL)을 100um가 되도록 설정할 수 있다.
한편, 인접한 기판 레이어 간 메탈 메쉬 격자 간 간격 (IL i)은 기판 레이어의 서로 다른 두께를 고려하여, 두께가 증가할수록 메탈 메쉬 격자 간 간격 (IL i)이 증가하도록 설정될 수 있다. 도 5a를 참조하면, 복수의 기판(S1 내지 S4)의 두께가 모두 동일한 경우 메탈 메쉬 격자 간 간격 (IL i)은 동일하게 설정될 수 있다.
하지만, 복수의 기판(S1 내지 S4)의 두께가 증가하는 경우, 메탈 메쉬 격자 간 간격 (IL i)도 이에 비례하여 증가하도록 설정될 수 있다. 반면에, 복수의 기판(S1 내지 S4)의 두께가 감소하는 경우, 메탈 메쉬 격자 간 간격 (IL i)도 이에 비례하여 감소하도록 설정될 수 있다.
일 예로, 85% 투명도 달성하기 위한 단일 메쉬 최소 간격이 100um일 때, 기판 레이어 수 n=3인 경우, n=1과 n=2 레이어 간의 간격(IL1)을 150um, n=2와 n=3 레이어 간의 간격(IL2)을 250um로 설정할 수 있다. 이와 관련하여, 기판 두께를 고려하여 메쉬 간격 (IL1 , IL2)은 각각 150mm 및 250mm로 설정될 수 있다. 반면에, 기판 두께가 감소하는 경우 메쉬 간격 (IL1 , IL2)은 각각 250mm 및 150mm로 설정될 수 있다.
한편, 기판 레이어의 수 n=3에 대해, 제1 방사체 내지 상기 제3 방사체 각각은 복수의 메탈 메쉬 격자라인으로 이루어진 제1 패치 방사체 내지 제3 패치 방사체일 수 있다. 이와 관련하여, 상기 제1 패치 방사체 내지 상기 제3 패치 방사체는 임피던스 정합을 위해 도 7a 및 도 7b와 같이 인셋 구조(IS1, IS2)로 형성될 수 있다. 특히, 상기 제1 패치 방사체 내지 상기 제3 패치 방사체 각각의 가로 길이, 세로 길이, 인셋 길이 및 인셋 폭은 투명 안테나(1100)가 광대역 동작하도록 서로 다른 길이와 폭으로 결정될 수 있다.
본 발명에 따른 복수의 레이어 상에 구현되는 메탈 메쉬 격자는 마름모 형상 또는 직사가형 형상으로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 5b와 같이 상기 제1 메탈 메쉬 격자 내지 상기 제3 메탈 메쉬 격자는 마름모 형상 격자로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 마름모 형상 격자에 대해 상기 제1 메탈 메쉬 격자 내지 상기 제3 메탈 메쉬 격자는 디스플레이의 수평 축 방향 또는 수직 축 방향으로 소정 간격 오프셋 배치될 수 있다.
한편, 상기 제1 메탈 메쉬 격자 내지 상기 제3 메탈 메쉬 격자는 마름모 형상 격자로 구성된 경우, 상기 제1 방사체 내지 상기 제3 방사체 각각의 외곽 테두리(outer rim)에는 도 6a 및 도 6b와 같이 사각형 형상의 메탈 메쉬 라인이 제거될 수 있다. 이와 관련하여, 상기 제1 방사체 내지 상기 제3 방사체 각각의 외곽 테두리(outer rim)에는 사각형 형상의 메탈 메쉬 라인이 제거되어, 모아레 효과(Moire effect)를 감소시킬 수 있다.
또한, 도 5b와 같이 상기 제1 메탈 메쉬 격자 내지 상기 제4 메탈 메쉬 격자가 마름모 형상 격자로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 마름모 형상 격자에 대해 상기 제1 메탈 메쉬 격자 내지 상기 제4 메탈 메쉬 격자는 디스플레이의 수평 축 방향 또는 수직 축 방향으로 소정 간격 오프셋 배치될 수 있다.
