WO2021201322A1 - 안테나를 구비하는 전자 기기 - Google Patents

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WO2021201322A1
WO2021201322A1 PCT/KR2020/004505 KR2020004505W WO2021201322A1 WO 2021201322 A1 WO2021201322 A1 WO 2021201322A1 KR 2020004505 W KR2020004505 W KR 2020004505W WO 2021201322 A1 WO2021201322 A1 WO 2021201322A1
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WO
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slot
antenna
region
electronic device
disposed
Prior art date
Application number
PCT/KR2020/004505
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English (en)
French (fr)
Inventor
최국헌
조일남
박병용
김의선
Original Assignee
엘지전자 주식회사
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Filing date
Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/10—Resonant slot antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/40—Element having extended radiating surface
    • H—ELECTRICITY
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    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
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    • H04B1/40—Circuits
    • H04B1/401—Circuits for selecting or indicating operating mode
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/38—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
    • H04B1/40—Circuits
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    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems

Definitions

  • the present invention relates to an electronic device having an antenna. Certain implementations relate to antennas operating in the millimeter wave band.
  • 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 an image or video output 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
  • the 28 GHz band, the 38.5 GHz band, and the 64 GHz band are being considered as frequency bands to be allocated for the 5G communication service in the millimeter wave (mmWave) band.
  • a plurality of array antennas in the millimeter wave band may be disposed in the electronic device.
  • a band of 58 GHz to 70 GHz may be considered as a candidate frequency band for providing such a 6G communication service.
  • the antenna may be disposed inside the electronic device or inside the display.
  • the transparent antenna provided in the display is implemented with a metal mesh grid structure or a transparent material, there is a problem in that conductivity is reduced.
  • the transparent antenna provided in the display is implemented as an array antenna, there is a problem in that the beam scan range is reduced.
  • the present invention aims to solve the above and other problems.
  • Another object of the present invention is to provide an antenna made of a transparent material that operates in a millimeter wave band.
  • Another object of the present invention is to provide an antenna structure that operates in a wide band so that a plurality of bands in a millimeter wave band can be covered by one antenna.
  • Another object of the present invention is to propose an antenna structure capable of maintaining antenna performance when implementing a transparent antenna in a millimeter wave band.
  • Another object of the present invention is to propose an antenna structure capable of improving antenna efficiency and scan angle performance when a transparent antenna is implemented in a millimeter wave band.
  • the electronic device may include: a slot antenna having a slot area having a predetermined shape in a conductive layer acting as a ground area on a front surface of a substrate disposed inside the electronic device; and a monopole region disposed within the slot region and configured to feed the slot antenna.
  • a partial region of the front surface of the substrate may be formed of a dielectric region having a predetermined shape from which the conductive layer is removed.
  • the electronic device may further include a transceiver circuit configured to apply a signal through the monopole region so that a signal of a predetermined band is radiated through the slot antenna.
  • the monopole region is formed on the back surface of the substrate, and the monopole region includes a feeding part connected to a transmission line and a monopole region extending from the feeding part and formed in a predetermined shape so that the signal is coupled to the slot antenna. can do.
  • the slot antenna may include a slot formation portion formed so that the slot area protrudes into the conductive layer in one axial direction of the substrate.
  • the slot antenna may include a parasitic protrusion portion formed so that the conductive layer protrudes into the slot region in the other axial direction of the substrate.
  • the slot antenna may include: a slot formation portion formed so that the slot area protrudes into the conductive layer at one side and the other side of the slot area in one axial direction of the substrate; and a parasitic protrusion portion formed to protrude the conductive layer into the slot region in the other axial direction of the substrate.
  • the parasitic protrusion may be disposed only above the slot area in which the monopole area is not disposed.
  • the slot antenna may be configured to operate in a first frequency band of a millimeter wave (mmWave) band and a second frequency band higher than the first frequency band.
  • the first length from the lower end of the substrate to the first slot forming part formed on the one side and the second length from the second slot forming part formed on the other side may be set to be different.
  • a length from the lower end of the substrate to the parasitic protrusion may be set in proportion to the wavelength of the first frequency within the first frequency band.
  • a first length from the lower end of the substrate to the first slot forming part may be set in proportion to a wavelength of a second frequency within the second frequency band.
  • a second length from the bottom of the substrate to the second slot forming part is set in proportion to a wavelength of a specific frequency between the first frequency and the second frequency, so that the second length is set to be longer than the first length can be
  • the slot antenna may be offset in a lower direction of the substrate, and the dielectric region may be offset in an upper direction of the substrate to be disposed in a left region and a right region of the slot antenna.
  • the shape of the slot antenna and the monopole region may be circular or elliptical.
  • a center line of the monopole region may be disposed below the substrate than a center line of the slot antenna.
  • the dielectric region from which the conductive layer is removed may be formed in a triangular shape to induce a current in the ground region into the slot region to increase the slot antenna efficiency.
  • an end point in one axial direction of the dielectric region may be disposed as a central region of the substrate rather than a boundary point of a central line in one axial direction of the slot region.
  • An end point of the dielectric region in the other axial direction may be disposed below a center line of the slot region.
  • the length in one axial direction of the substrate of the slot forming part may be formed to be greater than or equal to a minimum length to improve the flow of the current in the direction in which the current is divided or merged in the conductive layer outside the slot area. have. It may be formed to be less than or equal to a maximum length so as not to impede the flow of the current at other frequencies where the current is not split or joined.
  • the length of the parasitic protrusion in the other axial direction of the substrate is formed to be greater than or equal to a minimum length for transferring an induced current by a magnetic current inside the slot area to the parasitic protrusion outside the slot area.
  • the parasitic protrusion may be formed to be less than or equal to a maximum length so as not to change the resonance frequency by electrical coupling between the slot region and the monopole region.
  • the board on which the slot antenna is disposed may be disposed perpendicular to a circuit board on which the transceiver circuit is disposed.
  • a transmission line electrically connected to the transceiver circuit may be electrically connected to the monopole region vertically.
  • the transmission line may be formed in a coplanar waveguide structure in which ground regions are disposed on one side and the other side.
  • the interface region of the circuit board connected to the glass substrate on which the slot antenna is disposed on the display of the electronic device in the form of a transparent antenna may be implemented in the form of ACF bonding.
  • the transmission line may have a coplanar waveguide structure in which a ground region is disposed on one side and the other side.
  • the slot antenna may be configured as a slot array antenna in which a plurality of slot antenna elements are spaced apart from each other by a predetermined interval.
  • the transceiver circuit may control phases of signals applied to the plurality of slot antenna elements to perform beamforming in a first frequency band of a millimeter wave band and a second frequency band higher than the first frequency band.
  • the electronic device may further include a baseband processor operatively coupled to the transceiver circuit.
  • the slot array antenna may be configured as a transparent antenna in the form of a plurality of slot array antennas on the display of the electronic device.
  • the baseband processor may control the transceiver circuit to perform multiple input/output (MIMO) through the plurality of slot array antennas.
  • MIMO multiple input/output
  • the slot array antenna may be configured of a plurality of slot array antennas disposed on different sides of the electronic device.
  • the electronic device may further include a baseband processor operatively coupled to the transceiver circuit.
  • the baseband processor may control the transceiver circuit to perform multiple input/output (MIMO) through the plurality of slot array antennas.
  • MIMO multiple input/output
  • the antenna module may include: a slot antenna having a slot area having a predetermined shape in a conductive layer acting as a ground area on a front surface of a glass substrate disposed inside the electronic device; and a monopole region disposed within the slot region and configured to feed the slot antenna.
  • the conductive layer and the monopole portion may be made of a transparent material, and a partial region of the front surface of the glass substrate may be formed of a dielectric region having a predetermined shape from which the conductive layer is removed.
  • the slot antenna may include a slot formation portion formed so that the slot area protrudes into the conductive layer at one side and the other side of the slot area in one axial direction of the substrate.
  • the slot antenna may include a parasitic protrusion portion formed to protrude the conductive layer toward the slot region in the other axial direction of the substrate.
  • the parasitic protrusion may be disposed only above the slot area in which the monopole area is not disposed.
  • the slot antenna may be configured as a plurality of slot array antennas on the display of the electronic device in the form of a transparent antenna.
  • a signal applied to each antenna element of the slot array antenna may be controlled through a transceiver circuit disposed inside the electronic device and a baseband processor operatively coupled to the transceiver circuit.
  • the baseband processor may control the transceiver circuit to perform multiple input/output (MIMO) through the plurality of slot array antennas.
  • MIMO multiple input/output
  • an antenna module in which antenna performance is maintained in a broadband frequency range of a millimeter wave band.
  • an antenna module capable of implementing target radiation efficiency and target gain in a desired entire band of the millimeter wave band.
  • a slot antenna structure having a wide scan angle range in a millimeter wave band may be presented.
  • the slot antenna structure having a wide scan angle range in the millimeter wave band it is possible to minimize scan loss due to beamforming of the slot array antenna.
  • FIG. 1 illustrates a configuration for explaining an electronic device and an interface between the electronic device and an external device or server according to an embodiment.
  • FIG. 2A shows a detailed configuration of the electronic device of FIG. 1 .
  • FIGS. 2B and 2C are conceptual views of an example of an electronic device related to the present invention viewed from different directions.
  • 3A illustrates an example of a configuration in which a plurality of antennas of an electronic device may be disposed according to an embodiment.
  • 3B illustrates a configuration of a wireless communication unit of an electronic device operable in a plurality of wireless communication systems according to an embodiment.
  • 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.
  • 5A and 5B show configurations of a circular slot antenna and an elliptical slot antenna according to embodiments.
  • FIG. 6A is a perspective view illustrating a structure in which an antenna substrate on which a slot antenna is disposed and a circuit board are combined according to an embodiment.
  • FIG. 6B shows a front view of a detailed configuration of a slot antenna disposed on an antenna substrate.
  • FIG. 6C shows a front view of a circuit board on which a transmission line of a co-planar substrate structure is disposed.
  • 7A and 7B show current distributions in the 58 GHz band and the 70 GHz band of the slot antenna described herein.
  • 8A to 8C show current distributions at different frequencies in consideration of the slot forming part formed outside the slot area.
  • 9A to 9C show current distributions at different frequencies in consideration of the parasitic protrusion formed outside the slot area.
  • FIG. 10 shows electrical characteristics of an antenna having the slot antenna structure of FIGS. 6A to 6C.
  • FIG. 11 shows the gain and radiation characteristics of the antenna having the slot antenna structure of FIGS. 6A to 6C.
  • FIG. 13 illustrates an example in which a slot antenna according to an embodiment is configured with one or more array antennas.
  • FIG. 14 illustrates a block diagram of a wireless communication system to which the methods proposed in the present specification can be applied.
  • Electronic devices described herein include 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.
  • a tablet PC an ultrabook
  • a wearable device for example, a watch-type terminal (smartwatch), a glass-type terminal (smart glass), a head mounted display (HMD), etc. may be included. .
  • FIG. 1 illustrates a configuration for explaining an electronic device and an interface between the electronic device and an external device or server according to an embodiment.
  • FIG. 2A shows a detailed configuration of the electronic device of FIG. 1 .
  • FIGS. 2B and 2C are conceptual views of an example of an electronic device related to the present invention viewed from different directions.
  • an electronic device 100 is configured to include a communication interface 110 , an input interface (or an input device) 120 , an output interface (or an output device) 150 , and a processor 180 .
  • the communication interface 110 may refer to the wireless communication module 110 .
  • the electronic device 100 may be configured to further include a display 151 and a memory 170 .
  • the components shown in FIG. 1 are not essential for implementing the electronic device, and thus the electronic device described herein may have more or fewer components than those listed above.
  • the wireless communication module 110 is between the electronic device 100 and the wireless communication system, between the electronic device 100 and another electronic device 100 , or between the electronic device 100 and the external device. It may include one or more modules that enable wireless communication between servers. In addition, the wireless communication module 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 module 110 includes 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 , the 5G wireless communication module 112 , the short-range communication module 113 , and the location information module 114 may be implemented with a baseband processor such as a modem.
  • the 4G wireless communication module 111 , the 5G wireless communication module 112 , the short-range communication module 113 and the location information module 114 may include a transceiver circuit and a baseband processor operating in an IF band.
  • the RF module 1200 may be implemented as an RF transceiver circuit operating in an RF frequency band of each communication system.
  • the present invention is not limited thereto, and the 4G wireless communication module 111 , the 5G wireless communication module 112 , the short-range communication module 113 and the location information module 114 may be interpreted to include each RF module.
  • 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 of 6 GHz or less, may be used.
  • a millimeter wave (mmWave) band may be used as a 5G frequency band to perform broadband high-speed communication.
  • the electronic device 100 may perform beam forming for communication coverage expansion with a base station.
  • 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 module 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
  • Short-range communication module 113 is for short-range communication, Bluetooth (Bluetooth), RFID (Radio Frequency Identification), infrared communication (Infrared Data Association; IrDA), UWB (Ultra Wideband), ZigBee, NFC ( Near Field Communication), Wi-Fi (Wireless-Fidelity), Wi-Fi Direct, and Wireless USB (Wireless Universal Serial Bus) technology may be used to support short-distance 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 module 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 may acquire the location of the electronic device based on information of the 5G wireless communication module and the 5G base station that transmits or receives the wireless signal.
  • 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 device 120 may include a pen sensor 1200 , a key button 123 , a voice input module 124 , a touch panel 151a, and the like. Meanwhile, the input device 120 includes a camera module 121 or an image input unit for inputting an image signal, a microphone 152c for inputting an audio signal, or an audio input unit, and a user input unit (eg, a user input unit for receiving information from a user). For example, it may include a touch key, a push key (mechanical key, etc.). The voice data or image data collected by the input device 120 may be analyzed and processed as a user's control command.
  • the camera module 121 is a device capable of capturing still images and moving images, and according to an embodiment, one or more image sensors (eg, a front sensor or a rear sensor), a lens, an image signal processor (ISP), or a flash (eg, : LED or lamp, etc.).
  • image sensors eg, a front sensor or a rear sensor
  • lens e.g., a lens
  • ISP image signal processor
  • flash eg, : LED or lamp, etc.
  • the sensor module 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 sensor module 140 may include a gesture sensor 340a, a gyro sensor 340b, a barometric pressure sensor 340c, a magnetic sensor 340d, an acceleration sensor 340e, a grip sensor 340f, and a proximity sensor 340g. ), color sensor (340h) (e.g.
  • RGB red, green, blue
  • biometric sensor 340i
  • temperature/humidity sensor 340j
  • illuminance sensor 340k
  • UV ultra violet
  • At least one of a sensor 340l, an optical sensor 340m, and a hall sensor 340n may be included.
  • the sensor module 140 includes a fingerprint recognition sensor (finger scan sensor), an ultrasonic sensor (ultrasonic sensor), an optical sensor (for example, a camera (see 121)), a microphone (see 152c), a battery battery gauges, environmental sensors (eg barometers, hygrometers, thermometers, radiation sensors, thermal sensors, gas detection sensors, etc.), chemical sensors (eg electronic noses, healthcare sensors, biometric sensors, etc.) etc.) may be included.
  • 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 interface 150 is for generating an output related to visual, auditory or tactile sense, and may include at least one of a display 151 , an audio module 152 , a haptip module 153 , and an indicator 154 .
  • the display 151 may implement a touch screen by forming a layer structure with each other or integrally formed with the touch sensor.
  • 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 display 151 may be a liquid crystal display (LCD), a light emitting diode (LED) display, an organic light emitting diode (OLED) display, or a micro electromechanical system (micro-electromechanical system). electro mechanical systems, MEMS) displays, or electronic paper displays.
  • the display 151 may display various contents (eg, text, image, video, icon, and/or symbol, etc.) to the user.
  • the display 151 may include a touch screen, and may receive, for example, a touch input using an electronic pen or a part of the user's body, a gesture, a proximity, or a hovering input.
  • the display 151 may include a touch panel 151a, a hologram device 151b, a projector 151c, and/or a control circuit for controlling them.
  • the panel may be implemented to be flexible, transparent, or wearable.
  • the panel may include the touch panel 151a and one or more modules.
  • the hologram device 151b may display a stereoscopic image in the air by using light interference.
  • the projector 151c may display an image by projecting light onto the screen.
  • the screen may be located inside or outside the electronic device 100 , for example.
  • the audio module 152 may be configured to interwork with the receiver 152a, the speaker 152b, and the microphone 152c. Meanwhile, the haptic module 153 may convert an electrical signal into mechanical vibration, and may generate vibration or a haptic effect (eg, pressure, texture) or the like.
  • the electronic device includes, for example, a mobile TV support device (eg, GPU) capable of processing media data according to standards such as digital multimedia broadcasting (DMB), digital video broadcasting (DVB), or mediaFlow.
  • DMB digital multimedia broadcasting
  • DVD digital video broadcasting
  • mediaFlow may include Also, the indicator 154 may display a specific state of the electronic device 100 or a part thereof (eg, the processor 310 ), for example, a booting state, a message state, or a charging state.
  • the wired communication module 160 which may be implemented as an interface unit, functions as a passage with various types of external devices connected to the electronic device 100 .
  • the wired communication module 160 includes an HDMI 162 , a USB 162 , a connector/port 163 , an optical interface 164 , or a D-sub (D-subminiature) 165 . can do.
  • the wired communication module 160 connects a device equipped with a wired/wireless headset port, an external charger port, a wired/wireless data port, a memory card port, and an identification module. It may include at least one of a port, an audio I/O (Input/Output) port, a video I/O (Input/Output) 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 (eg, the first server 310 or the second server 320) through wireless communication. In addition, at least some of these application programs may have basic functions (eg, For example, for incoming calls, outgoing functions, message reception, and outgoing functions), it may exist on the electronic device 100 from the time of shipment.
  • the application program is stored in the memory 170 and the electronic device 100 It may be installed on the device and driven to perform an operation (or function) of the electronic device by the processor 180 .
  • the first server 310 may be referred to as an authentication server
  • the second server 320 may be referred to as a content server.
  • the first server 310 and/or the second server 320 may interface with an electronic device through a base station.
  • a part of the second server 320 corresponding to the content server may be implemented as a mobile edge cloud (MEC, 330) in units of base stations. Accordingly, it is possible to implement a distributed network through the second server 320 implemented as a mobile edge cloud (MEC, 330) and to reduce content transmission delay.
  • MEC mobile edge cloud
  • Memory 170 may include volatile and/or non-volatile memory. Also, the memory 170 may include an internal memory 170a and an external memory 170b. The memory 170 may store, for example, commands or data related to at least one other component of the electronic device 100 . According to one embodiment, the memory 170 may store software and/or a program 240 .
  • the program 240 may include a kernel 171 , middleware 172 , an application programming interface (API) 173 , or an application program (or “application”) 174 , and the like. At least a portion of the kernel 171 , the middleware 172 , or the API 174 may be referred to as an operating system (OS).
  • OS operating system
  • the kernel 171 is a system used to execute operations or functions implemented in other programs (eg, middleware 172 , an application programming interface (API) 173 , or an application program 174 ).
  • Resources eg, bus, memory 170, processor 180, etc.
  • the kernel 171 may provide an interface capable of controlling or managing system resources by accessing individual components of the electronic device 100 from the middleware 172 , the API 173 , or the application program 174 . can
  • the middleware 172 may play an intermediary role so that the API 173 or the application program 174 communicates with the kernel 171 to exchange data. Also, the middleware 172 may process one or more work requests received from the application program 247 according to priority. In an embodiment, the middleware 172 sets a priority for using the system resource (eg, bus, memory 170, processor 180, etc.) of the electronic device 100 to at least one of the application programs 174 . Grants and can process one or more work requests.