한편, 상기 제1 메탈 메쉬 격자 내지 상기 제4 메탈 메쉬 격자는 마름모 형상 격자로 구성된 경우, 상기 제1 방사체 내지 상기 제4 방사체 각각의 외곽 테두리(outer rim)에는 사각형 형상의 메탈 메쉬 라인이 제거될 수 있다. 이와 관련하여, 상기 제1 방사체 내지 상기 제4 방사체 각각의 외곽 테두리(outer rim)에는 사각형 형상의 메탈 메쉬 라인이 제거되어, 모아레 효과(Moire effect)를 감소시킬 수 있다.
반면에, 도 5c를 참조하면, 상기 제1 메탈 메쉬 격자 내지 상기 제3 메탈 메쉬 격자는 직사각형 형상 격자로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 직사각형 형상 격자에 대해 상기 제1 메탈 메쉬 격자 내지 상기 제3 메탈 메쉬 격자는 디스플레이의 수평 축 방향 및 수직 축 방향으로 소정 간격 오프셋 배치될 수 있다.
한편, 상기 제1 메탈 메쉬 격자 내지 상기 제3 메탈 메쉬 격자가 직사각형 형상 격자로 구성된 경우, 상기 제1 방사체 내지 상기 제3 방사체 각각의 외곽 테두리(outer rim)에는 사각형 형상의 메탈 메쉬 라인이 제거될 수 있다. 이와 관련하여, 상기 제1 방사체 내지 상기 제3 방사체 각각의 외곽 테두리(outer rim)에는 사각형 형상의 메탈 메쉬 라인이 제거되어, 모아레 효과(Moire effect)를 감소시킬 수 있다.
또한, 도 5c와 같이, 상기 제1 메탈 메쉬 격자 내지 상기 제4 메탈 메쉬 격자는 직사각형 형상 격자로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 직사각형 형상 격자에 대해 상기 제1 메탈 메쉬 격자 내지 상기 제4 메탈 메쉬 격자는 디스플레이의 수평 축 방향 및 수직 축 방향으로 소정 간격 오프셋 배치될 수 있다.
한편, 상기 제1 메탈 메쉬 격자 내지 상기 제4 메탈 메쉬 격자가 직사각형 형상 격자로 구성된 경우, 상기 제1 방사체 내지 상기 제4 방사체 각각의 외곽 테두리(outer rim)에는 사각형 형상의 메탈 메쉬 라인이 제거될 수 있다. 이와 관련하여, 상기 제1 방사체 내지 상기 제4 방사체 각각의 외곽 테두리(outer rim)에는 사각형 형상의 메탈 메쉬 라인이 제거되어, 모아레 효과(Moire effect)를 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따른 투명 안테나와 관련하여, 그라운드 레이어도 메탈 메쉬 격자로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 7a 내지 도 8을 참조하면, 투명 안테나(1110)는 제1 방사체(R1) 하부에 투명 안테나(1110)에 대한 그라운드로서 동작하도록 복수의 메탈 메쉬 격자로 구성된 그라운드 레이어(Mesh ground, 1150)를 더 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 그라운드 레이어(1150)의 복수의 메탈 메쉬 격자는 투명 안테나(1100)의 투명도를 유지하기 위해 제1 방사체(R1)의 제1 메탈 메쉬 격자와 정렬될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 제1 방사체(R1)는 임피던스 정합을 위한 제1 인셋 라인(IS1)과 연결되고, 제1 인셋 라인(IS1)은 메탈 메쉬 라인으로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 전송 선로(1120)는 불투명 영역(un-transparent region)에서 금속으로 채워진 coplanar waveguide (CPW) 구조로 형성될 수 있다. 한편, CPW 구조의 제1 급전부(F1)는 제1 기판(S1) 상에 배치되고, 제1 방사체(R1)의 제1 인셋 라인(IS1)과 연결될 수 있다.
또한, 제2 방사체(R2)는 임피던스 정합을 위한 제2 인셋 라인(IS2)과 연결되고, 제2 인셋 라인(IS2)은 메탈 메쉬 라인으로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 전송 선로(1120)는 불투명 영역(un-transparent region)에서 금속으로 채워진 coplanar waveguide (CPW) 구조로 형성될 수 있다. 한편, CPW 구조의 제2 급전부(F2)는 제1 기판(S2) 상에 배치되고, 제2 방사체(R2)의 제2 인셋 라인(IS2)과 연결될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 오프셋 구조의 다층 메탈 메쉬 라인으로 구현된 투명 안테나는 다음과 같은 구조적 특징을 갖는다.