  • the API 173 is an interface for the application program 174 to control a function provided by the kernel 171 or the middleware 1723, for example, at least one for file control, window control, image processing, or text control. It can contain interfaces or functions (such as commands).
  • the processor 180 In addition to the operation related to the application program, the processor 180 generally controls the overall operation of the electronic device 100 .
  • the processor 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 .
  • the processor 180 may control at least some of the components discussed with reference to FIGS. 1 and 2A in order to drive an application program stored in the memory 170 .
  • the processor 180 may operate at least two or more of the components included in the electronic device 100 in combination with each other.
  • the processor 180 is one of a central processing unit (CPU), an application processor (AP), an image signal processor (ISP), a communication processor (CP), a low-power processor (eg, a sensor hub), or It may include more than that.
  • the processor 180 may execute an operation or data processing related to control and/or communication of at least one other component of the electronic device 100 .
  • the power supply unit 190 receives external power and internal power under the control of the processor 180 to supply power to each component included in the electronic device 100 .
  • the power supply unit 190 includes a power management module 191 and a battery 192, and the battery 192 may be a built-in battery or a replaceable battery.
  • the power management module 191 may include a power management integrated circuit (PMIC), a charger IC, or a battery or fuel gauge.
  • the PMIC may have a wired and/or wireless charging method.
  • the wireless charging method includes, for example, For example, it includes a magnetic resonance method, a magnetic induction method, an electromagnetic wave method, etc., and may further include an additional circuit for wireless charging, for example, a coil loop, a resonance circuit, or a rectifier.
  • the remaining amount of the battery 396, voltage, current, or temperature during charging may be measured, for example, the battery 192 may include a rechargeable battery and/or a solar cell.
  • Each of the external device 100a , the first server 310 , and the second server 320 may be the same or a different type of device (eg, an external device or a server) as the electronic device 100 .
  • all or part of the operations executed in the electronic device 100 may be performed by one or a plurality of other electronic devices (eg, the external device 100a, the first server 310, and the second server 320).
  • the electronic device 100 when the electronic device 100 needs to perform a function or service automatically or upon request, the electronic device 100 performs the function or service by itself instead of or in addition to it. At least some related functions may be requested from other devices (eg, the external device 100a, the first server 310, and the second server 320).
  • Another electronic device may execute a requested function or an additional function, and transmit the result to the electronic device 201 .
  • the electronic device 100 may provide the requested function or service by processing the received result as it is or additionally.
  • cloud computing distributed computing, client-server computing, or mobile edge cloud (MEC) technology may be used.
  • 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 .
  • a wireless communication system may include an electronic device 100 , at least one external device 100a , a first server 310 , and a second server 320 .
  • the electronic device 100 is functionally connected to at least one external device 100a, and may control contents or functions of the electronic device 100 based on information received from the at least one external device 100a.
  • the electronic device 100 may use the servers 310 and 320 to perform authentication to determine whether the at least one external device 100 includes or generates information conforming to a predetermined rule. have.
  • the electronic device 100 may display contents or control functions differently by controlling the electronic device 100 based on the authentication result.
  • the electronic device 100 may be connected to at least one external device 100a through a wired or wireless communication interface to receive or transmit information.
  • the electronic device 100 and the at least one external device 100a may include near field communication (NFC), a charger (eg, universal serial bus (USB)-C), an ear jack, Information may be received or transmitted in a manner such as BT (bluetooth) or WiFi (wireless fidelity).
  • NFC near field communication
  • USB universal serial bus
  • WiFi wireless fidelity
  • the electronic device 100 includes at least one of an external device authentication module 100-1, a content/function/policy information DB 100-2, an external device information DB 100-3, and a content DB 104 can do.
  • the at least one external device 100a may be a device designed for various purposes, such as convenience of use of the electronic device 100, increase of aesthetics, enhancement of usability, etc. .
  • At least one external device 100a may or may not be in physical contact with the electronic device 100 .
  • the at least one external device 100a is functionally connected to the electronic device 100 using a wired/wireless communication module, and receives control information for controlling content or functions in the electronic device 100 . can be transmitted
  • the first server 310 may include a server for a service related to the at least one external device 100a, a cloud device, or a hub device for controlling a service in a smart home environment.
  • the first server 310 may include one or more of an external device authentication module 311 , a content/function/policy information DB 312 , an external device information DB 313 , and an electronic device/user DB 314 .
  • the first server 310 may be referred to as an authentication management server, an authentication server, or an authentication-related server.
  • the second server 320 may include a server or a cloud device for providing a service or content, or a hub device for providing a service in a smart home environment.
  • the second server 320 may include one or more of a content DB 321 , an external device specification information DB 322 , a content/function/policy information management module 323 , or a device/user authentication/management module 324 .
  • the second server 130 may be referred to as a content management server, a content server, or a content-related server.
  • 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 151 is disposed on the front surface of the terminal body to output information. As shown, the window 151a of the display 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 151 , first and second sound output units 152a and 152b , a proximity sensor 141 , an illuminance sensor 142 , and a light output unit ( 154), first and second cameras 121a and 121b, first and second operation units 123a and 123b, a microphone 122, a wired communication module 160, and the like may be provided.
  • the display 151 displays (outputs) information processed by the electronic device 100 .
  • the display 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.
  • UI User Interface
  • GUI Graphic User Interface
  • two or more displays 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 151 may include a touch sensor for sensing a touch on the display 151 so as to receive a control command input by a touch method. Using this, when a touch is made on the display 151, the touch sensor detects the touch, and the processor 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 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. 2A ). 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 loudspeaker 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 processor 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 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 that is manipulated 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 by a touch, push, or scroll, while the user receives 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 processor 180 may use fingerprint information detected through the fingerprint recognition sensor as an authentication means.
  • the fingerprint recognition sensor may be embedded in the display 151 or the user input unit 123 .
  • the wired communication module 160 serves as a path through which the electronic device 100 can be connected to an external device.
  • the wired communication module 160 includes a connection terminal for connection with another device (eg, earphone, external speaker), a port for short-range communication (eg, an infrared port (IrDA Port), a Bluetooth port ( Bluetooth Port), a wireless LAN port, etc.], or at least one of a power supply terminal for supplying power to the electronic device 100 .
  • the wired communication module 160 may be implemented in the form of a socket 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
  • memory card for information storage.
  • 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.
  • images may be captured in various ways using a plurality of lenses, and images of better quality may be obtained.
  • the flash 125 may be disposed adjacent to the second camera 121b. The flash 125 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.
  • the microphone 152c is configured to receive a user's voice, other sounds, and the like.
  • the microphone 152c may be provided at a plurality of locations and configured to receive stereo sound.
  • 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. 2A ) 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 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. 3A illustrates an example of a configuration in which a plurality of antennas of an electronic device may be disposed according to an embodiment.
  • a plurality of antennas 1110a to 1110d may be disposed inside or on the front side of the electronic device 100 .
  • the plurality of antennas 1110a to 1110d may be implemented in a form printed on a carrier inside the electronic device or may be implemented in a system-on-chip (Soc) form together with an RFIC.
  • Soc system-on-chip
  • the plurality of antennas 1110a to 1110d may be disposed on the front surface of the electronic device in addition to the inside of the electronic device.
  • the plurality of antennas 1110a to 1110d disposed on the front side of the electronic device 100 may be implemented as transparent antennas built into the display.
  • a plurality of antennas 1110S1 and 1110S2 may be disposed on a side surface of the electronic device 100 .
  • a 4G antenna is disposed on the side of the electronic device 100 in the form of a conductive member, a slot is formed in the conductive member region, and a plurality of antennas 1110a to 1110d radiate a 5G signal through the slot.
  • antennas 1150B may be disposed on the rear surface of the electronic device 100 so that the 5G signal may be radiated from the rear surface.
  • 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, 1150B, 1110S1 and 1110S2 on the front and/or side of the electronic device 100 .
  • the electronic device may communicate with the base station through any one of the plurality of antennas 1110a to 1110d, 1150B, 1110S1, and 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, 1110S1 and 1110S2.
  • MIMO multiple input/output
  • the electronic device includes a first power amplifier 1210 , a second power amplifier 1220 , and an RFIC 1250 .
  • 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 1210 , the second power amplifier 1220 , the controller 1250 , 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 1250 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 1250 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 1400 can be simplified.
  • the RFIC 1250 when configured as a 4G/5G separate type, it may be referred to as a 4G RFIC and a 5G RFIC, respectively.
  • the RFIC 1250 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 1250 may be configured as a 4G/5G separate type.
  • the RFIC 1250 when the RFIC 1250 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 1250 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) 1450 is configured to control the operation of each component of the electronic device. Specifically, the application processor (AP) 1450 may control the operation of each component of the electronic device through the modem 1400 .
  • the modem 1400 may be controlled through a power management IC (PMIC) for low power operation of the electronic device. Accordingly, the modem 1400 may operate the power circuits of the transmitter and the receiver in the low power mode through the RFIC 1250 .
  • PMIC power management IC
  • the application processor (AP) 500 may control the RFIC 1250 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 (1250) 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) 1450 may control the modem 1400 to enable wireless communication with the lowest power.
  • the application processor (AP) 500 may control the modem 1400 and the RFIC 1250 to perform short-distance communication using only the short-range communication module 113 even though the throughput is somewhat sacrificed.
  • the modem 300 may be controlled to select an optimal wireless interface.
  • the application processor (AP) 1450 may control the modem 1400 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) 1450 may receive the remaining battery level information from the PMIC and the available radio resource information from the modem 1400 . Accordingly, if the remaining battery level and available radio resources are sufficient, the application processor (AP) 500 may control the modem 1400 and the RFIC 1250 to receive through both the 4G base station and the 5G base station.
  • the multi-transceiving system of FIG. 3B may integrate the transmitter and 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, so that efficient resource allocation is possible.
  • the first power amplifier 1210 and the second power amplifier 1220 may operate in at least one of the first and second communication systems.
  • the first and second power amplifiers 1220 may operate in both the first and second communication systems.
  • one of the first and second power amplifiers 1210 and 1220 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 can be implemented using two antennas connected to the first power amplifier 1210 and the second power amplifier 1220 among the four antennas.
  • 2x2 UL MIMO (2 Tx) may be performed through the uplink (UL).
  • the 5G communication system is implemented with 1 Tx, only one of the first and second power amplifiers 1210 and 1220 needs to 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 1250, 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 1230 , a duplexer 1231 , a filter 1232 , and a switch 1233 .
  • 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 1230 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 1230 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 1230 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 1231 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 1210 and 1220 are applied to the antennas ANT1 and ANT4 through the first output port of the duplexer 1231 . 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 1231 .
  • the filter 1232 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 1232 may include a transmit filter connected to a first output port of the duplexer 1231 and a receive filter connected to a second output port of the duplexer 1231 .
  • the filter 1232 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 1233 is configured to transmit either only a transmit signal or a receive signal.
  • the switch 1233 may be configured in a single pole double throw (SPDT) type to separate a transmission signal and a reception signal in a time division multiplexing (TDD) method.
  • the transmission signal and the reception signal are signals of the same frequency band, and accordingly, the duplexer 1231 may be implemented in the form of a circulator.
  • the switch 1233 is also applicable to a frequency division multiplexing (FDD: Time Division Duplex) scheme.
  • FDD Fre Division Duplex
  • the switch 1233 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 1400 corresponding to a control unit.
  • the RFIC 1250 and the modem 1400 may be referred to as a first controller (or first processor) and a second controller (second processor), respectively.
  • the RFIC 1250 and the modem 1400 may be implemented as physically separate circuits.
  • the RFIC 1250 and the modem 1400 may be physically or logically divided into one circuit.
  • the modem 1400 may control and process signals for transmission and reception of signals through different communication systems through the RFIC 1250 .
  • the modem 1400 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 1400 may control the RFIC 1250 to transmit and/or receive a signal through the first communication system and/or the second communication system in a specific time and frequency resource. Accordingly, the RFIC 1250 may control transmission circuits including the first and second power amplifiers 1210 and 1220 to transmit a 4G signal or a 5G signal in a specific time period. Also, the RFIC 1250 may control receiving circuits including the first to fourth low-noise amplifiers 1310 to 1340 to receive a 4G signal or a 5G signal in a specific time period.
  • 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 layer that is, a dielectric substrate (SUB) 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.
  • the inside of the patch antenna may be formed in the form of a transparent film made of the above-described metal material.
  • the electronic device 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
  • the 28 GHz band, the 38.5 GHz band, and the 64 GHz band are being considered as frequency bands to be allocated for the 5G communication service in the millimeter wave (mmWave) band.
  • a plurality of array antennas in the millimeter wave band may be disposed in the electronic device.
  • research on 6G communication service may be performed as a subsequent release of 5G communication service through a millimeter wave (mmWave) band.
  • an array antenna capable of operating in a millimeter wave (mmWave) band for a 5G/6G communication service needs to operate in a wide band to cover one or more bands.
  • mmWave millimeter wave
  • it is difficult to design an antenna structure that operates in a wide band to cover a plurality of bands such as a 58 GHz band, a 64 GHz band, and a 70 GHz band for a 6G communication service with one antenna.
  • the present invention aims to solve the above and other problems.
  • Another object of the present invention is to provide an antenna module in which an antenna made of a transparent material operating in a millimeter wave band is disposed.
  • Another object of the present invention is to provide an antenna structure that operates in a wide band so that a plurality of bands in a millimeter wave band can be covered by one antenna.
  • Another object of the present invention is to propose an antenna structure capable of maintaining antenna performance when a transparent antenna is implemented in a millimeter wave band.
  • Another object of the present invention is to propose an antenna structure capable of improving antenna efficiency and scan angle performance when a transparent antenna is implemented in a millimeter wave band.
  • the antenna element operating in the millimeter wave band described herein for achieving this object may be implemented as the circular slot antenna of FIG. 5A or the elliptical slot antenna of FIG. 5B.
  • FIGS. 5A and 5B show configurations of a circular slot antenna and an elliptical slot antenna according to embodiments.
  • the shape of the antenna element described herein is not limited to a circular slot or an elliptical slot shape.
  • the shape of the antenna element may be implemented in an arbitrary shape, such as an n-shaped slot structure.
  • the slot antenna 1100 has a slot region (SR) having a predetermined shape in a conductive layer 1110 serving as a ground region on the front surface of a substrate disposed inside an electronic device. It can be configured to provide.
  • the shape of the slot area SR1 of the slot antenna 1100 may be a circular shape.
  • a monopole region 1120-1 may be disposed in the slot region SR1 and configured to power the slot antenna 1100 .
  • the shape of the monopole region 1120-1 may also have a circular shape to correspond to the shape of the slot region SR, but is not limited thereto.
  • the slot antenna 1100 has a slot region (SR) having a predetermined shape in a conductive layer 1110 serving as a ground region on the front surface of a substrate disposed inside an electronic device. It can be configured to provide.
  • the shape of the slot area SR2 of the slot antenna 1100 may be an elliptical shape.
  • a monopole region 1120 - 2 may be disposed in the slot region SR2 and configured to power the slot antenna 1100 .
  • the shape of the monopole region 1120 - 2 may also have an elliptical shape to correspond to the shape of the slot region SR2 , but is not limited thereto.
  • FIG. 6A is a perspective view illustrating a structure in which an antenna board on which a slot antenna is disposed and a circuit board are combined according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 6B shows a front view of a detailed configuration of a slot antenna disposed on an antenna substrate.
  • FIG. 6C shows a front view of a circuit board on which a transmission line of a co-planar substrate structure is disposed.
  • a slot antenna 1100 and a monopole region 1120 corresponding to an antenna using a transparent metal material are shown.
  • it can be replaced with a mesh pattern equivalent area.
  • the entire metal area with 2.5 ohm/sq is replaced. That is, a metal mesh grid structure antenna or a transparent material antenna It is possible to accurately model the antenna characteristics by considering the conductivity of the transparent antenna.
  • the shape of the monopole area 1120 inside the slot area SR of the slot antenna 1100 is a front view of the slot antenna 1100 configured in the form of a monopole antenna.
  • a parasitic protrusion 1120 having a rectangular structure may be formed on the slot area SR.
  • the slot forming part 1111 having a predetermined length may be formed in the left and right areas of the slot area SR.
  • the slot length SL of the slot forming part 1111 may be formed to have a length of 0.2 mm, but is not limited thereto.
  • the length in one axial direction of the oval-shaped slot region SR is 2.1 mm, and the length L from the bottom of the substrate to the slot forming part 1111 may be 1.85 mm, but is limited thereto. no.
  • the elliptical second monopole region 1122 may have a length in one axial direction of 0.4 mm and a length in the other axial direction of 1.4 mm, but is not limited thereto.
  • the conductor region may be removed in an inverted triangular structure to improve current flow.
  • the outline of the conductive layer 1110 may be formed in a streamlined shape.
  • the transmission line TL and/or the feeding portion FP formed in the ACF bonding area may be implemented as a flexible printed circuit board (FPCB).
  • the transmission line TL may be formed in a coplanar waveguide structure in which a right ground region is disposed on the left side of the transmission line TL.
  • the width of the transmission line TL may be 0.15 mm, and the distance between the transmission line TL and the boundary of the ground region may be 0.2 mm, but is not limited thereto.
  • a via hole may be disposed along a boundary at a predetermined interval in a ground region on the right and left of the transmission line TL.
  • the radius of the via hole may be 0.1 mm and the distance between the via holes may be 0.35 mm, but is not limited thereto.
  • the characteristics of the slot antenna 1100 having the ground optimization structure of FIGS. 6A to 6C and the parasitic protrusion 1111 and/or the slot forming unit 1112 are compared with those of a general slot antenna as follows.
  • a wide band is achieved by securing a plurality of resonant frequencies according to a mutual resonance relationship between an external slot and an internal monopole.
  • problems may occur when using a material with a large transmission loss, such as a transparent antenna structure, at high frequencies above mmWave. For example, it may not be easy to achieve beam gain (e.g. 3dBi or more) and scan angle (region of 1dBi or more based on a single antenna) required in a millimeter wave band with a transparent antenna.
  • the antenna performance in the millimeter wave band may be deteriorated due to the relatively high transmission loss of the transparent material formed in the transparent antenna.
  • the sheet resistance of the metal mesh region may be about 2.5 ohm/sq or more.
  • the transparent material of the transparent antenna may be applied to any one of Metal Mesh, IZTO, and ITO, but is not limited thereto.
  • the radiation area of the antenna is reduced because it is not easy to operate so that the current is transmitted to the upper part of the antenna due to high transmission loss in a high frequency band. do. Due to the reduction in the antenna radiation area, when the slot antenna is implemented as an array antenna, it may not be easy to secure antenna performance at a scan angle greater than a predetermined range.
  • a parasitic protrusion 1112 may be additionally disposed to allow current to flow well to the upper portion of the antenna in the circular slot monopole antenna structure.
  • the slot forming unit 1111 for preventing the collision of the current direction according to the wide slot area SR may be disposed outside the slot of the slot antenna 1100 .
  • the slot forming unit 1111 may be added to the slot antenna to further facilitate current flow.
  • the radiation area can be expanded to extend the scan angle of the antenna as a whole.
  • an electronic device may be configured to include a slot antenna 1100 , a monopole region 1120 , and a transceiver circuit 1250 .
  • the slot antenna 1100 is configured to include a slot region (SR) having a predetermined shape in a conductive layer (1110) serving as a ground region on the front surface of a substrate (S1) disposed inside an electronic device can be
  • the shape of the slot area SR of the slot antenna 1100 may be an elliptical shape in which an outline is formed in an optimal shape for improving antenna efficiency.
  • a partial region of the front surface of the substrate S1 may be formed of a dielectric region having a predetermined shape from which the conductive layer is removed.
  • a monopole region 1120 may be disposed in the slot region SR and configured to power the slot antenna 1100 .
  • the shape of the monopole region 1120 may also have a circular shape to correspond to the shape of the slot region SR, but is not limited thereto.
  • the monopole region 1120 may be formed on the rear surface of the substrate S1 to couple signals to the slot antenna 1100 formed on the front surface of the substrate S1 .
  • the slot antenna 1100 and the monopole region 1120 may be disposed on the same surface or different surfaces of the substrate S1 .
  • the slot antenna 1100 and the monopole region 1120 may be disposed on different surfaces of the antenna substrate S1. have.
  • the slot antenna 1100 and the monopole region 1120 are disposed on different surfaces of the antenna substrate S1. can
  • the monopole region 1120 may be configured to include a monopole region 1120b and a power supply unit 1120c.
  • the first power feeding unit 1120a may be configured to be connected to the transmission line TL of the circuit board S2 .
  • the feeding unit 1120c may extend from the monopole region 1120b and may be formed in a predetermined shape so that signals are coupled to the slot antenna 1100 .
  • the monopole region 1120b may be formed in an elliptical shape in which a length in one direction is longer than a length in the other direction. That is, the monopole region 1120b may be formed in an elliptical shape in which the length in the z-axis direction is longer than the length in the y-axis direction.
  • the shape of the slot antenna 1100 and the second feeding unit 1120b may be circular or oval.
  • the feeding part 1120 may be formed from the lower end of the substrate S1 , and the second feeding part 1120b may be disposed in the slot area SR.
  • the center of the power feeder 1120 may also be offset downward from the center of the substrate S1 . Accordingly, the center line of the power feeding unit 1120 may be disposed below the center line of the slot antenna 1100 of the substrate S1 .
  • the center of the power feeding unit 1120 may be offset downward from the center of the slot area SR. That is, the center line of the feeding unit 1120 may be disposed below the center line of the slot area. Accordingly, in addition to the component directly radiated by the power supply unit 1120 , the antenna efficiency can be improved by increasing the component coupled to the slot region SR and radiated.
  • the slot antenna 1100 may be disposed to be offset in a downward direction of the substrate.
  • a dielectric region (DR) may be offset in an upper direction of the substrate S1 to be disposed in a left region and a right region of the slot antenna 1100 .
  • a region from which the conductive layer is removed from the upper left region of the substrate S1 may be referred to as a first dielectric region DR1 .
  • a region from which the conductive layer is removed from the upper right region of the substrate S1 may be referred to as a second dielectric region DR2 .
  • the substrate S1 on which the slot antenna 1100 is disposed may be vertically disposed with the circuit board S2 on which the transceiver circuit 1250 is disposed.
  • the transmission line TL electrically connected to the transceiver circuit 1250 may be vertically electrically connected to the power supply unit 1120 .
  • the transmission line TL may be formed in a coplanar waveguide structure in which ground regions are disposed on one side and the other side.
  • the interface region of the circuit board S2 connected to the glass substrate on which the slot antenna 1100 disposed in the form of a transparent antenna is disposed on the display of the electronic device may be implemented in the form of ACF bonding.
  • the transmission line TL may be formed in a coplanar waveguide structure in which a ground region is disposed on one side and the other side.
  • the transceiver circuit 1250 may be configured to apply a signal through the power feeding unit 1120 so that a signal of a predetermined band is radiated through the slot antenna 1100 .
  • the electronic device may be configured to further include the baseband processor 1400 in the slot antenna 1100 , the monopole region 1120 , and the transceiver circuit 1250 .
  • the baseband processor 1400 may be operatively coupled to the transceiver circuit 1250 .
  • the baseband processor 1400 may be configured to control the transceiver circuit 1250 to perform beamforming and/or multiple input/output (MIMO) through a plurality of slot antennas.
  • MIMO multiple input/output
  • the dielectric region DR from which the conductive layer 1110 is removed is formed in a triangular shape to induce a current in the ground region into the slot region SR to increase the efficiency of the slot antenna 1100 .
  • the dielectric regions DR disposed on the left and right sides of the slot antenna 1100 may be referred to as metal elimination regions.
  • the ground region may be removed in a triangular shape so that a current of the conductive layer 1110 corresponding to the ground region can be appropriately induced around the slot region SR.
  • the length of each side of the right triangle corresponding to the dielectric region DR from which the ground region is removed may be expressed as x1 and y1. Lengths x1 and y1 of each side of the dielectric region DR from which the ground region is removed may be determined in proportion to the target wavelength.
  • ⁇ _min the longest wavelength based on the applied frequency band.
  • An end point in one axial direction of the dielectric region DR may be disposed as a central region of the substrate rather than a boundary point of a central line in one axial direction of the slot region SR. That is, the end point y1 of the dielectric region DR in the y-axis direction may be disposed as the central region of the substrate S1 rather than the boundary point y2 of the central line in the y-axis direction of the slot region SR. have.
  • an end point of the dielectric region DR in the other axial direction may be disposed below the center line of the slot regions SR1 and SR2 . That is, the end point x1 of the dielectric region DR in the x-axis direction may be disposed below the position x2 of the center line of the slot region SR.
  • the conductive layer 1110 serving as a ground region constituting the slot antenna 1100 may be configured in various shapes to improve antenna efficiency and expand the scan area.
  • the slot antenna 1100 may include a slot formation portion 1111 formed so that the slot region SR protrudes into the conductive layer 1110 in one axial direction of the substrate S1 . That is, the slot antenna 1100 may include the slot forming part 1111 formed so that the slot region SR protrudes into the conductive layer 1110 in the horizontal axis (y-axis) direction of the substrate S1 .
  • the slot antenna 1100 may include a parasitic protrusion portion 1112 formed so that the conductive layer 1110 protrudes into the slot region SR in the other axial direction of the substrate S1 . That is, the slot antenna 1100 may include a parasitic protrusion 1112 formed so that the conductive layer 1110 protrudes into the slot region SR in the vertical axis (z-axis) direction of the substrate S1 .
  • the parasitic protrusion 1112 may be referred to as a metal protrusion or a ground protrusion because the conductive layer 1110 corresponding to the ground region is extended to the slot region SR.
  • the slot antenna 1100 may be configured to include both the slot forming part 1111 and the parasitic protrusion 1112 .
  • the slot forming part 1111 may be formed such that the slot region SR protrudes into the conductive layer 1110 in one axial direction of the substrate S1 .
  • the parasitic protrusion 1112 may be formed such that the conductive layer 1110 protrudes into the slot region SR in the other axial direction of the substrate S1 .
  • the parasitic protrusion 1112 may be disposed only on the upper portion of the slot area in which the feeding part 1120 is not disposed. This is because, if the parasitic protrusion 1112 is also disposed below the slot area, the antenna performance may be deteriorated due to interference with the power feeding unit 1120 . Alternatively, if the parasitic protrusion 1112 is also disposed below the slot area, the antenna performance may be sensitively changed according to a manufacturing error.
  • the slot antenna 1100 may be configured to operate in a plurality of frequency bands of a millimeter wave (mmWave) band, that is, a wide band.
  • the slot antenna 1100 may be configured to operate in a first frequency band of a millimeter wave (mmWave) band and a second frequency band higher than the first frequency band.
  • the first frequency band and the second frequency band may be a 58 GHz band and a 70 GHz band, respectively, but are not limited thereto.
  • the length from the bottom of the substrate to the parasitic protrusion 1112 may be set in proportion to the wavelength of the first frequency within the first frequency band.
  • a length from the bottom of the substrate to the parasitic protrusion 1112 may be set in proportion to a wavelength corresponding to 58 GHz.
  • FIGS. 7A and 7B show current distributions in the 58 GHz band and the 70 GHz band of the slot antenna described herein.
  • the height H of the additional slot portion of the antenna is basically expressed as the height from the bottom of the outer slot to the starting point where current and current are merged or classified when viewed from the bottom of the outer slot to the top of the outer slot.
  • the target frequency is f_1 to f_N on a broadband basis
  • H (h_1 + h_N) / N
  • h_k means the height of the starting point at which the current corresponding to the k frequency is joined or classified).
  • H_mk is the k-th frequency index having the origin
  • M is the number of target frequencies having the origin).
  • the height (H) of the additional slot part may be H ⁇ depending on the tolerance ⁇ .
  • the first length L1 from the bottom of the substrate to the first slot forming portion 1111a formed on one side is the second length L2 from the bottom of the substrate to the second slot forming portion 1111b formed on the other side.
  • the first length L1 to the first slot forming part 1111a and the second length L2 to the second slot forming part 1111b may be set differently for different target frequencies, respectively.
  • the first length L1 and the second length L2 may be set in consideration of wavelengths of different frequencies.
  • the first length L1 to the first slot forming part 1111a may be set in consideration of the wavelength of the highest frequency.
  • the second length L2 up to the second slot forming part 1111b may be set in consideration of the wavelength of the intermediate frequency.
  • the length from the bottom of the substrate to the parasitic protrusion 1112 may be set in consideration of the wavelength corresponding to the lowest frequency of 58 GHz.
  • the first length L1 to the first slot forming unit 1111a may be set in consideration of a wavelength corresponding to the highest frequency of 70 GHz.
  • the second length L2 to the second slot forming part 1111b may be set in consideration of a wavelength corresponding to an intermediate frequency of 64 GHz.
  • the length from the bottom of the substrate to the parasitic protrusion 1112 may be set in proportion to the wavelength of the first frequency within the first frequency band.
  • the first length L1 from the lower end of the substrate to the first slot forming part 1111a may be set in proportion to the wavelength of the second frequency within the second frequency band.
  • the second length L2 from the bottom of the substrate to the second slot forming part 1111b may be set in proportion to the wavelength of a specific frequency between the first frequency and the second frequency. Accordingly, the second length L2 up to the second slot forming part 1111b may be formed to be longer than the first length L1 up to the first slot forming part 1111a.
  • the first length L1 to the first slot forming unit 1111a may be set in consideration of a wavelength corresponding to a frequency of 64 GHz.
  • the second length L2 to the second slot forming unit 1111b may be set in consideration of the wavelength corresponding to the highest frequency of 70 GHz.
  • the length of the slot forming unit 1111 in one axial direction of the substrate may be determined in consideration of current flow at the starting point where currents are merged or divided.
  • FIG. 8 shows current distributions at different frequencies in consideration of the slot forming part formed outside the slot area.
  • the length L in one axial direction of the substrate of the slot forming unit 1111 may be formed to be greater than or equal to the minimum length Lmin to improve the flow of current. That is, the length L of the slot forming part 1111 is greater than or equal to the minimum length Lmin to improve the flow of current in the direction in which the current is divided or merged in the conductive layer 1110 outside the slot region SR. can be formed.
  • the length (L) of the slot forming part 1111 may be formed to be less than or equal to the maximum length (Lmax) so as not to interfere with the flow of current at other frequencies where the current is not divided or merged.
  • the length (L) of the slot to be added must be at least the minimum length (Lmin) that allows the current to flow well in the direction of the starting point where the current is merged or split outside the slot.
  • the length of the slot forming unit 1120 is the minimum length (Lmin) so that the current is joined in the slot forming unit 1120 outside the slot region SR at the highest frequency of 70 GHz. It can be formed above.
  • the length (L) of the slot to be added must be greater than or equal to the maximum length (Lmax) that does not prevent the current direction from being disturbed at other frequencies where the current does not merge or split.
  • the length of the slot forming unit 1120 is the maximum length so that currents are not joined or classified in the slot forming unit 1120 outside the slot region SR at the intermediate frequency of 64 GHz. (Lmin) or less.
  • the length of the slot forming unit 1120 is formed to a predetermined length L so that the current is divided into the slot forming unit 1120 outside the slot region SR at the lowest frequency of 58 GHz.
  • the predetermined length L of the slot forming unit 1120 may be a value between a value equal to or greater than the aforementioned minimum length Lmin and a value less than or equal to the maximum length Lmax.
  • the length of the parasitic protrusion 1112 in the other axial direction of the substrate may be set in consideration of an induced current due to a magnetic current in the slot.
  • FIGS. 9A to 9C show current distributions at different frequencies in consideration of the parasitic protrusion formed outside the slot area.
  • the length PL of the parasitic protrusion 1112 in the other axial direction of the substrate may be formed to be greater than or equal to the minimum length PLmin for transmitting the induced current to the parasitic protrusion 1112 outside the slot region SR. have.
  • the induced current is formed by the magnetic current inside the slot region SR.
  • the length PL in the other axial direction of the substrate of the parasitic protrusion 1112 does not change the resonance frequency by electrical coupling between the slot region SR by the parasitic protrusion 1112 and the feeding unit 1120 . It may be formed to be less than or equal to the maximum length PLmax.
  • the parasitic protrusion 1112 disposed on the outer upper portion of the slot region SR may be formed in a rectangular shape, a rectangular shape, a polygonal shape, a circular shape, or an elliptical shape.
  • the purpose of the parasitic protrusion 1112 is to allow a current to flow well to the upper outer portion of the slot region SR.
  • the length PL of the parasitic protrusion 1112 may change the resonant frequency between the feeding units 1120 inside the slot area SR at the upper periphery of the slot area SR. That is, the length PL of the parasitic protrusion 1112 may change the resonance frequency between monopole elements corresponding to the power feeding unit 1120 at the upper periphery of the slot region SR. Therefore, the length PL of the parasitic protrusion 1112 is determined to be a value between the maximum length PLmax that does not change the resonance frequency and the minimum length PLmin for transmitting a meaningful induced current by magnetic current to the outer slot.
  • the length of the parasitic protrusion 1112 may be set to be less than or equal to the maximum length PLmax so as not to deform the resonant frequency of the slot antenna 1100 .
  • the length of the parasitic protrusion 1112 must be greater than or equal to the minimum length PLmin for transmitting the induced current to the parasitic protrusion 1112 outside the slot region SR.
  • it may be formed to be longer than the minimum length PLmin for transmitting an induced current to the parasitic protrusion 1112 outside the slot region SR at an intermediate frequency of 64 GHz.
  • the length of the parasitic protrusion 1112 is a predetermined length PL to transmit the induced current to the parasitic protrusion 1112 outside the slot region SR at 58 GHz, which is the lowest frequency.
  • the predetermined length PL of the parasitic protrusion 1112 may be between a value equal to or greater than the aforementioned minimum length PLmin and a value less than or equal to the maximum length PLmax.
  • FIG. 10 shows electrical characteristics of the antenna having the slot antenna structure of FIGS. 6A to 6C.
  • FIG. 10( a ) shows a reflection coefficient characteristic of a slot antenna.
  • FIG. 10(b) shows the peak gain characteristic of the slot antenna.
  • FIG. 11 shows the gain and radiation characteristics of the antenna having the slot antenna structure of FIGS. 6A to 6C. Specifically, FIG. 11( a ) shows a gain value at 58 GHz for each scan angle. Meanwhile, FIG. 11(b) shows a gain value at 64 GHz for each scan angle. In addition, FIG. 11(c) shows the gain value at 70 GHz for each scan angle.
  • the bandwidth may be 56.3 GHz to 70.49 GHz.
  • the bandwidth of the slot antenna 1100 may be based on a reflection coefficient of -10 dB or less.
  • the peak gains may be 5.9 dBi, 7.2 dBi, and 7.6 dBi at 58 GHz, 64 GHz, and 70 GHz, respectively.
  • the beam peak direction may be a bore site direction corresponding to a vertical direction regardless of a frequency change within a band.
  • a region having an antenna gain of 1 dBi or more may range from -45 degrees to 45 degrees in a horizontal direction and 60 degrees to 130 degrees in a vertical direction.
  • a region having an antenna gain of 1 dBi or more may be in a range of -40 degrees to 40 degrees in a horizontal direction and 50 degrees to 130 degrees in a vertical direction.
  • the region having an antenna gain of 1 dBi or more may range from -45 degrees to 45 degrees in the horizontal direction and 30 degrees to 120 degrees in the vertical direction.
  • the antenna radiation pattern and gain value are maintained within a wide angular range in the horizontal and vertical directions in the lowest frequency to the highest frequency range. Accordingly, there is an advantage that a scan loss due to a beam scan can be minimized when an array antenna is implemented by arranging a plurality of the slot antenna 1100 elements described in this specification.
  • the scan angle may be extended in both horizontal and vertical directions.
  • the scan angle can be extended in both horizontal and vertical directions during beam forming (beam scan) through the array antenna.
  • the scan angle can be expanded in both the horizontal and vertical directions when forming a beam (beam scan) through the array antenna.
  • FIG. 12 compares gain characteristics in the horizontal/vertical angular range according to the slotted monopole antenna having the existing legacy structure and the slot antenna described herein.
  • the ground outer structure is optimized as shown in FIGS. 6A to 6C , and the arrangement of the slot forming part 1111 and/or the parasitic protrusion 1112 is optimized.
  • a region having an antenna gain of 1 dBi or more may be extended by about 5 degrees in the vertical direction at 58 GHz.
  • the slot antenna before optimization has a scannable angle ranging from -45 degrees to 45 degrees in the horizontal direction and 55 degrees to 120 degrees in the vertical direction.
  • the optimized slot antenna has a scannable angle ranging from -45 degrees to 45 degrees in the horizontal direction and 60 degrees to 130 degrees in the vertical direction.
  • the optimized slot antenna has an optimized slot outline, a slot forming part, and a parasitic protrusion compared to the slot antenna before optimization.
  • a region having an antenna gain of 1 dBi or more may be extended by about 15 degrees in the vertical direction at 64 GHz.
  • the slot antenna before optimization has a scannable angle ranging from -40 degrees to 40 degrees in the horizontal direction and 65 degrees to 130 degrees in the vertical direction.
  • the optimized slot antenna has a scannable angle ranging from -40 degrees to 40 degrees in the horizontal direction and 50 degrees to 130 degrees in the vertical direction.
  • a region having an antenna gain of 1 dBi or more may be extended by about 6 degrees in the horizontal direction and about 30 degrees in the vertical direction at 70 GHz.
  • the gain characteristic at the highest frequency within the band such as 70 GHz is improved.
  • the slot antenna before optimization has a scannable angle ranging from -42 degrees to 42 degrees in the horizontal direction and 70 degrees to 130 degrees in the vertical direction.
  • the optimized slot antenna has a scannable angle ranging from -45 degrees to 45 degrees in the horizontal direction and 30 degrees to 120 degrees in the vertical direction. Accordingly, the slot antenna 1100 described in this specification has an advantage in that it can improve antenna characteristics in the entire band when scanning a beam through the array antenna.
  • An array antenna may be implemented by combining the slot antennas described in this specification at a predetermined interval and combining them by a power combiner.
  • FIG. 13 shows an example in which a slot antenna according to an embodiment is configured with one or more array antennas.
  • the array antennas ANT1 to ANT4 may be operatively coupled to the transceiver circuit 1250 and the baseband processor 1400 .
  • each of the array antennas ANT1 to ANT4 corresponding to the antenna module may be arranged in plurality in the electronic device to perform multiple input/output.
  • FIG. 13 discloses a plurality of array antennas including a plurality of antenna elements and a configuration for controlling them according to an embodiment.
  • the plurality of array antennas may be configured to include first antennas ANT1 to fourth antennas ANT4.
  • the first antenna ANT1 to the fourth antenna ANT4 may be disposed on the left, right, upper and lower sides of the electronic device.
  • positions at which the first antennas ANT1 to ANT4 are disposed are not limited thereto and may be changed according to applications.