1) 다층 안테나부를 갖는 Patch 안테나의 Ground 부에서, 투명도를 고려한 Mesh 형태 영역과 opaque 영역 (all Conductor 물질)으로 구성될 수 있다. 상기 Mesh 와 opaque 영역은 전도도가 높은 물질(e.g. Ag, Cu등)이 선호한다. 상기 Ground 부 위에 얇은 기판이 적층 될 수 있다.
2) 다층 Mesh 안테나 부에서 하부 안테나를 다음과 같이 설계할 수 있다. 타겟 Center 주파수를 맞추기 위하여 하부 안테나 길이와 폭, 하층부 Feeder 폭, 하층부 inset 길이와 inset 폭을 조정한다. 이 경우, 하부 안테나 위에 얇은 기판이 적층 될 수 있다.
3) 다층 Mesh 안테나 부에서 상부 안테나를 다음과 같이 설계할 수 있다. 타겟 Center 주파수를 맞추기 위하여 상부 안테나 길이와 폭, 상층부 Feeder 폭, 상층부 inset 길이와 inset 폭을 조정한다. 이 경우, 투명도와 방사 이득을 고려하여 상층 안테나 부의 Mesh pattern을 가로와 세로축으로 P/2 만큼 이동시킬 수 있다.
4) Ground 부 와 하부 안테나, 및 상부 안테나가 정렬되어 적층 될 수 있다. 이러한 예시에서 하층과 상층 안테나 간 Mesh 간격은 200um로써 투명도 85% 이상 달성 가능하다.
한편, 도 8 및 도 13을 참조하면, 투명 안테나(1000)를 구비하는 전자 기기는 송수신부 회로(transceiver circuit, 1250) 및 기저대역 프로세서(baseband processor, 1400)를 더 포함할 수 있다.
도 13을 참조하면, 투명 안테나는 복수의 투명 안테나 소자가 소정 간격 이격되어 1차원 배열 안테나로 구성될 수 있다. 특히, 1차원 배열 안테나는 디스플레이의 서로 다른 영역에 제1 배열 안테나(ANT1) 내지 제4 배열 안테나(ANT4)로 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 배열 안테나(ANT1) 내지 제4 배열 안테나(ANT4)는 4x1 배열 안테나로 구성될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 배열 안테나는 빔 폭 요구 사항, 주파수 대역 등에 따라 2x1, 6x1, 8x1 배열 안테나 등으로 변경 가능하다.
이와 관련하여, 디스플레이의 서로 다른 영역에 제1 배열 안테나(ANT1) 내지 제4 배열 안테나(ANT4)는 2차원 배열 안테나, 즉 MxN 배열 안테나로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 배열 안테나는 빔 폭 요구 사항, 주파수 대역 등에 따라 다양한 배열 안테나로 구현될 수 있다.
도 8 및 도 13을 참조하면, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 배열 안테나(ANT1) 내지 제4 배열 안테나(ANT4) 중 2개 이상의 배열 안테나를 이용하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 투명 안테나를 구비하는 전자 기기는 제1 배열 안테나(ANT1) 내지 제4 배열 안테나(ANT4)를 통해 독립적으로 빔 포밍을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 배열 안테나(ANT1)와 제2 배열 안테나(ANT2)는 전자 기기의 측면에 배치될 수 있다. 이 경우, 제2 배열 안테나(ANT2)는 제1 배열 안테나(ANT1)와 좌우 대칭 형태가 되어 상호 간에 간섭 수준을 저감할 수 있다. 또한, 전자 기기의 측면에서 FPCB 상에 구현되는 CPW 라인을 통해 제1 배열 안테나(ANT1) 및 제2 배열 안테나(ANT2)로의 급전 효율을 증가시킬 수 있다.