  • the slot antenna 1100 described in this specification may be implemented as a transparent antenna using a metal mesh grid structure or a transparent material. Accordingly, the first antennas ANT1 to ANT4 configured as the slot antenna 1100 in the form of a transparent antenna may be disposed on a transparent material substrate inside the display 151 of the electronic device.
  • the first antenna ANT1 to the fourth antenna ANT4 may be disposed on the front area of the display 151 . In another embodiment, the first antenna ANT1 to the fourth antenna ANT4 may be disposed on a side area of the display 151 .
  • the circuit board S2 of FIGS. 6A and 6C may be disposed inside the electronic device. 6A and 13 , the circuit board S2 vertically coupled to the antenna board S1 may be disposed perpendicular to the plane on which the display 151 is disposed. In this regard, the first antenna ANT1 to the fourth antenna ANT4 may be disposed on the front area of the display 151 .
  • the circuit board S2 vertically coupled to the antenna substrate S1 may be disposed parallel to a plane on which the display 151 is disposed.
  • the first antenna ANT1 to the fourth antenna ANT4 may be disposed on a side area of the display 151 . Since the display area may be extended to the side area of the electronic device, the first antennas ANT1 to ANT4 implemented as transparent antennas made of a transparent material may be disposed on the side surface of the electronic device.
  • the first antenna ANT1 to the fourth antenna ANT4 may be operatively coupled to the first front end module FEM1 to the fourth front end module FEM4, respectively.
  • each of the first front-end module FEM1 to the fourth front-end module FEM4 may include a phase controller, a power amplifier, and a reception amplifier.
  • Each of the first front-end module FEM1 to the fourth front-end module FEM4 may include some components of the transceiver circuit 1250 corresponding to the RFIC.
  • the baseband processor 1400 may be operatively coupled to the first front-end module FEM1 to the fourth front-end module FEM4 .
  • the processor 1400 may include some components of the transceiver circuit 1250 corresponding to the RFIC.
  • the processor 1400 may include a baseband processor 1400 corresponding to a modem.
  • the processor 1400 may be provided in the form of a System on Chip (SoC) to include some components of the transceiver circuit 1250 corresponding to the RFIC and the baseband processor 1400 corresponding to the modem.
  • SoC System on Chip
  • the slot antenna 1100 may include slot array antennas ANT1 to ANT4 in which a plurality of slot antenna elements are spaced apart from each other at predetermined intervals.
  • the transceiver circuit 1400 may control the phases of signals applied to the plurality of slot antenna elements. Accordingly, beamforming may be performed in the first frequency band of the millimeter wave band and the second frequency band higher than the first frequency band.
  • the slot array antenna may include a plurality of slot array antennas ANT1 to ANT4 on the display of the electronic device in the form of a transparent antenna, and may be operatively coupled to the transceiver circuit 1250 .
  • the plurality of slot array antennas ANT1 to ANT4 may correspond to the first antennas 1110a to 1110d of FIG. 3A or 4A .
  • the baseband processor 1400 may control the transceiver circuit 1250 to perform multiple input/output (MIMO) through the plurality of slot array antennas ANT1 to ANT4.
  • MIMO multiple input/output
  • the slot array antenna may be composed of a plurality of slot array antennas ANT1 to ANT4 disposed on different sides of the electronic device.
  • the plurality of slot array antennas ANT1 to ANT4 may be disposed on the side of the electronic device like the antennas 1110S1 and 1110S2 of FIG. 3A .
  • the baseband processor 1400 may control the transceiver circuit 1250 to perform multiple input/output (MIMO) through the plurality of slot array antennas ANT1 to ANT4.
  • MIMO multiple input/output
  • the baseband processor 1400 may control the first front-end module FEM1 to the fourth front-end module FEM4 to radiate a signal through at least one of the first antenna ANT1 to the fourth antenna ANT4. have.
  • an optimal antenna may be selected based on the quality of signals received through the first antenna ANT1 to the fourth antenna ANT4 .
  • the baseband processor 1400 is configured to perform multiple input/output (MIMO) through two or more of the first to fourth antennas ANT1 to ANT4, the first to fourth front-end modules FEM1 to FEM4. can be controlled.
  • MIMO multiple input/output
  • an optimal antenna combination may be selected based on the quality and interference level of signals received through the first antenna ANT1 to the fourth antenna ANT4 .
  • the baseband processor 1400 is configured to perform carrier aggregation (CA) through at least one of the first antenna ANT1 to the fourth antenna ANT4, so that the first front end module FEM1 to the fourth front end module FEM1 to the fourth front end module 1400 are performed.
  • CA carrier aggregation
  • FEM4 can be controlled.
  • carrier aggregation CA may be performed through one array antenna.
  • the baseband processor 1400 may determine signal quality in the first band and the second band for each antenna.
  • the baseband processor 1400 may perform carrier aggregation (CA) through one antenna in the first band and another antenna in the second band, based on signal quality in the first band and the second band.
  • CA carrier aggregation
  • an electronic device having an array antenna operating in a millimeter wave band (mmWave) according to an aspect of the present invention has been described.
  • an antenna module implemented as an array antenna operating in a millimeter wave band (mmWave) according to another aspect of the present invention will be described.
  • all descriptions of the electronic device including the slot antenna-shaped array antenna are also applicable to the following antenna module.
  • an antenna module ANT including a transparent antenna included in a display may include a slot antenna 1100 and a monopole region 1120 .
  • the slot antenna 1100 may be configured such that a slot area SR having a predetermined shape is provided in a conductive layer 1110 serving as a ground area on the front surface of a glass substrate disposed inside the electronic device.
  • the feeding unit 1120 may be disposed in the slot area SR and configured to feed the slot antenna 1100 .
  • the conductive layer 1110 and the power feeding unit 1120 may be formed of a transparent material, and a partial region of the front surface of the glass substrate may be formed of a dielectric region having a predetermined shape from which the conductive layer is removed.
  • the slot antenna 1100 has a slot formation portion formed so that the slot area SR protrudes into the conductive layer 1110 from one side and the other side of the slot area SR in one axial direction of the substrate S1, 1111) may be included.
  • the slot antenna 1100 may include a parasitic protrusion portion 1112 formed so that the conductive layer 1110 protrudes into the slot region SR in the other axial direction of the substrate S1 .
  • the parasitic protrusion 1112 may be disposed only on the upper portion of the slot area SR where the power feeding part 1120 is not disposed.
  • the slot antenna 1100 may be formed of a plurality of slot array antennas ANT1 to ANT4 on the display 151 of the electronic device in the form of a transparent antenna.
  • a signal applied to each antenna element of the slot antenna 1100 may be controlled through the transceiver circuit 1250 and the baseband processor 1400 disposed inside the electronic device.
  • the baseband processor 1400 may be operatively coupled to the transceiver circuit 1250 .
  • the baseband processor 1400 may control the transceiver circuit to perform multiple input/output (MIMO) through the plurality of slot array antennas ANT1 to ANT4.
  • MIMO multiple input/output
  • the electronic device described herein may simultaneously transmit or receive information from various entities, such as a peripheral electronic device, an external device, or a base station. If necessary, referring to FIGS. 1 to 13 , the electronic device may perform multiple input/output (MIMO) through the antenna module 1100 and the transceiver circuit 1250 and the baseband processor 1400 controlling the antenna module 1100. have. Multiple input/output (MIMO) may be performed to improve communication capacity and/or reliability of information transmission and reception. Accordingly, the electronic device may simultaneously transmit or receive different information from various entities to improve communication capacity. Accordingly, the communication capacity may be improved through the MIMO operation in the electronic device without extending the bandwidth.
  • MIMO multiple input/output
  • the electronic device may simultaneously transmit or receive the same information from various entities at the same time to improve reliability for surrounding information and reduce latency.
  • URLLC Ultra Reliable Low Latency Communication
  • the electronic device may operate as a URLLC UE.
  • the base station performing scheduling may preferentially allocate a time slot for an electronic device operating as a URLLC UE. For this, some of the specific time-frequency resources already allocated to other UEs may be punctured.
  • the plurality of array antennas ANT1 to ANT4 may operate in a wide band in a first frequency band of a 28 GHz band and a second frequency band of a 38.5 GHz band.
  • the baseband processor 1400 may perform multiple input/output (MIMO) through some of the plurality of antenna elements ANT1 to ANT4 in the first frequency band.
  • the baseband processor 1400 may perform multiple input/output (MIMO) through some of the plurality of antenna elements ANT1 to ANT4 in the second frequency band.
  • MIMO multiple input/output
  • MIMO may be performed using array antennas that are spaced apart from each other by a sufficient distance and rotated at a predetermined angle. Accordingly, there is an advantage in that the isolation between the first signal and the second signal within the same band can be improved.
  • At least one array antenna among the first antenna ANT1 to the fourth antenna ANT4 in the electronic device may operate as a radiator in the first frequency band. Meanwhile, one or more array antennas among the first to fourth antennas ANT1 to ANT4 may operate as a radiator in the second frequency band.
  • the baseband processor 1400 may perform multiple input/output (MIMO) through two or more array antennas among the first antennas ANT1 to ANT4 in the first frequency band. Meanwhile, the baseband processor 1400 may perform multiple input/output (MIMO) through two or more array antennas among the first antenna ANT1 to the fourth antenna ANT4 in the second frequency band.
  • MIMO multiple input/output
  • the baseband processor 1400 may transmit a time/frequency resource request of the second frequency band to the base station when the signal quality of the two or more array antennas in the first frequency band are all less than or equal to a threshold value. Accordingly, when the time/frequency resource of the second frequency band is allocated, the baseband processor 1400 performs multiple input/output ( MIMO) can be performed.
  • MIMO multiple input/output
  • multiple input/output may be performed using the same two or more array antennas. Accordingly, power consumption can be prevented by turning the corresponding front-end module (FEM) on/off again as the array antenna is changed. In addition, it is possible to prevent performance degradation due to settling time of an electronic component, for example, an amplifier caused by turning on/off the corresponding front-end module (FEM) again as the array antenna is changed.
  • the resource of the second frequency band is allocated, at least one of the two or more array antennas is changed, and multiple input/output (MIMO) may be performed through the corresponding array antennas. Accordingly, if it is determined that communication through the corresponding array antenna is difficult due to different propagation environments in the first and second frequency bands, another array antenna may be used.
  • MIMO multiple input/output
  • the baseband processor 1400 is configured to receive the second signal of the second band while receiving the first signal of the first band through one of the first antennas ANT1 to ANT4.
  • the transceiver circuit 1250 may be controlled.
  • CA carrier aggregation
  • the baseband processor 1400 may perform carrier aggregation (CA) through a band in which the first frequency band and the second frequency band are combined. Accordingly, in the present invention, when it is necessary to transmit or receive large-capacity data in an electronic device, there is an advantage that broadband reception is possible through carrier aggregation.
  • CA carrier aggregation
  • the electronic device may perform Enhanced Mobile Broad Band (eMBB) communication and the electronic device may operate as an eMBB UE.
  • eMBB Enhanced Mobile Broad Band
  • a base station performing scheduling may allocate a wideband frequency resource for an electronic device operating as an eMBB UE.
  • carrier aggregation (CA) may be performed on spare frequency bands except for the frequency resources already allocated to other UEs.
  • FIG. 14 illustrates a block diagram of a wireless communication system to which the methods proposed in the present specification can be applied.
  • the wireless communication system includes a first communication device 910 and/or a second communication device 920 .
  • 'A and/or B' may be interpreted as having the same meaning as 'including at least one of A or B'.
  • the first communication device may represent the base station, and the second communication device may represent the terminal (or the first communication device may represent the terminal or vehicle, and the second communication device may represent the base station).
  • Base station is a fixed station (fixed station), Node B, evolved-NodeB (eNB), gNB (Next Generation NodeB), BTS (base transceiver system), access point (AP: Access Point), gNB (general) NB), 5G system, network, AI system, RSU (road side unit), may be replaced by terms such as robot.
  • the terminal may be fixed or have mobility
  • UE User Equipment
  • MS Mobile Station
  • UT user terminal
  • MSS Mobile Subscriber Station
  • SS Subscriber Station
  • AMS Advanced Mobile
  • WT Wireless terminal
  • MTC Machine-Type Communication
  • M2M Machine-to-Machine
  • D2D Device-to-Device
  • vehicle robot
  • AI module may be replaced by terms such as
  • the first communication device and the second communication device include a processor 911,921, a memory 914,924, one or more Tx/Rx radio frequency modules 915,925, Tx processors 912,922, Rx processors 913,923 , including antennas 916 and 926 .
  • the processor implements the functions, processes and/or methods salpinned above. More specifically, in DL (communication from a first communication device to a second communication device), an upper layer packet from the core network is provided to the processor 911 .
  • the processor implements the functions of the L2 layer.
  • the processor provides multiplexing between logical channels and transport channels, allocation of radio resources to the second communication device 920, and is responsible for signaling to the second communication device.
  • a transmit (TX) processor 912 implements various signal processing functions for the L1 layer (ie, the physical layer).
  • the signal processing function facilitates forward error correction (FEC) in the second communication device, and includes coding and interleaving.
  • FEC forward error correction
  • the coded and modulated symbols are divided into parallel streams, each stream mapped to OFDM subcarriers, multiplexed with a reference signal (RS) in the time and/or frequency domain, and using Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) are combined together to create a physical channel carrying a stream of time domain OFDMA symbols.
  • RS reference signal
  • IFFT Inverse Fast Fourier Transform
  • the OFDM stream is spatially precoded to generate multiple spatial streams.
  • Each spatial stream may be provided to a different antenna 916 via a separate Tx/Rx module (or transceiver) 915 .
  • Each Tx/Rx module may modulate an RF carrier with a respective spatial stream for transmission.
  • each Tx/Rx module (or transceiver) 925 receives a signal via each antenna 926 of each Tx/Rx module.
  • Each Tx/Rx module recovers information modulated with an RF carrier and provides it to a receive (RX) processor 923 .
  • the RX processor implements the various signal processing functions of layer 1.
  • the RX processor may perform spatial processing on the information to recover any spatial streams destined for the second communication device. If multiple spatial streams are destined for the second communication device, they may be combined into a single OFDMA symbol stream by multiple RX processors.
  • the RX processor uses a Fast Fourier Transform (FFT) to transform the OFDMA symbol stream from the time domain to the frequency domain.
  • the frequency domain signal includes a separate OFDMA symbol stream for each subcarrier of the OFDM signal.
  • the symbols and reference signal on each subcarrier are recovered and demodulated by determining the most probable signal placement points transmitted by the first communication device. These soft decisions may be based on channel estimate values.
  • the soft decisions are decoded and deinterleaved to recover the data and control signal originally transmitted by the first communication device on the physical channel. Corresponding data and control signals are provided to the processor 921 .
  • the UL (second communication device to first communication device) is handled in the first communication device 910 in a manner similar to that described with respect to the receiver function in the second communication device 920 .
  • Each Tx/Rx module 925 receives a signal via a respective antenna 926 .
  • Each Tx/Rx module provides an RF carrier and information to the RX processor 923 .
  • the processor 921 may be associated with a memory 924 that stores program code and data. Memory may be referred to as a computer-readable medium.
  • an antenna module in which antenna performance is maintained in a broadband frequency range of a millimeter wave band.
  • an antenna module capable of implementing target radiation efficiency and target gain in a desired entire band of the millimeter wave band.
  • a slot antenna structure having a wide scan angle range in a millimeter wave band may be presented.
  • the slot antenna structure having a wide scan angle range in the millimeter wave band it is possible to minimize scan loss due to beamforming of the slot array antenna.
  • 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 a control unit of the terminal.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

일 실시 예에 따른 안테나를 구비하는 전자 기기가 제공된다. 상기 전자 기기는 상기 전자 기기 내부에 배치되는 기판(substrate)의 전면에 그라운드 영역으로 동작하는 도전 층(conductive layer)에 소정 형상의 슬롯 영역이 구비된 슬롯 안테나; 및 상기 슬롯 영역 내에 배치되고, 슬롯 안테나를 급전하도록 구성된 모노폴 영역(monopole region)을 포함할 수 있다. 상기 기판의 전면의 일부 영역은 도전 층이 제거된 소정 형상의 유전체 영역으로 형성될 수 있다. 상기 전자 기기는 상기 슬롯 안테나를 통해 소정 대역의 신호가 방사되도록 상기 모노폴 영역을 통해 신호를 인가하도록 구성된 송수신부 회로(transceiver circuit)를 더 포함할 수 있다.

Description

안테나를 구비하는 전자 기기
본 발명은 안테나를 구비하는 전자 기기에 관한 것이다. 특정 구현은 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나에 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. 안테나를 구비하는 전자 기기
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, 38.5GHz 대역 및 64GHz 대역이 고려되고 있다. 이와 관련하여, 밀리미터파 대역에서 다수의 배열 안테나들이 전자 기기에 배치될 수 있다.
또한, 이러한 밀리미터파(mmWave) 대역에서 6G 통신 서비스를 제공하기 위해 더욱 향상된 안테나 성능을 갖는 안테나 구조를 고려할 필요가 있다. 이러한 6G 통신 서비스를 제공하기 위한 후보 주파수 대역으로 58GHz 내지 70GHz 대역이 고려될 수 있다.
5G 통신 서비스 및 6G 통신 서비스를 제공하기 위해 안테나는 전자 기기 내부에 배치되거나 또는 디스플레이 내부에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 디스플레이 내부의 넓은 공간을 활용하면 전자 기기 내부에 배치된 기존 안테나들과 간섭 없이 안테나를 구현할 수 있다. 하지만, 이와 같이 디스플레이에 구비되는 투명 안테나는 메탈 메쉬 격자 구조 또는 투명 소재로 구현되어 전도성이 저감되는 문제점이 있다.
또한, 디스플레이에 구비되는 투명 안테나를 배열 안테나로 구현 시 빔 스캔 범위가 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 밀리미터파 대역에서 동작하는 투명 소재의 안테나를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 밀리미터파 대역에서 복수의 대역을 하나의 안테나로 커버할 수 있도록 광대역 동작하는 안테나 구조를 제시하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 밀리미터파 대역에서 투명 안테나 구현 시 안테나 성능을 유지할 수 있는 안테나 구조를 제시하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 밀리미터파 대역에서 투명 안테나 구현 시 안테나 효율 및 스캔 각도 성능을 향상시킬 수 있는 안테나 구조를 제시하기 위한 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 일 실시 예에 따른 안테나를 구비하는 전자 기기가 제공된다. 상기 전자 기기는 상기 전자 기기 내부에 배치되는 기판(substrate)의 전면에 그라운드 영역으로 동작하는 도전 층(conductive layer)에 소정 형상의 슬롯 영역이 구비된 슬롯 안테나; 및 상기 슬롯 영역 내에 배치되고, 슬롯 안테나를 급전하도록 구성된 모노폴 영역(monopole region)을 포함할 수 있다. 상기 기판의 전면의 일부 영역은 도전 층이 제거된 소정 형상의 유전체 영역으로 형성될 수 있다.