반면에, 제3 배열 안테나(ANT3)와 제4 배열 안테나(ANT4)는 전자 기기의 상부와 하부에 배치될 수 있다. 이 경우, 제3 배열 안테나(ANT3)는 제4 배열 안테나(ANT4)와 상하 대칭 형태가 되어 상호 간에 간섭 수준을 저감할 수 있다. 또한, 전자 기기의 측면에서 FPCB 상에 구현되는 CPW 라인을 통해 제3 배열 안테나(ANT3) 및 제4 배열 안테나(ANT4)로의 급전 효율을 증가시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 배열 안테나(ANT1) 내지 제4 배열 안테나(ANT4) 중 2개 이상의 배열 안테나를 이용하여 다중 입출력(MIMO)을 수행하면서, 1차원 빔 포밍을 수행할 수 있다. 이를 위해, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 배열 안테나(ANT1) 내지 제4 배열 안테나(ANT4) 중 해당 배열 안테나의 각각의 투명 안테나 소자에 인가되는 위상이 가변 되도록 송수신부 회로(1250)를 제어하여 1차원 빔 포밍을 수행할 수 있다.
이와 관련하여, 제1 배열 안테나(ANT1) 내지 제4 배열 안테나(ANT4)를 통해 MIMO 수행 시, 각각의 빔 지향 방향이 상이하게 설정되어 공간 다이버시티(spatial diversity)를 구현할 수 있다. 구체적으로, 제1 배열 안테나(ANT1)를 통해 제1 각도로 빔이 지향되고, 제2 배열 안테나(ANT2)를 통해 제2 각도로 빔이 지향될 수 있다.
공간 다이버시티를 구현하기 위해, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 배열 안테나(ANT1)에서 방사되는 메인 빔이 제1 각도를 지향하고, 제2 각도로 널 패턴을 생성하도록 제어할 수 있다. 또한, 기저대역 프로세서(1400)는 제2 배열 안테나(ANT2)에서 방사되는 메인 빔이 제2 각도를 지향하고, 제1 각도로 널 패턴을 생성하도록 제어할 수 있다.
한편, 최대 빔 포밍 각도를 고려하여, 서로 다른 기판 상에 배치되는 메쉬 격자 간 간격을 설정할 수 있다. 이와 관련하여, 안테나의 지향 각도가 보어 사이트에서 멀어짐에 따라 안테나 효율이 감소할 수 있기 때문이다. 따라서, 안테나 최대 지향 각도를 고려하여 투명도 요건을 완화할 수 있다. 예를 들어, 안테나 최대 지향 각도가 30도로 설정되어 안테나 효율이 약 50%만큼 감소할 수 있다. 이에 따라, 투명도 요건을 85%에서 80%, 75% 등으로 감소시킬 수 있다. 이에 따라 안테나 효율이 증가하도록 메탈 메쉬 간 간격이 좁아지도록 메탈 메쉬 라인 간격을 설계할 수 있다.
이상에서는 본 발명에 따른 투명 안테나를 구비하는 전자 기기에 대해 설명하였다. 보다 상세하게는 본 발명에 따른 투명 안테나 형태의 복수의 배열 안테나와 이를 제어하는 프로세서 동작에 대해 설명하였다. 이하에서는, 본 발명에 따른 투명 안테나의 전기적 특성과 투명도에 대해 설명하기로 한다.
이와 관련하여, 도 9a 및 도 9b는 단층 메탈 메쉬 격자 구조의 투명 안테나의 mmWave 대역에서의 반사 계수를 나타낸다. 반면에, 도 10a 및 도 10b는 다층 메탈 메쉬 격자 구조의 투명 안테나의 mmWave 대역에서의 반사 계수를 나타낸다. 여기서, 제1 및 제2 메탈 메쉬 라인은 모아레 현상을 저감하기 위해 상호 간에 오프셋된 구조이다.
구체적으로, 도 9a 및 도 9b는 다층 기판의 두께 T1 = T2 = 0.2T인 경우, 단층 메탈 메쉬 격자 구조의 투명 안테나의 특성을 나타낸다. 반면에, 도 10a 및 도 10b는 다층 기판의 두께 T1 = T2 = 0.2T인 경우, 다층 메탈 메쉬 격자 구조의 투명 안테나의 특성을 나타낸다.