일 실시 예로, 상기 전자 기기는 상기 슬롯 안테나를 통해 소정 대역의 신호가 방사되도록 상기 모노폴 영역을 통해 신호를 인가하도록 구성된 송수신부 회로(transceiver circuit)를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 모노폴 영역은 상기 기판의 배면에 형성되고, 상기 모노폴 영역은 전송 선로와 연결된 급전부와 상기 급전부에서 연장되어 상기 슬롯 안테나로 상기 신호가 결합되도록 소정 형상으로 형성된 모노폴 영역을 포함할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 슬롯 안테나는 상기 기판의 일 축 방향으로 상기 슬롯 영역이 상기 도전 층으로 돌출되도록 형성된 슬롯 형성부(slot formation portion)를 포함할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 슬롯 안테나는 상기 기판의 타 축 방향으로 상기 도전 층이 상기 슬롯 영역으로 돌출되도록 형성된 기생 돌출부(parasitic protrusion portion)를 포함할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 슬롯 안테나는 상기 기판의 일 축 방향으로 상기 슬롯 영역의 일 측과 타 측에서 상기 슬롯 영역이 상기 도전 층으로 돌출되도록 형성된 슬롯 형성부(slot formation portion); 및 상기 기판의 타 축 방향으로 상기 도전 층이 상기 슬롯 영역으로 돌출되도록 형성된 기생 돌출부(parasitic protrusion portion)를 포함할 수 있다. 상기 기생 돌출부는 상기 모노폴 영역이 배치되지 않은 상기 슬롯 영역의 상부에만 배치될 수 있다.
일 실시 예로, 상기 슬롯 안테나는 밀리미터파 (mmWave) 대역의 제1 주파수 대역 및 상기 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다. 상기 기판 하단에서 상기 일 측에 형성된 제1 슬롯 형성부까지의 제1 길이와 상기 타 측에 형성된 제2 슬롯 형성부까지의 제2 길이는 상이하게 설정될 수 있다.
일 실시 예로, 상기 기판 하단에서 상기 기생 돌출부까지의 길이는 상기 제1 주파수 대역 내의 제1 주파수의 파장에 비례하게 설정될 수 있다. 상기 기판 하단에서 상기 제1 슬롯 형성부까지의 제1 길이는 상기 제2 주파수 대역 내의 제2 주파수의 파장에 비례하게 설정될 수 있다. 상기 기판 하단에서 상기 제2 슬롯 형성부까지의 제2 길이는 상기 제1 주파수와 상기 제2 주파수 사이의 특정 주파수의 파장에 비례하게 설정되어, 상기 제2 길이가 상기 제1 길이보다 더 길게 설정될 수 있다.
일 실시 예로, 상기 슬롯 안테나는 상기 기판의 하부 방향으로 오프셋 되어 배치되고, 상기 유전체 영역은 상기 기판의 상부 방향으로 오프셋 되어 상기 슬롯 안테나의 좌측 영역과 우측 영역에 배치될 수 있다.
일 실시 예로, 상기 슬롯 안테나와 상기 모노폴 영역의 형상은 원형 또는 타원형일 수 있다. 상기 모노폴 영역의 중심 선(center line)이 상기 슬롯 안테나의 중심 선보다 상기 기판의 하부에 배치될 수 있다. 상기 도전 층이 제거된 상기 유전체 영역은 삼각형 형상으로 형성되어 상기 그라운드 영역의 전류를 상기 슬롯 영역 내부로 유도하여 상기 슬롯 안테나 효율을 증가시킬 수 있다.
일 실시 예로, 상기 유전체 영역의 일 축 방향으로의 종점(end point)은 상기 슬롯 영역의 일 축 방향의 중심 선의 경계 지점보다 상기 기판의 중심 영역으로 배치될 수 있다. 상기 유전체 영역의 타 축 방향으로의 종점은 상기 슬롯 영역의 중심 선보다 하부에 배치될 수 있다.
일 실시 예로, 상기 슬롯 형성부의 상기 기판의 일 축 방향으로 길이는 상기 슬롯 영역 외부의 상기 도전 층에서 전류가 분류 또는 합류되는 방향으로 상기 전류의 흐름을 개선시키도록 하는 최소 길이 이상으로 형성될 수 있다. 상기 전류가 분류 또는 합류되지 않는 다른 주파수에서 상기 전류의 흐름을 방해하지 않도록 하는 최대 길이 이하로 형성될 수 있다.
일 실시 예로, 상기 기생 돌출부의 상기 기판의 타 축 방향으로 길이는 상기 슬롯 영역 내부의 자기 전류(magnetic current)에 의한 유도 전류를 상기 슬롯 영역 외부의 상기 기생 돌출부로 전달하기 위한 최소 길이 이상으로 형성될 수 있다. 상기 기생 돌출부에 의한 상기 슬롯 영역과 상기 모노폴 영역 사이의 전기적 결합에 의해 공진 주파수를 변경시키지 않도록 하는 최대 길이 이하로 형성될 수 있다.
일 실시 예로, 상기 슬롯 안테나가 배치된 상기 기판은 상기 송수신부 회로가 배치된 회로 기판(circuit board)과 수직하게 배치될 수 있다. 상기 송수신부 회로와 전기적으로 연결된 전송 선로는 상기 모노폴 영역과 수직하게 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시 예로, 상기 전송 선로는 일 측과 타 측에 그라운드 영역이 배치된 coplanar waveguide 구조로 형성될 수 있다. 상기 전자 기기의 디스플레이에 투명 안테나 형태로 배치되는 상기 슬롯 안테나가 배치된 글래스 기판과 연결되는 회로 기판의 인터페이스 영역은 ACF 본딩 형태로 구현될 수 있다. 상기 인터페이스 영역에서 상기 전송 선로는 일 측과 타 측에 그라운드 영역이 배치된 coplanar waveguide 구조로 형성될 수 있다.
일 실시 예로, 상기 슬롯 안테나는 복수의 슬롯 안테나 소자가 소정 간격으로 이격되어 배치된 슬롯 배열 안테나로 구성될 수 있다. 상기 송수신부 회로는 상기 복수의 슬롯 안테나 소자로 인가되는 신호의 위상을 제어하여, 밀리미터파 대역의 제1 주파수 대역과 상기 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역에서 빔 포밍을 수행할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 전자 기기는 상기 송수신부 회로와 동작 가능하게 결합된 기저대역 프로세서를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 슬롯 배열 안테나는 투명 안테나 형태로 상기 전자 기기의 디스플레이에 복수의 슬롯 배열 안테나로 구성될 수 있다. 상기 기저대역 프로세서는 상기 복수의 슬롯 배열 안테나를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 슬롯 배열 안테나는 상기 전자 기기의 서로 다른 측면에 배치되는 복수의 슬롯 배열 안테나로 구성될 수 있다. 상기 전자 기기는 상기 송수신부 회로와 동작 가능하게 결합된 기저대역 프로세서를 더 포함할 수 있다. 상기 기저대역 프로세서는 상기 복수의 슬롯 배열 안테나를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 디스플레이에 구비되는 투명 안테나를 포함하는 안테나 모듈이 제공된다. 상기 안테나 모듈은 전자 기기 내부에 배치되는 글래스 기판의 전면에 그라운드 영역으로 동작하는 도전 층(conductive layer)에 소정 형상의 슬롯 영역이 구비된 슬롯 안테나; 및 상기 슬롯 영역 내에 배치되고, 슬롯 안테나를 급전하도록 구성된 모노폴 영역(monopole region)을 포함할 수 있다. 상기 도전 층과 상기 모노폴 부는 투명 소재로 구현되고, 상기 글래스 기판의 전면의 일부 영역은 도전 층이 제거된 소정 형상의 유전체 영역으로 형성될 수 있다.
일 실시 예로, 상기 슬롯 안테나는 상기 기판의 일 축 방향으로 상기 슬롯 영역의 일 측과 타 측에서 상기 슬롯 영역이 상기 도전 층으로 돌출되도록 형성된 슬롯 형성부(slot formation portion)를 포함할 수 있다. 상기 슬롯 안테나는 상기 기판의 타 축 방향으로 상기 도전 층이 상기 슬롯 영역으로 돌출되도록 형성된 기생 돌출부(parasitic protrusion portion)를 포함할 수 있다. 상기 기생 돌출부는 상기 모노폴 영역이 배치되지 않은 상기 슬롯 영역의 상부에만 배치될 수 있다.
일 실시 예로, 상기 슬롯 안테나는 투명 안테나 형태로 상기 전자 기기의 디스플레이에 복수의 슬롯 배열 안테나로 구성될 수 있다. 상기 슬롯 배열 안테나의 각각의 안테나 소자로 인가되는 신호는 상기 전자 기기 내부에 배치되는 송수신부 회로 및 상기 송수신부 회로와 동작 가능하게 결합된 기저대역 프로세서를 통해 제어될 수 있다. 상기 기저대역 프로세서는 상기 복수의 슬롯 배열 안테나를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어할 수 있다.
이와 같은 밀리미터파 대역에서 동작하는 슬롯 안테나 및 이를 제어하는 전자기기의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
일 실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역의 광대역 주파수 범위에서 안테나 성능이 유지되는 안테나 모듈을 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역의 원하는 전체 대역에서 타겟 방사 효율 및 타겟 이득을 구현할 수 있는 안테나 모듈을 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역에서 넓은 스캔 각도 범위를 갖는 슬롯 안테나 구조를 제시할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역에서 넓은 스캔 각도 범위를 갖는 슬롯 안테나 구조를 통해, 슬롯 배열 안테나의 빔 포밍에 따른 스캔 손실을 최소화할 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 1은 일 실시 예에 따른 전자 기기를 설명하기 위한 구성과 전자 기기와 외부기기 또는 서버와의 인터페이스를 나타낸다.
도 2a는 도 1의 전자 기기에 대한 상세 구성을 나타낸다. 한편, 도 2b 및 2c는 본 발명과 관련된 전자 기기의 일 예를 서로 다른 방향에서 바라본 개념도이다.
도 3a는 일 실시예에 따른 전자 기기의 복수의 안테나들이 배치될 수 있는 구성의 예시를 나타낸다. 도 3b는 실시 예에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기의 무선 통신부의 구성을 도시한다.
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 5a 및 도 5b는 실시 예들에 따른 원형 슬롯 안테나 및 타원형 슬롯 안테나 구성을 나타낸다.
도 6a는 일 실시 예에 따른 슬롯 안테나가 배치되는 안테나 기판과 회로 기판이 결합된 구조의 사시도를 나타낸다. 한편, 도 6b는 안테나 기판상에 배치되는 슬롯 안테나의 상세 구성의 전면도를 나타낸다. 또한, 도 6c는 co-planar 기판 구조의 전송 선로가 배치되는 회로 기판의 전면도를 나타낸다.
도 7a 및 도 7b는 본 명세서에서 설명되는 슬롯 안테나의 58GHz 대역 및 70 GHz 대역에서의 전류 분포(current distribution)를 나타낸다.
도 8a 내지 도 8c는 슬롯 영역 외곽에 형성된 슬롯 형성부를 고려한 서로 다른 주파수에서의 전류 분포를 나타낸다.
도 9a 내지 도 9c는 슬롯 영역 외곽에 형성된 기생 돌출부를 고려한 서로 다른 주파수에서의 전류 분포를 나타낸다.
도 10은 도 6a 내지 도 6c의 슬롯 안테나 구조를 갖는 안테나의 전기적 특성을 나타낸다.
도 11은 도 6a 내지 도 6c의 슬롯 안테나 구조를 갖는 안테나의 이득 및 방사 특성을 나타낸다.
도 12는 기존 레거시 구조를 갖는 슬롯 모노폴 안테나와 본 명세서에 설명되는 슬롯 안테나에 따른 수평/수직 각도 범위에서 이득 특성을 비교한 것이다.
도 13은 일 실시 예에 따른 슬롯 안테나가 하나 이상의 배열 안테나로 구성된 예시를 나타낸다.
도 14는 본 명세서에서 제안하는 방법들이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템의 블록 구성도를 예시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 설명되는 전자 기기에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 PC(slate PC), 태블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultrabook), 웨어러블 디바이스(wearable device, 예를 들어, 워치형 단말기 (smartwatch), 글래스형 단말기 (smart glass), HMD(head mounted display) 등이 포함될 수 있다.
그러나, 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 구성은 이동 단말기에만 적용 가능한 경우를 제외하면, 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터, 디지털 사이니지 등과 같은 고정 단말기에도 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시 예에 따른 전자 기기를 설명하기 위한 구성과 전자 기기와 외부기기 또는 서버와의 인터페이스를 나타낸다. 한편, 도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 도 2a는 도 1의 전자 기기에 대한 상세 구성을 나타낸다. 한편, 도 2b 및 2c는 본 발명과 관련된 전자 기기의 일 예를 서로 다른 방향에서 바라본 개념도이다.
도 1을 참조하면, 전자 기기(100)는 통신 인터페이스(110), 입력 인터페이스 (또는, 입력 장치)(120), 출력 인터페이스 (또는, 출력 장치)(150) 및 프로세서(180)를 포함하도록 구성될 수 있다. 여기서, 통신 인터페이스(110)는 무선 통신모듈(110)를 지칭할 수 있다. 또한, 전자 기기(100)는 디스플레이(151)와 메모리(170)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 도 1에 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 통신모듈(110)은, 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 통신모듈(110)은, 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.
도 1 및 도 2a를 참조하면, 이러한 무선 통신모듈(110)은, 4G 무선 통신 모듈(111), 5G 무선 통신 모듈(112), 근거리 통신 모듈(113), 위치정보 모듈(114) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 4G 무선 통신 모듈(111), 5G 무선 통신 모듈(112), 근거리 통신 모듈(113) 및 위치정보 모듈(114)은 모뎀과 같은 기저대역 프로세서로 구현될 수 있다. 일 예시로, 4G 무선 통신 모듈(111), 5G 무선 통신 모듈(112), 근거리 통신 모듈(113) 및 위치정보 모듈(114)은 IF 대역에서 동작하는 송수신부 회로(transceiver circuit)와 기저대역 프로세서로 구현될 수 있다. 한편, RF 모듈(1200)은 각각의 통신 시스템의 RF 주파수 대역에서 동작하는 RF 송수신부 회로로 구현될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 4G 무선 통신 모듈(111), 5G 무선 통신 모듈(112), 근거리 통신 모듈(113) 및 위치정보 모듈(114)은 각각의 RF 모듈을 포함하도록 해석될 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 통신모듈(110)은 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 통신모듈(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 모듈과 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.
입력 장치(120)는, 펜 센서(1200), 키 버튼(123), 음성입력 모듈(124), 터치 패널(151a) 등을 포함할 수 있다. 한편, 입력 장치(120)는 영상 신호 입력을 위한 카메라 모듈(121) 또는 영상 입력부, 오디오 신호 입력을 위한 마이크로폰(microphone, 152c), 또는 오디오 입력부, 사용자로부터 정보를 입력받기 위한 사용자 입력부(예를 들어, 터치키(touch key), 푸시키(mechanical key) 등)를 포함할 수 있다. 입력 장치(120)에서 수집한 음성 데이터나 이미지 데이터는 분석되어 사용자의 제어명령으로 처리될 수 있다.
카메라 모듈(121)은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있는 장치로서, 일 실시예에 따르면, 하나 이상의 이미지 센서(예: 전면 센서 또는 후면 센서), 렌즈, 이미지 신호 프로세서(ISP), 또는 플래시(예: LED 또는 lamp 등)를 포함할 수 있다.
센서 모듈(140)은 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, 센서 모듈(140)은 제스처 센서(340a), 자이로 센서(340b), 기압 센서(340c), 마그네틱 센서(340d), 가속도 센서(340e), 그립 센서(340f), 근접 센서(340g), 컬러(color) 센서(340h)(예: RGB(red, green, blue) 센서), 생체 센서(340i), 온/습도 센서(340j), 조도 센서(340k), 또는 UV(ultra violet) 센서(340l), 광 센서(340m), 홀(hall)센서(340n) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 센서 모듈(140)은 지문인식 센서(finger scan sensor), 초음파 센서(ultrasonic sensor), 광 센서(optical sensor, 예를 들어, 카메라(121 참조)), 마이크로폰(microphone, 152c 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.
출력 인터페이스(150)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 디스플레이(151), 오디오 모듈(152), 햅팁 모듈(153), 인디케이터(154) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이와 관련하여, 디스플레이(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. 예를 들면, 디스플레이(151)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 발광 다이오드(light emitting diode, LED) 디스플레이, 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode, OLED) 디스플레이, 또는 마이크로 전자기계 시스템(micro electro mechanical systems, MEMS) 디스플레이, 또는 전자종이(electronic paper) 디스플레이를 포함할 수 있다. 예를 들면, 디스플레이(151)는 사용자에게 각종 콘텐트(예: 텍스트, 이미지, 비디오, 아이콘, 및/또는 심볼 등)을 표시할 수 있다. 디스플레이(151)는 터치 스크린을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 전자 펜 또는 사용자의 신체의 일부를 이용한 터치, 제스쳐, 근접, 또는 호버링 입력을 수신할 수 있다.
한편, 디스플레이(151)는 터치 패널(151a), 홀로그램 장치(151b) 및 프로젝터(151c) 및/또는 이들을 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 패널은 유연하게, 투명하게, 또는 착용할 수 있게 구현될 수 있다. 패널은 터치 패널(151a)과 하나 이상의 모듈로 구성될 수 있다. 홀로그램 장치(151b)는 빛의 간섭을 이용하여 입체 영상을 허공에 보여줄 수 있다. 프로젝터(151c)는 스크린에 빛을 투사하여 영상을 표시할 수 있다. 스크린은, 예를 들면, 전자 장치(100)의 내부 또는 외부에 위치할 수 있다.
오디오 모듈(152)은 리시버(152a), 스피커(152b) 및 마이크로폰(152c)과 연동하도록 구성될 수 있다. 한편, 햅팁 모듈(153)은 전기 신호를 기계적 진동으로 변환할 수 있고, 진동, 또는 햅틱 효과(예: 압력, 질감) 등을 발생시킬 수 있다. 전자 기기는, 예를 들면, DMB(digital multimedia broadcasting), DVB(digital video broadcasting), 또는 미디어플로(mediaFlow) 등의 규격에 따른 미디어 데이터를 처리할 수 있는 모바일 TV 지원 장치(예: GPU)를 포함할 수 있다. 또한, 인디케이터(154)는 전자 기기(100) 또는 그 일부(예: 프로세서(310))의 특정 상태, 예를 들면, 부팅 상태, 메시지 상태 또는 충전 상태 등을 표시할 수 있다.
인터페이스부로 구현될 수 있는 유선 통신모듈(160)은 전자 기기(100)에 연결되는 다양한 종류의 외부기기와의 통로 역할을 수행한다. 이러한 유선 통신 모듈(160)는, HDMI(162), USB(162), 커넥터/포트(163), 광 인터페이스(optical interface)(164), 또는 D-sub(D-subminiature)(165)를 포함할 수 있다. 또한, 유선 통신모듈(160)은 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, 유선 통신 모듈(160)에 외부기기가 연결되는 것에 대응하여, 연결된 외부기기와 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 서버(예컨대, 제1 서버(310) 또는 제2 서버(320))로부터 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, 프로세서(180)에 의하여 상기 전자 기기의 동작(또는 기능)을 수행하도록 구동될 수 있다.
이와 관련하여, 제1 서버(310)는 인증 서버로 지칭될 수 있고, 제2 서버(320)는 컨텐츠 서버로 지칭될 수 있다. 제1 서버(310) 및/또는 제2 서버(320)는 기지국을 통해 전자 기기와 인터페이스될 수 있다. 한편, 컨텐츠 서버에 해당하는 제2 서버(320) 중 일부는 기지국 단위의 모바일 에지 클라우드(MEC, 330)로 구현될 수 있다. 따라서, 모바일 에지 클라우드(MEC, 330)로 구현된 제2 서버(320)를 통해 분산 네트워크를 구현하고, 컨텐츠 전송 지연을 단축시킬 수 있다.
메모리(170)는 휘발성 및/또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 또한, 메모리(170)는 내장 메모리(170a)와 외장 메모리(170b)를 포함할 수 있다. 메모리(170)는, 예를 들면, 전자 기기(100)의 적어도 하나의 다른 구성요소에 관계된 명령 또는 데이터를 저장할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 메모리(170)는 소프트웨어 및/또는 프로그램(240)을 저장할 수 있다. 예를 들어, 프로그램(240)은 커널(171), 미들웨어(172), 어플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API)(173) 또는 어플리케이션 프로그램(또는 "어플리케이션")(174) 등을 포함할 수 있다. 커널(171), 미들웨어(172), 또는 API(174)의 적어도 일부는, 운영 시스템(OS)으로 지칭될 수 있다.
커널(171)은 다른 프로그램들(예: 미들웨어(172), 어플리케이션 프로그래밍 인터페이스(application programing interface, API)(173), 또는 어플리케이션 프로그램(174))에 구현된 동작 또는 기능을 실행하는 데 사용되는 시스템 리소스들(예: 버스, 메모리(170), 또는 프로세서(180) 등)을 제어 또는 관리할 수 있다. 또한, 커널(171)은 미들웨어(172), API(173), 또는 어플리케이션 프로그램(174)에서 전자 기기(100)의 개별 구성요소에 접근함으로써, 시스템 리소스들을 제어 또는 관리할 수 있는 인터페이스를 제공할 수 있다.
미들웨어(172)는 API(173) 또는 어플리케이션 프로그램(174)이 커널(171)과 통신하여 데이터를 주고받을 수 있도록 중개 역할을 수행할 수 있다. 또한, 미들웨어(172)는 어플리케이션 프로그램(247)으로부터 수신된 하나 이상의 작업 요청들을 우선 순위에 따라 처리할 수 있다. 일 실시 예로, 미들웨어(172)는 어플리케이션 프로그램(174) 중 적어도 하나에 전자 기기(100)의 시스템 리소스(예: 버스, 메모리(170), 또는 프로세서(180) 등)를 사용할 수 있는 우선순위를 부여하고, 하나 이상의 작업 요청들을 처리할 수 있다. API(173)는 어플리케이션 프로그램(174)이 커널(171) 또는 미들웨어(1723)에서 제공되는 기능을 제어하기 위한 인터페이스로, 예컨대 파일 제어, 창 제어, 영상 처리, 또는 문자 제어 등을 위한 적어도 하나의 인터페이스 또는 함수(예: 명령어)를 포함할 수 있다.
프로세서(180)는 상기 응용 프로그램과 관련된 동작 외에도, 통상적으로 전자 기기(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 프로세서(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, 프로세서(180)는 메모리(170)에 저장된 응용 프로그램을 구동하기 위하여, 도 1 및 도 2a와 함께 살펴본 구성요소들 중 적어도 일부를 제어할 수 있다. 나아가, 프로세서(180)는 상기 응용 프로그램의 구동을 위하여, 전자 기기(100)에 포함된 구성요소들 중 적어도 둘 이상을 서로 조합하여 동작시킬 수 있다.
프로세서(180)는, 중앙처리장치(CPU), 어플리케이션 프로세서(AP), 이미지 신호 프로세서(image signal processor, ISP) 또는 커뮤니케이션 프로세서(communication processor, CP), 저전력 프로세서(예: 센서 허브) 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(180)는 전자 기기(100)의 적어도 하나의 다른 구성요소들의 제어 및/또는 통신에 관한 연산이나 데이터 처리를 실행할 수 있다.
전원공급부(190)는 프로세서(180)의 제어 하에서, 외부의 전원, 내부의 전원을 인가받아 전자 기기(100)에 포함된 각 구성요소들에 전원을 공급한다. 이러한 전원공급부(190)는 전력 관리 모듈(191)과 배터리(192)를 포함하며, 배터리(192)는 내장형 배터리 또는 교체가능한 형태의 배터리가 될 수 있다. 전력 관리 모듈(191은 PMIC(power management integrated circuit), 충전 IC, 또는 배터리 또는 연료 게이지를 포함할 수 있다. PMIC는, 유선 및/또는 무선 충전 방식을 가질 수 있다. 무선 충전 방식은, 예를 들면, 자기 공명 방식, 자기유도 방식 또는 전자기파 방식 등을 포함하며, 무선 충전을 위한 부가적인 회로, 예를 들면, 코일 루프, 공진 회로, 또는 정류기 등을 더 포함할 수 있다. 배터리 게이지는, 예를 들면, 배터리(396)의 잔량, 충전 중 전압, 전류, 또는 온도를 측정할 수 있다. 예를 들면, 배터리(192)는, 충전식 전지 및/또는 태양 전지를 포함할 수 있다.
외부기기(100a), 제1 서버(310) 및 제2 서버(320) 각각은 전자 기기(100)와 동일한 또는 다른 종류의 기기(예: 외부기기 또는 서버)일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 기기(100)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 다른 하나 또는 복수의 전자 기기(예: 외부기기(100a), 제1 서버(310) 및 제2 서버(320))에서 실행될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 장치(100)가 어떤 기능이나 서비스를 자동으로 또는 요청에 의하여 수행해야 할 경우에, 전자 기기(100)는 기능 또는 서비스를 자체적으로 실행시키는 대신에 또는 추가적으로, 그와 연관된 적어도 일부 기능을 다른 장치(예: 외부기기(100a), 제1 서버(310) 및 제2 서버(320))에게 요청할 수 있다. 다른 전자 기기(예: 외부기기(100a), 제1 서버(310) 및 제2 서버(320))는 요청된 기능 또는 추가 기능을 실행하고, 그 결과를 전자 장치(201)로 전달할 수 있다. 전자 기기(100)는 수신된 결과를 그대로 또는 추가적으로 처리하여 요청된 기능이나 서비스를 제공할 수 있다. 이를 위하여, 예를 들면, 클라우드 컴퓨팅, 분산 컴퓨팅, 클라이언트-서버 컴퓨팅, 또는 모바일 에지 클라우드(MEC) 기술이 이용될 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 1을 참조하면, 무선 통신 시스템은 전자 장치(100), 적어도 하나의 외부기기(100a), 제1 서버(310) 및 제2 서버(320)를 포함할 수 있다. 전자 기기(100)는 적어도 하나의 외부기기(100a)와 기능적으로 연결되고, 적어도 하나의 외부기기(100a)로부터 수신한 정보를 기반으로 전자 기기(100)의 콘텐츠나 기능을 제어할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 기기(100)는 서버(310, 320)를 이용하여 적어도 하나의 외부기기(100)가 소정의 규칙을 따르는 정보를 포함하거나 혹은 생성하는지를 판단하기 위한 인증을 수행할 수 있다. 또한, 전자 기기(100)는 인증 결과에 기반하여 전자 기기(100)를 제어함으로써 콘텐츠 표시 혹은 기능 제어를 달리할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 전자 기기(100)는 유선 혹은 무선 통신 인터페이스를 통해 적어도 하나의 외부기기(100a)와 연결되어 정보를 수신 혹은 송신할 수 있다. 예를 들어, 전자 기기(100) 및 적어도 하나의 외부기기(100a)는 NFC(near field communication), 충전기(charger)(예: USB(universal serial bus)-C), 이어잭(ear jack), BT(bluetooth), WiFi(wireless fidelity) 등의 방식으로 정보를 수신 혹은 송신할 수 있다.
전자 기기(100)는 외부기기 인증 모듈(100-1), 콘텐츠/기능/정책 정보 DB(100-2), 외부기기 정보 DB(100-3), 혹은 콘텐츠 DB(104) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 외부기기(100a)는 전자 기기(100)와 연계 가능한 보조(assistant) 기구로서, 전자 기기(100)의 사용 편의성, 외관적 미감 증대, 활용성 강화 등 다양한 목적으로 설계된 기기일 수 있다. 적어도 하나의 외부기기(100a)는 전자 기기(100)에 물리적으로 접촉되거나 혹은 물리적으로 접촉되지 않을 수 있다. 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 외부기기(100a)는 유선/무선 통신모듈을 이용하여 전자 기기(100)에 기능적으로 연결되고, 전자 기기(100)에서 콘텐츠나 기능을 제어하기 위한 제어 정보를 전송할 수 있다.
한편, 제1 서버(310)는 적어도 하나의 외부기기(100a)와 관련한 서비스를 위한 서버나 클라우드 장치 혹은 스마트 홈 환경에서 서비스를 제어하기 위한 허브 장치를 포함할 수 있다. 제1 서버(310)는 외부기기 인증 모듈(311), 콘텐트/기능/정책 정보 DB(312), 외부기기 정보 DB(313) 또는 전자 기기/사용자 DB(314) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 제1 서버(310)는 인증 관리 서버, 인증 서버, 인증 관련 서버로 지칭될 수 있다. 제2 서버(320)는, 서비스나 콘텐츠 제공을 위한 서버나 클라우드 장치, 혹은 스마트 홈 환경에서 서비스를 제공하기 위한 허브 장치를 포함할 수 있다. 제2 서버(320)는 콘텐츠 DB(321), 외부기기 스펙 정보 DB(322), 콘텐츠/기능/정책 정보 관리 모듈(323) 혹은 장치/사용자 인증/관리 모듈(324) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 제2 서버(130)는 콘텐츠 관리 서버, 콘텐츠 서버 또는 콘텐츠 관련 서버로 지칭될 수 있다.
도 2b 및 2c를 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 디스플레이(151)가 배치되어 정보를 출력할 수 있다. 도시된 바와 같이, 디스플레이(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.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 전자 기기(100)에는 디스플레이(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), 유선 통신 모듈(160) 등이 구비될 수 있다.
디스플레이(151)는 전자 기기(100)에서 처리되는 정보를 표시(출력)한다. 예를 들어, 디스플레이(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, 디스플레이(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.
디스플레이(151)는 터치 방식에 의하여 제어 명령을 입력 받을 수 있도록, 디스플레이(151)에 대한 터치를 감지하는 터치센서를 포함할 수 있다. 이를 이용하여, 디스플레이(151)에 대하여 터치가 이루어지면, 터치센서는 상기 터치를 감지하고, 프로세서(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, 디스플레이(151)는 터치센서와 함께 터치 스크린을 형성할 수 있으며, 이 경우에 터치 스크린은 사용자 입력부(123, 도 2a 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. 프로세서(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 디스플레이(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, 프로세서(180)는 지문인식센서를 통하여 감지되는 지문정보를 인증수단으로 이용할 수 있다. 상기 지문인식센서는 디스플레이(151) 또는 사용자 입력부(123)에 내장될 수 있다.
유선 통신 모듈(160)은 전자 기기(100)를 외부기기와 연결시킬 수 있는 통로가 된다. 예를 들어, 유선 통신 모듈(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 유선 통신 모듈(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(125)는 제2카메라(121b)에 인접하게 배치될 수 있다. 플래시(125)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. 또한, 마이크로폰(152c)은 사용자의 음성, 기타 소리 등을 입력 받도록 이루어진다. 마이크로폰(152c)은 복수의 개소에 구비되어 스테레오 음향을 입력 받도록 구성될 수 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 2a 참조)가 구비된다. 전원 공급부(190)는 단말기 바디에 내장되거나, 단말기 바디의 외부에서 착탈 가능하게 구성되는 배터리(191)를 포함할 수 있다.
이하에서는 실시 예에 따른 다중 통신 시스템 구조 및 이를 구비하는 전자 기기, 특히 이종 무선 시스템(heterogeneous radio system)에서 안테나 및 이를 구비하는 전자 기기와 관련된 실시 예들에 대해 첨부된 도면을 참조하여 살펴보겠다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
한편, 도 2a와 같은 4G/5G 무선 통신 모듈이 구비된 일 실시예에 따른 복수의 안테나를 구비하는 전자기기의 구체적인 동작 및 기능에 대해서 이하에서 검토하기로 한다.
일 실시예에 따른 5G 통신 시스템에서, 5G 주파수 대역은 Sub6 대역보다 높은 주파수 대역일 수 있다. 예를 들어, 5G 주파수 대역은 밀리미터파 대역일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다.
도 3a는 일 실시예에 따른 전자 기기의 복수의 안테나들이 배치될 수 있는 구성의 예시를 나타낸다. 도 3a를 참조하면, 전자 기기(100)의 내부 또는 전면에 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d)이 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d)은 전자 기기의 내부에 캐리어에 프린트된 형태로 구현되거나 또는 RFIC와 함께 시스템 온 칩(Soc) 형태로 구현될 수 있다. 한편, 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d)은 전자 기기의 내부 이외에 전자 기기의 전면에 배치될 수도 있다. 이와 관련하여, 전자 기기(100)의 전면에 배치되는 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d)은 디스플레이에 내장되는 투명 안테나(transparent antenna)로 구현될 수 있다.
한편, 전자 기기(100)의 측면에 복수의 안테나들(1110S1 및 1110S2)이 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 전자 기기(100)의 측면에 도전 멤버 형태로 4G 안테나가 배치되고, 도전 멤버 영역에 슬롯이 형성되고, 슬롯을 통해 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d)이 5G 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 또한, 전자 기기(100)의 배면에 안테나들(1150B)이 배치되어, 5G 신호가 후면 방사되도록 구성될 수 있다.
한편, 본 발명은 전자 기기(100)의 측면에 복수의 안테나들(1110S1 및 1110S2)을 통해, 적어도 하나 이상의 신호를 송신하거나 또는 수신할 수 있다. 또한, 본 발명은 전자 기기(100)의 전면 및/또는 측면에 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d, 1150B, 1110S1 및 1110S2)을 통해, 적어도 하나 이상의 신호를 송신하거나 또는 수신할 수 있다. 전자 기기는 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d, 1150B, 1110S1 및 1110S2)중 어느 하나의 안테나를 통해 기지국과 통신이 가능하다. 또는, 전자 기기는 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d, 1150B, 1110S1 및 1110S2) 중 둘 이상의 안테나를 통해 기지국과 다중 입출력(MIMO) 통신이 가능하다.
도 3b는 실시 예에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기의 무선 통신부의 구성을 도시한다. 도 3b를 참조하면, 전자 기기는 제1 전력 증폭기(1210), 제2 전력 증폭기(1220) 및 RFIC(1250)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(1210), 제2 전력 증폭기(1220), 제어부(1250) 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 3b에 도시된 바와 같이, RFIC(1250)는 4G/5G 일체형으로 구성될 수 있지만, 이에 한정되지 않고 응용에 따라 4G/5G 분리형으로 구성될 수 있다. RFIC(1250)가 4G/5G 일체형으로 구성되는 경우, 4G/5G 회로 간 동기화 (synchronization) 측면에서 유리할 뿐만 아니라, 모뎀(1400)에 의한 제어 시그널링이 단순화될 수 있다는 장점이 있다.
한편, RFIC(1250)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(1250)가 4G/5G 분리형으로 구성될 수 있다. 이와 같이, RFIC(1250)가 4G/5G 분리형으로 구성되는 경우, 4G 대역과 5G 대역 각각에 대하여 RF 특성을 최적화할 수 있다는 장점이 있다.
한편, RFIC(1250)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, 1450)는 전자 기기의 각 구성부의 동작을 제어하도록 구성한다. 구체적으로, 어플리케이션 프로세서(AP, 1450)는 모뎀(1400)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(1400)을 제어할 수 있다. 이에 따라, 모뎀(1400)은 RFIC(1250)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(1250)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(1250)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, 1450)는 가장 저전력으로 무선 통신이 가능하도록 모뎀(1400)을 제어할 수 있다. 이에 따라, 스루풋을 다소 희생하더라도 어플리케이션 프로세서(AP, 500)는 근거리 통신 모듈(113)만을 이용하여 근거리 통신을 수행하도록 모뎀(1400)과 RFIC(1250)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, 1450)는 배터리 잔량과 가용 무선 자원 정보에 따라 4G 기지국 및 5G 기지국 모두를 통해 수신할 수 있도록 모뎀(1400)을 제어할 수 있다. 이때, 어플리케이션 프로세서(AP, 1450)는 배터리 잔량 정보는 PMIC로부터 수신하고, 가용 무선 자원 정보는 모뎀(1400)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(1400)과 RFIC(1250)를 제어할 수 있다.
한편, 도 3b의 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(1210)와 제2 전력 증폭기(1220)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(1220)는 제1 및 제2 통신 시스템에서 모두 동작 가능하다.
반면에, 5G 통신 시스템이 밀리미터파(mmWave) 대역에서 동작하는 경우, 제1 및 제2 전력 증폭기(1210, 1220)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(1210)와 제2 전력 증폭기(1220)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(1210, 1220) 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(1250)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(1250)에 해당하는 RFIC 내부에 SPDT (Single Pole Double Throw) 형태의 스위치를 사용하여 2개의 서로 다른 통신 시스템의 송신부(TX) 선택이 가능하다.
또한, 실시 예에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기는 위상 제어부(1230), 듀플렉서(duplexer, 1231), 필터(1232) 및 스위치(1233)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(1230)는 각각의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)의 각각의 안테나 소자로 인가되는 신호의 위상을 제어하도록 구성 가능하다. 이와 관련하여, 위상 제어부(1230)는 각각의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)의 각각의 안테나 소자로 인가되는 신호의 크기와 위상을 모두 제어 가능하다. 이에 따라, 위상 제어부(1230)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(1231)는 송신 대역과 수신 대역의 신호를 상호 분리하도록 구성된다. 이때, 제1 및 제2 전력 증폭기(1210, 1220)를 통해 송신되는 송신 대역의 신호는 듀플렉서(1231)의 제1 출력 포트를 통해 안테나(ANT1, ANT4)에 인가된다. 반면에, 안테나(ANT1, ANT4)를 통해 수신되는 수신 대역의 신호는 듀플렉서(1231)의 제2 출력포트를 통해 저잡음 증폭기(310, 340)로 수신된다.
필터(1232)는 송신 대역 또는 수신 대역의 신호를 통과(pass)시키고 나머지 대역의 신호는 차단(block)하도록 구성될 수 있다. 이때, 필터(1232)는 듀플렉서(1231)의 제1 출력 포트에 연결되는 송신 필터와 듀플렉서(1231)의 제2 출력포트에 연결되는 수신 필터로 구성될 수 있다. 대안적으로, 필터(1232)는 제어 신호에 따라 송신 대역의 신호만을 통과시키거나 또는 수신 대역의 신호만을 통과시키도록 구성될 수 있다.
스위치(1233)는 송신 신호 또는 수신 신호 중 어느 하나만을 전달하도록 구성된다. 본 발명의 일 실시 예에서, 스위치(1233)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(1231)는 서큘레이터(circulator) 형태로 구현될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에서, 스위치(1233)는 주파수 분할 다중화(FDD: Time Division Duplex) 방식에서도 적용 가능하다. 이때, 스위치(1233)는 송신 신호와 수신 신호를 각각 연결 또는 차단할 수 있도록 DPDT (Double Pole Double Throw) 형태로 구성될 수 있다. 한편, 듀플렉서(1231)에 의해 송신 신호와 수신 신호의 분리가 가능하므로, 스위치(1233)가 반드시 필요한 것은 아니다.
한편, 실시 예에 따른 전자 기기는 제어부에 해당하는 모뎀(1400)을 더 포함할 수 있다. 이때, RFIC(1250)와 모뎀(1400)을 각각 제1 제어부 (또는 제1 프로세서)와 제2 제어부(제2 프로세서)로 지칭할 수 있다. 한편, RFIC(1250)와 모뎀(1400)은 물리적으로 분리된 회로로 구현될 수 있다. 또는, RFIC(1250)와 모뎀(1400)은 물리적으로 하나의 회로에 논리적 또는 기능적으로 구분될 수 있다.