도 9a를 참조하면, 단층 메탈 메쉬 격자 구조의 투명 안테나는 26.8GHz에서 공진하고, 대역폭(BW)은 1.7GHz이다. 반면에, 도 10a를 참조하면, 다층 메탈 메쉬 격자 구조의 투명 안테나는 27.5GHz에서 공진하고, 대역폭(BW)은 2.64GHz이다. 따라서, 본 발명에 따른 오프셋 구조의 복수의 메탈 메쉬 격자 구조에 의해, 모아레 현상이 저감되고 광대역 특성의 투명 안테나를 제공할 수 있다. 구체적으로, 오프셋 구조의 다층 메탈 메쉬 격자 구조(n=2)에 의해 대역폭 특성은 약 63% 정도 증가한다.
한편, 도 9b를 참조하면, 단층 메탈 메쉬 격자 구조의 투명 안테나의 효율은 27GHzd에서 약 0.34 (34%)이다. 반면에, 도 10b를 참조하면, 다층 메탈 메쉬 격자 구조의 투명 안테나의 효율은 27GHzd에서 약 0.4 (40%)이다. 따라서, 본 발명에 따른 오프셋 구조의 복수의 메탈 메쉬 격자 구조에 의해, 모아레 현상이 저감되고 안테나 효율이 개선된 투명 안테나를 제공할 수 있다.
한편, 투명 안테나의 투명도와 관련한 이론적 설명이 제공될 수 있다. 이와 관련하여, 도 11은 일 예시에 따른 메탈 메쉬 격자 구조를 나타낸다. 도 11 (a)는 메탈 메쉬 격자 구조의 전면도를 나타내고, 도 11(b)는 메탈 메쉬 격자 구조와 관련된 측면도를 나타낸다. 도 11(b)를 참조하면, 단일 기판 구조에서 글래스 기판 상에 메탈 메쉬 라인이 배치된 것으로 가정할 수 있다.
도 11을 참조하면, 메탈 메쉬 구조의 피치(p), 메탈 메쉬 라인의 폭(W), 피치 상의 가시 비율(visible ratio on pitch, t)에 따라 투명도가 표 1과 같이 결정될 수 있다.
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따라서, 메탈 메쉬 구조의 피치(p)가 증가하거나, 메탈 메쉬 라인의 폭(W)이 감소하면, 전체 투명도(T)가 증가하게 된다. 하지만, 메탈 메쉬 구조의 피치(p)를 증가시키거나 메탈 메쉬 라인의 폭(W)을 감소시킴에 따라, 전체 영역에서 금속 영역의 비율이 감소하게 된다. 이에 따라, 투명 안테나의 전체 투명도(T)가 증가함에 따라, 안테나 방사 효율이 감소할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 투명도(T)를 일정 수준으로 유지하면서, 모아레 현상이 저감되고 대역폭 특성과 안테나 방사 효율을 최적화할 수 있는 오프셋 구조의 복수의 레이어에 배치되는 메탈 메쉬 격자 구조를 제안한다.
이와 관련하여, 도 12a 내지 도 12c는 다양한 예시에 따른 투명도 이론치와 실측치를 비교한 것이다. 도 12a를 참조하면, 메탈 메쉬 라인의 선폭이 3um, 5um 및 7um인 경우, 메탈 메쉬 라인의 투명도를 비교한 것이다. 여기서 P100, P200 및 P300은 각각 메탈 메쉬 구조의 피치(P)가 각각 100um, 200um및 300um인 경우를 나타낸다. 이에 따라, 본 발명에서 제1 방사체(S1)의 제1 메탈 메쉬 격자 내지 제4 방사체(S4)의 제4 메탈 메쉬 격자에서 인접하는 레이어 간 메탈 메쉬 격자 간 오프셋은 100um 내지 300um 사이의 값으로 설정할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 다층 기판 상의 오프셋 구조의 메탈 메쉬 라인에 의해 투명도를 유지하면서 안테나 특성을 개선시킬 수 있다.
한편, 도 12b는 일 예시에 따른 글래스 투명도 측정값을 나타낸다. 도 12b를 참조하면, quartz 소재의 메탈 메쉬 라인 간 간격이 400 내지 800um이면 평균 투명도는 약 94%이다. 반면에, coning 소재의 메탈 메쉬 라인 간 간격이 400 내지 800um이면 평균 투명도는 약 91%이다.