모뎀(1400)은 RFIC(1250)를 통해 서로 다른 통신 시스템을 통한 신호의 송신과 수신에 대한 제어 및 신호 처리를 수행할 수 있다. 모뎀(1400)은 4G 기지국 및/또는 5G 기지국으로부터 수신된 제어 정보(Control Information)를 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(1400)은 특정 시간 및 주파수 자원에서 제1 통신 시스템 및/또는 제2 통신 시스템을 통해 신호를 송신 및/또는 수신하도록 RFIC(1250)를 제어할 수 있다. 이에 따라, RFIC(1250)는 특정 시간 구간에서 4G 신호 또는 5G 신호를 송신하도록 제1 및 제2 전력 증폭기(1210, 1220)를 포함한 송신 회로들을 제어할 수 있다. 또한, RFIC(1250)는 특정 시간 구간에서 4G 신호 또는 5G 신호를 수신하도록 제1 내지 제4 저잡음 증폭기(1310 내지 1340)를 포함한 수신 회로들을 제어할 수 있다.
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 레이어, 즉 유전체 기판(dielectric substrate, SUB)이 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.
이와 관련하여, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명에 따른 투명 안테나는 패치 안테나 내부가 메탈 메쉬 격자 구조로 형성될 수 있다. 또는, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명에 따른 투명 안테나는 패치 안테나 내부가 전술한 금속 재질의 투명 필름 형태의 구조로 형성될 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 2b와 같은 전자 기기에서, 도 3a 및 도 4a와 같이 전자 기기 내부에 배치되는 안테나와 도 3b와 같은 다중 송수신 시스템을 구비하는 전자기기의 구체적인 구성 및 기능에 대해서 이하에서 설명하기로 한다.
이와 관련하여, 전자 기기는 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, 38.5GHz 대역 및 64 GHz 대역이 고려되고 있다. 이와 관련하여, 밀리미터파 대역에서 다수의 배열 안테나들이 전자 기기에 배치될 수 있다. 또한, 밀리미터파(mmWave) 대역을 통한 5G 통신 서비스의 후속 릴리즈(subsequent release)으로 6G 통신 서비스에 대한 연구가 수행될 수 있다.
이와 관련하여, 5G/6G 통신 서비스를 위한 밀리미터파(mmWave) 대역에서 동작할 수 있는 배열 안테나는 하나 이상의 대역을 커버하기 위해 광대역 동작할 필요가 있다. 이와 관련하여, 5G 통신 서비스를 위해 28GHz 대역, 38.5GHz 대역과 같은 복수의 대역을 하나의 안테나로 커버할 수 있도록 광대역 동작하는 안테나 구조를 설계하기 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 6G 통신 서비스를 위해 58 GHz 대역, 64GHz 대역 및 70GHz 대역과 같은 복수의 대역을 하나의 안테나로 커버할 수 있도록 광대역 동작하는 안테나 구조를 설계하기 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명의 다른 일 목적은 밀리미터파 대역에서 동작하는 투명 소재의 안테나가 배치된 안테나 모듈을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 밀리미터파 대역에서 복수의 대역을 하나의 안테나로 커버할 수 있도록 광대역 동작하는 안테나 구조를 제시하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 밀리미터파 대역에서 투명 안테나 구현 시 안테나 성능을 유지할 수 있는 안테나 구조를 제시하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 밀리미터파 대역에서 투명 안테나 구현 시 안테나 효율 및 스캔 각도 성능을 향상시킬 수 있는 안테나 구조를 제시하기 위한 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 명세서에서 설명되는 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 소자는 도 5a의 원형 슬롯 안테나 또는 도 5b의 타원형 슬롯 안테나로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 도 5a 및 도 5b는 실시 예들에 따른 원형 슬롯 안테나 및 타원형 슬롯 안테나 구성을 나타낸다. 이와 관련하여, 본 명세서에서 설명되는 안테나 소자의 형상은 원형 슬롯 또는 타원형 슬롯형에 한정되는 것은 아니다. 응용에 따라 안테나 소자의 형상은 n각형 형상의 슬롯 구조와 같은 임의의 형상으로 구현될 수 있다.
도 5a를 참조하면, 슬롯 안테나(1100)는 전자 기기 내부에 배치되는 기판(substrate)의 전면에 그라운드 영역으로 동작하는 도전 층(conductive layer, 1110)에 소정 형상의 슬롯 영역(slot region, SR)을 구비하도록 구성될 수 있다. 여기서, 슬롯 안테나(1100)의 슬롯 영역(SR1)의 형상은 원형 형상일 수 있다. 또한, 모노폴 영역(monopole region, 1120-1)은 슬롯 영역(SR1) 내에 배치되고, 슬롯 안테나(1100)를 급전하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 모노폴 영역(1120-1)의 형상도 슬롯 영역(SR)의 형상에 대응하도록 원형 형상일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5b를 참조하면, 슬롯 안테나(1100)는 전자 기기 내부에 배치되는 기판(substrate)의 전면에 그라운드 영역으로 동작하는 도전 층(conductive layer, 1110)에 소정 형상의 슬롯 영역(slot region, SR)을 구비하도록 구성될 수 있다. 여기서, 슬롯 안테나(1100)의 슬롯 영역(SR2)의 형상은 타원 형상일 수 있다. 또한, 모노폴 영역(monopole region, 1120-2)은 슬롯 영역(SR2) 내에 배치되고, 슬롯 안테나(1100)를 급전하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 모노폴 영역(1120-2)의 형상도 슬롯 영역(SR2)의 형상에 대응하도록 타원 형상일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 설명되는 슬롯 안테나(1100)는 안테나 기판 상에 구현되고, 회로 기판과 인터페이스될 수 있다. 이와 관련하여, 도 6a는 일 실시 예에 따른 슬롯 안테나가 배치되는 안테나 기판과 회로 기판이 결합된 구조의 사시도를 나타낸다. 한편, 도 6b는 안테나 기판 상에 배치되는 슬롯 안테나의 상세 구성의 전면도를 나타낸다. 또한, 도 6c는 co-planar 기판 구조의 전송 선로가 배치되는 회로 기판의 전면도를 나타낸다.
도 6a를 참조하면, 금속 재질의 투명 소재를 이용한 안테나에 해당하는 슬롯 안테나(1100)와 모노폴 영역(1120)을 나타낸다. 도 6a의 안테나 구조를 시뮬레이션하기 위해 메쉬 패턴 등가 영역으로 대체할 수 있다, 실 예로 도 6a에서는 2.5ohm/sq를 갖는 전체 금속 영역으로 대체하였다.. 즉, 메탈 메쉬 격자 구조 안테나 또는 투명 소재 안테나 같은 투명 안테나의 전도성을 고려하여 안테나 특성에 대한 정확한 모델링이 가능하다.
도 6b를 참조하면, 슬롯 안테나(1100)의 슬롯 영역(SR) 내부에 모노폴 영역(1120)의 형태가 모노폴 안테나 형태로 구성된 슬롯 안테나(1100)의 전면도를 나타낸다. 이와 관련하여, 슬롯 영역(SR)의 상부에 사각형 구조의 기생 돌출부(1120)이 형성될 수 있다. 일 예로, 기생 돌출부(1112)는 PW x PL = 0.6mm x 0.1mm의 직사각형 구조로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 슬롯 영역(SR)의 좌측과 우측 영역에 소정 길이의 슬롯 형성부(1111)가 형성될 수 있다. 일 예로, 슬롯 형성부(1111)의 슬롯 길이(SL)는 0.2mm의 길이로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6b를 참조하면, 타원 형상의 슬롯 영역(SR)의 일 축 방향의 길이는 2.1mm이고, 기판 하단에서 슬롯 형성부(1111)까지의 길이(L)는 1.85mm일 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 타원 형상의 제2 모노폴 영역(1122)의 일 축 방향의 길이는 0.4mm이고 타 축 방향의 길이는 1.4mm일 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 그라운드 영역에 해당하는 도전 층(1110)의 좌측과 우측 영역은 전류 흐름을 향상시키기 위해 역삼각형 구조로 도체 영역을 제거할 수 있다. 또한, 역삼각형 구조로 구현 시 꼭지점과 같은 경계 지점에서 전류 손실을 방지하기 위해, 도전 층(1110)의 외곽 선은 유선형으로 형성될 수 있다.
도 6c를 참조하면, 전송 선로(TL) 및/또는 ACF 본딩 영역에 형성된 급전부(feeding portion, FP)는 연성 인쇄 회로 기판(flexible printed circuit board, FPCB)로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 전송 선로(TL)는 전송 선로(TL)의 좌측에 우측의 그라운드 영역이 배치되는 coplanar waveguide 구조로 형성될 수 있다. 실 예로, impedance matching을 위해 전송 선로(TL)의 폭은 0.15mm이고, 전송 선로(TL)와 그라운드 영역 경계와의 간격은 0.2mm일 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
전송 선로(TL)의 좌측에 우측의 그라운드 영역에는 소정 간격으로 경계를 따라 비아 홀(via hole)이 배치될 수 있다. 일 예로, 비아 홀의 반경은 0.1mm이고 비아 홀 간 간격은 0.35mm일 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6a 내지 도 6c의 그라운드 최적화 구조와 기생 돌출부(1111) 및/또는 슬롯 형성부(1112)를 갖는 슬롯 안테나(1100)의 특성과 일반적인 슬롯 안테나의 특성을 비교하면 다음과 같다.
원형 슬롯 모노폴(circular slot monopole) 안테나의 경우, 외부 slot과 내부 monopole 간의 상호 공진 관계에 따라 다수의 공진 주파수를 확보하여 광대역을 달성하는 구조이다. 하지만, mmWave 이상의 고주파에서 투명 안테나 구조와 같이 전송 손실이 큰 소재를 사용하여 적용 시에는 문제점이 발생할 수 있다. 일 예로, 투명 안테나로 밀리미터파 대역에서 요구하는 beam gain(e.g. 3dBi 이상)과 scan angle(단일 안테나 기준 1dBi 이상 영역)을 달성하기 쉽지 않을 수 있다.
이와 관련하여, 투명 안테나에 형성되는 투명 소재의 비교적 높은 전송 손실로 인해 밀리미터파 대역에서 안테나 성능이 저하될 수 있다. 일 예로, 메탈 메쉬 구조를 갖는 투명 안테나에서 메탈 메쉬 영역의 sheet resistance는 약 2.5ohm/sq 이상일 수 도 있다.
또한, 높은 주파수 대역(e.g. mmWave 이상)에서 전송 손실이 높은 투명 소재를 이용한 슬롯 모노폴 안테나의 경우, 성능 향상을 위해 슬롯 크기를 타겟 파장 대비 늘리게 되면, 방사 이득을 얻을 수 있다. 이와 관련하여 투명 안테나의 투명 소재는 Metal Mesh, IZTO, ITO 중 어느 하나로 적용할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 슬롯 크기를 타겟 파장 대비 늘린 투명 물질을 이용한 슬롯 안테나의 경우, 높은 주파수 대역에서 높은 전송 손실(transmission loss)로 인해 전류가 안테나 상부까지 전달되도록 동작하기가 용이하지 않기 때문에 안테나의 방사 영역이 감소하게 된다. 이러한 안테나 방사 영역의 감소로 인해, 슬롯 안테나가 배열 안테나로 구현 시 소정 범위 이상의 스캔 각도에서 안테나 성능의 확보가 용이하지 않을 수 있다.
따라서, 본 명세서에서 설명되는 슬롯 안테나(1100)에 원형 슬롯 모노폴 안테나 구조에서 전류를 안테나 상부까지 잘 흐를 수 있도록 추가적으로 기생 돌출부(1112)를 배치할 수 있다. 또한, 넓은 슬롯 영역(SR)에 따른 전류 방향의 충돌을 방지하기 위한 슬롯 형성부(1111)를 슬롯 안테나(1100)의 슬롯 외곽에 배치할 수 있다.
따라서, 슬롯 안테나에 추가적으로 전류 흐름을 원활하게 할 수 있도록 슬롯 형성부(1111)을 추가할 수 있다. 또한, 슬롯 안테나 상부로 전류를 증가시키기 위한 기생 돌출부(1112)를 추가하는 구조를 통해, 방사 영역을 확장하여 전체적으로 안테나의 스캔 각도를 확장시킬 수 있다.
도 4a 내지 도 6c를 참조하면, 전자 기기는 슬롯 안테나(1100), 모노폴 영역(monopole region, 1120) 및 송수신부 회로(1250)를 포함하도록 구성 가능하다.
슬롯 안테나(1100)는 전자 기기 내부에 배치되는 기판(substrate, S1)의 전면에 그라운드 영역으로 동작하는 도전 층(conductive layer, 1110)에 소정 형상의 슬롯 영역(slot region, SR)을 구비하도록 구성될 수 있다. 여기서, 슬롯 안테나(1100)의 슬롯 영역(SR)의 형상은 타원 형상에서 안테나 효율을 개선하기 위한 최적 형태로 외곽선이 형성된 형상일 수 있다. 이와 관련하여, 기판(S1)의 전면의 일부 영역은 도전 층이 제거된 소정 형상의 유전체 영역으로 형성될 수 있다.
모노폴 영역(monopole region, 1120)은 슬롯 영역(SR) 내에 배치되고, 슬롯 안테나(1100)를 급전하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 모노폴 영역(1120)의 형상도 슬롯 영역(SR)의 형상에 대응하도록 원형 형상일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
모노폴 영역(1120)은 기판(S1)의 배면에 형성되어, 기판(S1)의 전면에 형성된 슬롯 안테나(1100)로 신호를 커플링 하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 슬롯 안테나(1100)와 모노폴 영역(1120)은 기판(S1)의 동일한 면 또는 서로 다른 면에 배치될 수도 있다. 일 예로, 안테나 기판(S1)과 회로 기판(S2)이 도 6a와 같이 수직하게 배치되는 경우, 슬롯 안테나(1100)와 모노폴 영역(1120)은 안테나 기판(S1)의 서로 다른 면에 배치될 수 있다. 회로 기판(S2)의 전송 선로(transmission line, TL)와 모노폴 영역(1120)의 결합의 용이성을 위해 슬롯 안테나(1100)와 모노폴 영역(1120)은 안테나 기판(S1)의 서로 다른 면에 배치될 수 있다.
모노폴 영역(1120)은 모노폴 영역(1120b)과 급전부(1120c)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 급전부(1120a)는 회로 기판(S2)의 전송 선로(TL)와 연결되도록 구성될 수 있다. 급전부(1120c)는 모노폴 영역(1120b)에서 연장되어 슬롯 안테나(1100)로 신호가 결합되도록 소정 형상으로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 모노폴 영역(1120b)은 일 축 방향의 길이보다 타 방향의 길이가 더 긴 타원 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 모노폴 영역(1120b)은 y축 방향의 길이보다 z축 방향의 길이가 더 긴 타원 형상으로 형성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 슬롯 안테나(1100)와 제2 급전부(1120b)의 형상은 원형 또는 타원형일 수 있다. 급전부(1120)는 기판(S1)의 하단으로부터 형성되어 제2 급전부(1120b)가 슬롯 영역(SR) 내에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 슬롯 영역(SR)의 중심은 기판(S1)의 중심으로부터 하부로 오프셋 배치되기 때문에, 급전부(1120)의 중심도 기판(S1)의 중심으로부터 하부로 오프셋 배치될 수 있다. 따라서, 급전부(1120)의 중심 선(center line)이 슬롯 안테나(1100)의 중심 선보다 기판(S1)의 하부에 배치될 수 있다.
또한, 급전부(1120)의 중심이 슬롯 영역(SR)의 중심으로부터 하부로 오프셋 배치될 수 있다. 즉, 급전부(1120)의 중심 선이 슬롯 영역의 중심 선보다 하부에 배치될 수 있다. 이에 따라, 급전부(1120)에 의한 직접 방사되는 성분 이외에 슬롯 영역(SR)으로 커플링 되어 방사되는 성분을 증가시켜 안테나 효율을 향상시킬 수 있다.
도 4a 내지 도 6c를 참조하면, 슬롯 안테나(1100)는 기판의 하부 방향으로 오프셋 되어 배치될 수 있다. 유전체 영역(dielectric region, DR)은 기판(S1)의 상부 방향으로 오프셋 되어 슬롯 안테나(1100)의 좌측 영역과 우측 영역에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 기판(S1)의 좌측 상부 영역에서 도전 층이 제거된 영역을 제1 유전체 영역(DR1)으로 지칭할 수 있다. 또한, 기판(S1)의 우측 상부 영역에서 도전 층이 제거된 영역을 제2 유전체 영역(DR2)으로 지칭할 수 있다.
도 6a와 같은 기판 체결 구조를 참조하면, 슬롯 안테나(1100)가 배치된 기판(S1)은 송수신부 회로(1250)가 배치된 회로 기판(circuit board, S2)과 수직하게 배치될 수 있다. 송수신부 회로(1250)와 전기적으로 연결된 전송 선로(TL)는 급전부(1120)와 수직하게 전기적으로 연결될 수 있다.
도 6c와 같은 전송 선로 구조를 참조하면, 전송 선로(TL)는 일 측과 타 측에 그라운드 영역이 배치된 coplanar waveguide 구조로 형성될 수 있다. 도 6c를 참조하면, 전자 기기의 디스플레이에 투명 안테나 형태로 배치되는 슬롯 안테나(1100)가 배치된 글래스 기판과 연결되는 회로 기판(S2)의 인터페이스 영역은 ACF 본딩 형태로 구현될 수 있다. 구체적으로, 인터페이스 영역에서 전송 선로(TL)는 일 측과 타 측에 그라운드 영역이 배치된 coplanar waveguide 구조로 형성될 수 있다.
도 4a 내지 도 6c를 참조하면, 송수신부 회로(1250)는 슬롯 안테나(1100)를 통해 소정 대역의 신호가 방사되도록 급전부(1120)를 통해 신호를 인가하도록 구성될 수 있다. 전자 기기는 슬롯 안테나(1100), 모노폴 영역(monopole region, 1120) 및 송수신부 회로(1250)에 기저대역 프로세서(1400)를 더 포함하도록 구성 가능하다. 기저대역 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)와 동작 가능하게 결합될 수 있다. 기저대역 프로세서(1400)는 복수의 슬롯 안테나를 통해 빔 포밍 및/또는 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어하도록 구성될 수 있다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 도전 층(1110)이 제거된 유전체 영역(DR)은 삼각형 형상으로 형성되어 그라운드 영역의 전류를 슬롯 영역(SR) 내부로 유도하여 슬롯 안테나(1100)의 효율을 증가시킬 수 있다. 이와 관련하여, 슬롯 안테나(1100)의 좌측과 우측에 배치된 유전체 영역(DR)은 메탈 제거 영역(metal elimination region)으로 지칭될 수 있다.
이와 관련하여, 그라운드 영역에 해당하는 도전 층(1110)의 전류(current)를 슬롯 영역(SR) 주위로 적절히 유도할 수 있도록 삼각형 형상으로 그라운드 영역을 제거할 수 있다. 이와 관련하여, 그라운드 영역이 제거된 유전체 영역(DR)에 해당하는 직각 삼각형의 각 변의 길이는 x1 및 y1으로 표시할 수 있다. 그라운드 영역이 제거된 유전체 영역(DR)의 각 변의 길이 x1과 y1은 타겟 파장에 비례하여 결정될 수 있다. 적용하는 주파수 대역 기준으로 가장 짧은 파장을 λ_min라고 하면, (K*λ_min)/2-α ≤ x1, y1 ≤(K*λ_min)/2+α 또는 (K*λ_min)/4-α ≤ x1, y1 ≤ (K*λ_min)/4+α 이 될 수 있다. (단, α는 임의의 허용 오차를 나타내는 값이며, K는 임의 상수이다.) 반대로 상기 λ_min는 적용하는 주파수 대역 기준으로 가장 긴 파장으로 정의할 수 있다.