한편, 도 12c는 일 예시에 따른 메탈 메쉬 라인과 기판이 배치된 기판의 투명도를 나타낸다. 도 12c를 참조하면, 메탈 메쉬 라인의 선폭이 3um인 경우, 피치 간 간격이 100um인 경우 85% 정도의 투명도를 유지할 수 있다. 반면에, 메탈 메쉬 라인의 선폭이 7um인 경우, 85% 정도의 투명도를 유지할 수 있다.
따라서, 메탈 메쉬 라인의 선폭을 7um로 유지하는 경우 피치 간 간격을 약 200um로 증가시켜 85% 정도의 투명도를 유지할 수 있다.
이러한 특정 투명도를 유지하기 위한 본 발명에 따른 오프셋 구조의 다층 메탈 메쉬 구조는 다음과 같이 설계될 수 있다.
1) 투명안테나의 Ground 부에 전도도가 높은 물질을 이용하여 Mesh를 형성할 수 있다.
2) 얇은 기판을 적층 후, 다층 안테나의 안테나를 설계한다. 이 경우, 모든 얇은 기판 S0 내지 Sn을 고려하여 안테나 파라미터들 (즉, 각각의 안테나의 가로/세로 길이, Feeder 폭, inset 가로/세로 길이 등을 조절하여 타겟 공진주파수에 맞춘다.
3) 2)의 과정을 모든 얇은 기판의 최상층에 배치된 상부 안테나까지 진행한다. 이때, 각 층 간의 메쉬 라인 형태는 오프셋 배치는 타겟 투명도를 고려하여 배치된다.
한편, 도 1 내지 도 13에 따른 본 발명에 따른 오프셋 구조의 메탈 메쉬 라인들로 구성된 투명 안테나 및 이를 이용한 배열 안테나는 기저대역 프로세서(1400)에 의해 제어 가능하다. 이와 관련하여, 기저대역 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)에 연결되고, 송수신부 회로(1250)를 제어하여 상기 전자 기기의 서로 다른 위치에 배치된 복수의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)를 통해 빔 포밍 및 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 구성된다.
이와 관련하여, 기저대역 프로세서(1400)는 복수의 배열 안테나 중 제1 배열 안테나(ANT1)와 제2 배열 안테나(ANT2)를 통해 서로 다른 방향으로 신호가 방사되도록 서로 다른 방향으로 빔 포밍을 수행할 수 있다.
이와 관련하여, 서로 다른 방향은 전자 기기의 좌측에 형성된 유전체 영역과 우측에 형성된 유전체 영역일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 제1 및 제2 배열 안테나를 동시에 이용하여 서로 다른 신호를 서로 다른 유전체 영역을 통해 서로 다른 방향으로 방사할 수 있다. 이에 따라, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 및 제2 배열 안테나를 동시에 이용하여 서로 다른 신호를 서로 다른 유전체 영역을 통해 서로 다른 방향으로 방사하여, 복수의 MIMO 스트림 간 격리도를 개선할 수 있다.
또한, 기저대역 프로세서(1400)는 복수의 배열 안테나 중 제3 배열 안테나(ANT3)와 제4 배열 안테나(ANT4)를 통해 서로 다른 방향으로 신호가 방사되도록 서로 다른 방향으로 빔 포밍을 수행할 수 있다.
이와 관련하여, 서로 다른 방향은 전자 기기의 상부에 형성된 유전체 영역과 하부에 형성된 유전체 영역일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 제3 및 제4 배열 안테나를 동시에 이용하여 서로 다른 신호를 서로 다른 유전체 영역을 통해 서로 다른 방향으로 방사할 수 있다. 이에 따라, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 및 제2 배열 안테나를 동시에 이용하여 서로 다른 신호를 서로 다른 유전체 영역을 통해 서로 다른 방향으로 방사하여, 복수의 MIMO 스트림 간 격리도를 개선할 수 있다.
이상에서는 본 발명에 따른 오프셋 구조의 메탈 메쉬 라인들로 구성된 투명 안테나 및 이를 이용한 배열 안테나와 이를 구비하는 전자 기기에 대해 살펴보았다. 이와 관련하여, 오프셋 구조의 메탈 메쉬 라인들로 구성된 투명 안테나를 구비하는 전자 기기의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따르면, 오프셋 구조의 메탈 메쉬 라인에 의해 모아레 현상을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 오프셋 구조의 메탈 메쉬 라인에 의해 모아레 현상을 감소시키면서도 안테나 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 오프셋 구조의 메탈 메쉬 라인에 의해 모아레 현상을 감소시키면서도 광대역 특성 및 안테나 효율을 개선할 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, 투명 안테나의 설계 및 이러한 투명 안테나에 기반한 복수의 배열 안테나들의 제어 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 판독할 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 판독될 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, 1210a 내지 1210d, 1250)를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (15)

  1. 안테나를 구비하는 전자 기기에 있어서,
    디스플레이 내부에 내장되어 상기 디스플레이 전면으로 신호를 방사하도록 구성된 투명 안테나(transparent antenna);
    상기 투명 안테나를 급전하는 전송 선로(transmission line)를 포함하고,
    상기 투명 안테나는,
    제1 기판 상에 제1 메탈 메쉬 격자(metal mesh grid)로 구성된 제 1 방사체(radiator); 및
    상기 제1 기판의 상부에 배치되는 제2 기판 상에 제2 메탈 메쉬 격자로 구성된 제2 방사체를 포함하고,
    상기 제2 메탈 메쉬 격자는 상기 제1 메탈 메쉬 격자에 대해 일 축 방향으로 소정 간격만큼 오프셋(offset)되어 배치되는, 전자 기기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 기판의 상부에 배치되는 제3 기판 상에 제3 메탈 메쉬 격자로 구성된 제3 방사체를 더 포함하고,
    상기 제3 메탈 메쉬 격자는 상기 제2 메탈 메쉬 격자에 대해 일 축 방향으로 소정 간격만큼 오프셋(offset)되어 배치되고,
    인접한 기판 레이어 간 메탈 메쉬 격자 간 간격(interval length: IL i)은 각각의 기판 레이어마다 다른 간격이 되도록 상기 제1 메탈 메쉬 격자 내지 상기 제3 메탈 메쉬 격자가 배치되는, 전자 기기.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제3 기판의 상부에 배치되는 제4 기판 상에 제4 메탈 메쉬 격자로 구성된 제4 방사체를 더 포함하고,
    상기 제4 메탈 메쉬 격자는 상기 제3 메탈 메쉬 격자에 대해 일 축 방향으로 소정 간격만큼 오프셋(offset)되어 배치되고,
    인접한 기판 레이어 간 메탈 메쉬 격자 간 간격(interval length: IL i)은 각각의 기판 레이어마다 다른 간격이 되도록 상기 제1 메탈 메쉬 격자 내지 상기 제4 메탈 메쉬 격자가 배치되는, 전자 기기.
  4. 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 인접한 기판 레이어 간 메탈 메쉬 격자 간 간격 (IL i)은 상기 투명 안테나의 타겟 투명도에 대한 최저 메탈 메쉬 간격 (IL imin)보다 큰 값으로 설정되고,
    상기 타겟 투명도와 기판 레이어의 수가 증가함에 따라 상기 최저 메탈 메쉬 간격 (IL imin)이 감소하도록 반 비례 관계가 성립하는, 전자 기기.
  5. 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 인접한 기판 레이어 간 메탈 메쉬 격자 간 간격 (IL i)은 기판 레이어의 서로 다른 두께를 고려하여, 두께가 증가할수록 메탈 메쉬 격자 간 간격 (IL i)이 증가하도록 설정되는, 전자 기기.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 방사체 내지 상기 제3 방사체 각각은 복수의 메탈 메쉬 격자라인으로 이루어진 제1 패치 방사체 내지 제3 패치 방사체이고,
    상기 제1 패치 방사체 내지 상기 제3 패치 방사체는 임피던스 정합을 위해 인셋 구조로 형성되고,
    상기 제1 패치 방사체 내지 상기 제3 패치 방사체 각각의 가로 길이, 세로 길이, 인셋 길이 및 인셋 폭은 상기 투명 안테나가 광대역 동작하도록 서로 다른 길이와 폭으로 결정되는, 전자 기기.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 메탈 메쉬 격자 내지 상기 제3 메탈 메쉬 격자는 마름모 형상 격자로 구성되고,
    상기 마름모 형상 격자에 대해 상기 제1 메탈 메쉬 격자 내지 상기 제3 메탈 메쉬 격자는 상기 디스플레이의 수평 축 방향 또는 수직 축 방향으로 소정 간격 오프셋 배치되는, 전자 기기.
  8. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 방사체 내지 상기 제3 방사체 각각은 복수의 메탈 메쉬 격자라인으로 이루어진 제1 패치 방사체 내지 제3 패치 방사체이고,
    상기 제1 메탈 메쉬 격자 내지 상기 제3 메탈 메쉬 격자는 마름모 형상 격자로 구성되고,
    모아레 효과(Moire effect)를 감소시키기 위해 상기 제1 방사체 내지 상기 제3 방사체 각각의 외곽 테두리(outer rim)에는 사각형 형상의 메탈 메쉬 라인이 제거되는, 전자 기기.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 투명 안테나는,
    상기 제1 방사체 하부에 상기 투명 안테나에 대한 그라운드로서 동작하도록 복수의 메탈 메쉬 격자로 구성된 그라운드 레이어를 더 포함하고,
    상기 그라운드 레이어의 상기 복수의 메탈 메쉬 격자는 상기 투명 안테나의 투명도를 유지하기 위해 상기 제1 방사체의 상기 제1 메탈 메쉬 격자와 정렬되는, 전자 기기.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 방사체는 임피던스 정합을 위한 제1 인셋 라인과 연결되고, 상기 제1 인셋 라인은 메탈 메쉬 라인으로 형성되고,
    상기 전송 선로는 불투명 영역에서 금속으로 채워진 coplanar waveguide (CPW) 구조로 형성되고,
    상기 CPW 구조의 제1 급전부는 상기 제1 기판 상에 배치되고, 상기 제1 방사체의 상기 제1 인셋 라인과 연결되는, 전자 기기.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제2 방사체는 임피던스 정합을 위한 제2 인셋 라인과 연결되고, 상기 제2 인셋 라인은 메탈 메쉬 라인으로 형성되고,
    상기 CPW 구조의 제2 급전부는 상기 제2 기판 상에 배치되고, 상기 제2 방사체의 상기 제2 인셋 라인과 연결되는, 전자 기기.
  12. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 메탈 메쉬 격자 내지 상기 제4 메탈 메쉬 격자에서 인접하는 레이어 간 메탈 메쉬 격자 간 오프셋은 100um 내지 300um 사이의 값으로 설정되는, 전자 기기.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 투명 안테나의 각각의 방사체에 신호가 인가되도록 상기 전송 선로에 연결되는 송수신부 회로(transceiver circuit); 및
    상기 송수신부 회로에 연결되고, 상기 송수신부 회로를 제어하도록 구성된 기저대역 프로세서(baseband processor)를 더 포함하는, 전자 기기.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 투명 안테나는 복수의 투명 안테나 소자가 소정 간격 이격되어 1차원 배열 안테나로 구성되고, 상기 1차원 배열 안테나는 상기 디스플레이의 서로 다른 영역에 제1 배열 안테나 내지 제4 배열 안테나로 배치되고,
    상기 기저대역 프로세서는,
    상기 제1 배열 안테나 내지 상기 제4 배열 안테나 중 2개 이상의 배열 안테나를 이용하여 다중 입출력(MIMO)을 수행하는, 전자 기기.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 투명 안테나는 복수의 투명 안테나 소자가 소정 간격 이격되어 1차원 배열 안테나로 구성되고, 상기 1차원 배열 안테나는 상기 디스플레이의 서로 다른 영역에 제1 배열 안테나 내지 제4 배열 안테나로 배치되고,
    상기 기저대역 프로세서는,
    상기 제1 배열 안테나 내지 상기 제4 배열 안테나 중 2개 이상의 배열 안테나를 이용하여 다중 입출력(MIMO)을 수행하면서, 각각의 투명 안테나 소자에 인가되는 위상이 가변 되도록 상기 송수신부 회로를 제어하여 1차원 빔 포밍을 수행하는, 전자 기기.
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