유전체 영역(DR)의 일 축 방향으로의 종점(end point)은 슬롯 영역(SR)의 일 축 방향의 중심 선의 경계 지점보다 기판의 중심 영역으로 배치될 수 있다. 즉, 유전체 영역(DR)의 y축 방향으로의 종점(end point, y1)은 슬롯 영역(SR)의 y축 방향의 중심 선의 경계 지점(y2)보다 기판(S1)의 중심 영역으로 배치될 수 있다.
또한, 유전체 영역(DR)의 타 축 방향으로의 종점은 슬롯 영역(SR1, SR2)의 중심 선보다 하부에 배치될 수 있다. 즉, 유전체 영역(DR)의 x축 방향으로의 종점(x1)은 슬롯 영역(SR)의 중심선의 위치(x2)보다 하부에 배치될 수 있다.
안테나 효율 향상 및 스캔 영역 확장을 위해 슬롯 안테나(1100)를 구성하는 그라운드 영역으로 동작하는 도전 층(1110)은 다양한 형상으로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 슬롯 안테나(1100)는 기판(S1)의 일 축 방향으로 슬롯 영역(SR)이 도전 층(1110)으로 돌출되도록 형성된 슬롯 형성부(slot formation portion, 1111)를 포함할 수 있다. 즉, 슬롯 안테나(1100)는 기판(S1)의 수평 축 (y축) 방향으로 슬롯 영역(SR)이 도전 층(1110)으로 돌출되도록 형성된 슬롯 형성부(1111)를 포함할 수 있다.
한편, 슬롯 안테나(1100)는 기판(S1)의 타 축 방향으로 도전 층(1110)이 슬롯 영역(SR)으로 돌출되도록 형성된 기생 돌출부(parasitic protrusion portion, 1112)를 포함할 수 있다. 즉, 슬롯 안테나(1100)는 기판(S1)의 수직 축 (z축) 방향으로 도전 층(1110)이 슬롯 영역(SR)으로 돌출되도록 형성된 기생 돌출부(1112)를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 기생 돌출부(1112)는 그라운드 영역에 해당하는 도전 층(1110)이 슬롯 영역(SR)으로 확장된 부분이므로 금속 돌출부 또는 그라운드 돌출부로 지칭될 수 있다.
한편, 슬롯 안테나(1100)는 슬롯 형성부(1111)와 기생 돌출부(1112)를 모두 포함하도록 구성될 수 있다. 슬롯 형성부(1111)는 기판(S1)의 일 축 방향으로 슬롯 영역(SR)이 도전 층(1110)으로 돌출되도록 형성될 수 있다. 기생 돌출부(1112)는 기판(S1)의 타 축 방향으로 도전 층(1110)이 슬롯 영역(SR)으로 돌출되도록 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 기생 돌출부(1112)는 급전부(1120)가 배치되지 않은 슬롯 영역의 상부에만 배치될 수 있다. 기생 돌출부(1112)가 않은 슬롯 영역의 하부에도 배치되면 급전부(1120)와의 간섭에 의해 안테나 성능이 저하될 수 있기 때문이다. 또는, 기생 돌출부(1112)가 않은 슬롯 영역의 하부에도 배치되면 제작 오차에 따라 안테나 성능이 민감하게 변경될 수 있기 때문이다.
슬롯 안테나(1100)는 밀리미터파 (mmWave) 대역의 복수의 주파수 대역, 즉 광대역 동작하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 슬롯 안테나(1100)는 밀리미터파 (mmWave) 대역의 제1 주파수 대역 및 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다. 여기서, 제1 주파수 대역 및 제2 주파수 대역은 각각 58GHz 대역 및 70GHz 대역일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 관련하여, 기판 하단에서 기생 돌출부(1112)까지의 길이는 제1 주파수 대역 내의 제1 주파수의 파장에 비례하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 기판 하단에서 기생 돌출부(1112)까지의 길이는 58GHz에 해당하는 파장에 비례하여 설정될 수 있다.
한편, 기판 하단에서 일 측에 형성된 제1 슬롯 형성부(1111a)까지의 제1 길이와 타 측에 형성된 제2 슬롯 형성부(1111b)까지의 제2 길이는 상이하게 설정될 수 있다. 이와 관련하여, 도 7a 및 도 7b는 본 명세서에서 설명되는 슬롯 안테나의 58GHz 대역 및 70 GHz 대역에서의 전류 분포(current distribution)를 나타낸다.
도 7a를 참조하면, 안테나의 추가적인 slot 부분의 높이(H)는 기본적으로 외곽 slot 하단으로부터 외곽 slot 상단 기준으로 볼 때 외곽 slot 하단부터 current와 current가 합류하거나 분류되는 기점까지의 높이로 표현된다.
구체적으로 광대역 기준으로 타겟 주파수가 f_1 내지 f_N인 경우, 평균 H=(h_1 + h_N)/N 로 (단, h_k는 k 주파수에 해당하는 current 합류 또는 분류되는 기점 높이를 의미함) 표현될 수 있다. 또는, 상기 current 합류 또는 분류 기점을 갖는 타겟 주파수들 만의 평균 H=(h_1 + h_N)/N (h_mk는 기점을 갖는 k번째 주파수 인덱스, M은 상기 기점이 있는 타겟 주파수 수)으로 표현될 수 있다. 또는, H=h_mk 타겟 대표 주파수 k의 기점 높이로 정의될 수 있다. 추가적인 slot 부분의 높이(H)는 허용오차 β에 따라 H±β가 될 수도 있다.
도 7b를 참조하면, 기판 하단에서 일 측에 형성된 제1 슬롯 형성부(1111a)까지의 제1 길이(L1)은 타 측에 형성된 제2 슬롯 형성부(1111b)까지의 제2 길이(L2)와 상이하게 설정될 수 있다. 제1 슬롯 형성부(1111a)까지의 제1 길이(L1) 및 제2 슬롯 형성부(1111b)까지의 제2 길이(L2)는 각각 다른 타겟 주파수를 위해 상이하게 설정될 수 있다.
기판 하단에서 기생 돌출부(1112)까지의 길이가 동작 대역 내의 최저 주파수의 파장을 고려하여 설정되면, 제1 길이(L1) 및 제2 길이(L2)는 다른 주파수의 파장을 고려하여 설정될 수 있다. 일 예로, 제1 슬롯 형성부(1111a)까지의 제1 길이(L1)는 최고 주파수의 파장을 고려하여 설정될 수 있다. 한편, 제2 슬롯 형성부(1111b)까지의 제2 길이(L2)는 중간 주파수의 파장을 고려하여 설정될 수 있다.
결론적으로, 기판 하단에서 기생 돌출부(1112)까지의 길이는 최저 주파수인 58GHz에 해당하는 파장을 고려하여 설정될 수 있다. 제1 슬롯 형성부(1111a)까지의 제1 길이(L1)는 최고 주파수인 70GHz에 해당하는 파장을 고려하여 설정될 수 있다. 제2 슬롯 형성부(1111b)까지의 제2 길이(L2)는 중간 주파수인 64GHz에 해당하는 파장을 고려하여 설정될 수 있다.
따라서, 기판 하단에서 기생 돌출부(1112)까지의 길이는 제1 주파수 대역 내의 제1 주파수의 파장에 비례하게 설정될 수 있다. 한편, 기판 하단에서 제1 슬롯 형성부(1111a)까지의 제1 길이(L1)는 제2 주파수 대역 내의 제2 주파수의 파장에 비례하게 설정될 수 있다. 또한, 기판 하단에서 제2 슬롯 형성부(1111b)까지의 제2 길이(L2)는 제1 주파수와 제2 주파수 사이의 특정 주파수의 파장에 비례하게 설정될 수 있다. 따라서, 제2 슬롯 형성부(1111b)까지의 제2 길이(L2)가 제1 슬롯 형성부(1111a)까지의 제1 길이(L1)보다 더 길게 형성될 수 있다.
하지만, 이러한 주파수의 조합에 한정되는 것은 응용에 따라 변경 가능하다. 일 예로, 제1 슬롯 형성부(1111a)까지의 제1 길이(L1)가 주파수인 64GHz에 해당하는 파장을 고려하여 설정될 수 있다. 한편, 제2 슬롯 형성부(1111b)까지의 제2 길이(L2)가 최고 주파수인 70GHz에 해당하는 파장을 고려하여 설정될 수 있다.
슬롯 형성부(1111)의 기판의 일 축 방향으로 길이는 전류의 합류 또는 분류되는 기점에서의 전류 흐름을 고려하여 결정될 수 있다. 이와 관련하여, 도 8은 슬롯 영역 외곽에 형성된 슬롯 형성부를 고려한 서로 다른 주파수에서의 전류 분포를 나타낸다. 이와 관련하여, 슬롯 형성부(1111)의 기판의 일 축 방향으로 길이(L)는 전류의 흐름을 개선시키도록 하는 최소 길이(Lmin) 이상으로 형성될 수 있다. 즉, 슬롯 형성부(1111)의 길이(L)는 슬롯 영역(SR) 외부의 도전 층(1110)에서 전류가 분류 또는 합류되는 방향으로 전류의 흐름을 개선시키도록 하는 최소 길이(Lmin) 이상으로 형성될 수 있다. 또한, 슬롯 형성부(1111)의 길이(L)는 전류가 분류 또는 합류되지 않는 다른 주파수에서 전류의 흐름을 방해하지 않도록 하는 최대 길이(Lmax) 이하로 형성될 수 있다.
따라서, 추가되는 슬롯의 길이(L)은 슬롯 외부에서 전류가 합류 또는 분류되는 기점 방향에서 전류가 잘 흐를 수 있도록 하는 최소 길이(Lmin) 이상이어야 한다. 이와 관련하여, 도 6 및 도 8b를 참조하면, 최고 주파수인 70GHz에서 슬롯 영역(SR) 외부의 슬롯 형성부(1120)에서 전류가 합류되도록 슬롯 형성부(1120)의 길이는 최소 길이(Lmin) 이상으로 형성될 수 있다.
또한, 추가되는 슬롯의 길이(L)은 전류가 합류 또는 분류가 되지 않는 다른 주파수들에서 전류 방향의 방해를 막지 않는 최대 길이(Lmax) 이상이어야 한다. 이와 관련하여, 도 6 및 도 8c를 참조하면, 중간 주파수인 64GHz에서 슬롯 영역(SR) 외부의 슬롯 형성부(1120)에서 전류가 합류 또는 분류되지 않도록 슬롯 형성부(1120)의 길이는 최대 길이(Lmin) 이하로 형성될 수 있다.
한편, 도 6 및 도 8a를 참조하면, 최저 주파수인 58GHz에서 슬롯 영역(SR) 외부의 슬롯 형성부(1120)에 전류가 분류되도록 슬롯 형성부(1120)의 길이가 소정 길이(L)로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 슬롯 형성부(1120)의 소정 길이(L)은 전술한 최소 길이(Lmin) 이상의 값과 최대 길이(Lmax) 이하의 값 사이의 값일 수 있다.
한편, 기생 돌출부(1112)의 기판의 타 축 방향으로의 길이는 슬롯 내부의 자기 전류(magnetic current)에 의한 유도 전류를 고려하여 설정될 수 있다. 이와 관련하여, 도 9a 내지 도 9c는 슬롯 영역 외곽에 형성된 기생 돌출부를 고려한 서로 다른 주파수에서의 전류 분포를 나타낸다. 이와 관련하여, 기생 돌출부(1112)의 기판의 타 축 방향으로 길이(PL)는 유도 전류를 슬롯 영역(SR) 외부의 기생 돌출부(1112)로 전달하기 위한 최소 길이(PLmin) 이상으로 형성될 수 있다. 유도 전류는 슬롯 영역(SR) 내부의 자기 전류에 의해 형성된다. 또한, 기생 돌출부(1112)의 기판의 타 축 방향으로 길이(PL)는 기생 돌출부(1112)에 의한 슬롯 영역(SR)과 급전부(1120) 사이의 전기적 결합에 의해 공진 주파수를 변경시키지 않도록 하는 최대 길이(PLmax) 이하로 형성될 수 있다.
슬롯 영역(SR)의 외곽 상부에 배치되는 기생 돌출부(1112)는 사각형, 직사각형, 다각형, 원형 또는 타원 형상으로 형성될 수 있다. 기생 돌출부(1112)의 목적은 슬롯 영역(SR)의 외곽 상부까지 전류를 잘 흐를 수 있도록 하는데 있다. 기생 돌출부(1112)의 길이(PL)는 슬롯 영역(SR) 외곽 상부에서 슬롯 영역(SR) 내부의 급전부(1120) 사이의 공진 주파수를 변형시킬 수 있다. 즉, 기생 돌출부(1112)의 길이(PL)는 슬롯 영역(SR) 외곽 상부에서 급전부(1120)에 해당하는 모노폴(monopole) 소자 사이의 공진 주파수를 변형시킬 수 있다. 따라서, 기생 돌출부(1112)의 길이(PL)는 공진 주파수를 변형시키지 않은 최대 길이(PLmax)와 자기 전류에 의한 의미 있는 유도 전류를 외곽 슬롯까지 전달하기 위한 최소 길이(PLmin) 사이의 값으로 결정할 수 있다.
이와 관련하여, 도 6 및 도 9b를 참조하면, 기생 돌출부(1112)의 길이는 슬롯 안테나(1100)의 공진 주파수를 변형시키지 않도록 최대 길이(PLmax) 이하로 설정될 수 있다.
또한, 기생 돌출부(1112)의 길이는 유도 전류를 슬롯 영역(SR) 외부의 기생 돌출부(1112)로 전달하기 위한 최소 길이(PLmin) 이상이어야 한다. 이와 관련하여, 도 6 및 도 9c를 참조하면, 중간 주파수인 64GHz에서 유도 전류를 슬롯 영역(SR) 외부의 기생 돌출부(1112)로 전달하기 위한 최소 길이(PLmin) 이상으로 형성될 수 있다.
한편, 도 6 및 도 9a를 참조하면, 최저 주파수인 58GHz에서 유도 전류를 슬롯 영역(SR) 외부의 기생 돌출부(1112)로 전달하도록 기생 돌출부(1112)의 길이는 소정 길이(PL)로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 기생 돌출부(1112)의 소정 길이(PL)는 전술한 최소 길이(PLmin) 이상의 값과 최대 길이(PLmax) 이하의 값 사이의 값일 수 있다.
도 6a 내지 도 6c의 슬롯 안테나(1100)와 같은 슬롯 모노폴 안테나 구조의 안테나 특성에 대해 설명하면 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 10은 도 6a 내지 도 6c의 슬롯 안테나 구조를 갖는 안테나의 전기적 특성을 나타낸다. 구체적으로, 도 10(a)는 슬롯 안테나의 반사 계수(reflection coefficient) 특성을 나타낸다. 또한, 도 10(b)는 슬롯 안테나의 피크 이득 특성을 나타낸다.
또한, 도 11은 도 6a 내지 도 6c의 슬롯 안테나 구조를 갖는 안테나의 이득 및 방사 특성을 나타낸다. 구체적으로, 도 11(a)는 58GHz에서의 이득 값을 스캔 각도 별로 나타낸 것이다. 한편, 도 11(b)는 64GHz에서의 이득 값을 스캔 각도 별로 나타낸 것이다. 또한, 도 11(c)는 70GHz에서의 이득 값을 스캔 각도 별로 나타낸 것이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 도 6a 내지 도 6c의 슬롯 안테나(1100) 구조에서 대역폭은 56.3GHz 내지 70.49 GHz일 수 있다. 이와 관련하여, 슬롯 안테나(1100)의 대역폭은 -10dB 이하의 반사 계수를 기준으로 할 수 있다. 실예로 도 6c의 슬롯 안테나(1100) 구조에서 피크 이득은 58GHz, 64GHz 및 70GHz에서 각각 5.9dBi, 7.2dBi 및 7.6dBi일 수 있다. 도 6c의 슬롯 안테나(1100) 구조에서 빔 피크 방향은 대역 내 주파수 변화에 관계없이 수직 방향에 해당하는 보어 사이트 방향일 수 있다.
도 11(a)를 참조하여 실예를 들면 1dBi 이상의 안테나 이득을 갖는 영역은 수평 방향으로 -45도 내지 45도이고 수직 방향으로 60도 내지 130도 범위일 수 있다. 한편, 도 11(b)를 참조하면, 1dBi 이상의 안테나 이득을 갖는 영역은 수평 방향으로 -40도 내지 40도이고 수직 방향으로 50도 내지 130도 범위일 수 있다. 또한, 도 11(c)를 참조하여 실예로 들면, 1dBi 이상의 안테나 이득을 갖는 영역은 수평 방향으로 -45도 내지 45도이고 수직 방향으로 30도 내지 120도 범위일 수 있다.
따라서, 밀리미터파 대역에서 광대역 동작하는 슬롯 안테나는 최저 주파수에서 최고 주파수 범위에서 안테나 방사 패턴과 이득 값이 수평 및 수직 방향으로 넓은 각도 범위 내에서 유지된다. 이에 따라, 본 명세서에서 설명되는 슬롯 안테나(1100) 소자를 복수 개 배열하여 배열 안테나를 구현 시 빔 스캔에 따른 스캔 손실을 최소화할 수 있다는 장점이 있다. 슬롯 안테나(1100) 소자를 이용한 배열 안테나를 통한 빔 포밍 (빔 스캔) 시 스캔 각도를 수평/수직 방향으로 모두 확장시킬 수 있다.
구체적으로, 슬롯 안테나(1100)의 그라운드 외곽 구조를 최적화하여 배열 안테나를 통한 빔 포밍 (빔 스캔) 시 스캔 각도를 수평/수직 방향으로 모두 확장시킬 수 있다. 또한, 슬롯 안테나(1100)의 슬롯 형성부(1111) 및/또는 기생 돌출부(1112)의 배치를 최적화하여 배열 안테나를 통한 빔 포밍 (빔 스캔) 시 스캔 각도를 수평/수직 방향으로 모두 확장시킬 수 있다.
이와 관련하여, 도 12는 기존 레거시 구조를 갖는 슬롯 모노폴 안테나와 본 명세서에 설명되는 슬롯 안테나에 따른 수평/수직 각도 범위에서 이득 특성을 비교한 것이다. 이와 관련하여, 안테나와 본 명세서에 설명되는 슬롯 안테나(1100)는 도 6a 내지 도 6c와 같이 그라운드 외곽 구조가 최적화되고, 슬롯 형성부(1111) 및/또는 기생 돌출부(1112)의 배치가 최적화된 구조일 수 있다.
실 예로 도 11 및 도 12를 참조하면, 1dBi 이상의 안테나 이득을 갖는 영역은 58GHz에서 수직 방향으로 약 5도 정도 확장될 수 있다. 일 예를 들면, 최적화 이전의 슬롯 안테나는 수평 방향으로 -45도 내지 45도와 수직 방향으로 55도 내지 120도 범위의 스캔 가능 각도를 갖는다. 반면에, 최적화된 슬롯 안테나는 수평 방향으로 -45도 내지 45도와 수직 방향으로 60도 내지 130도 범위의 스캔 가능 각도를 갖는다. 여기서, 최적화 이전의 슬롯 안테나에 비해 최적화된 슬롯 안테나는 최적화된 슬롯 외곽선과 슬롯 형성부 및 기생 돌출부를 갖는다.
한편, 1dBi 이상의 안테나 이득을 갖는 영역 (스캔 가능 각도)은 64GHz에서 수직 방향으로 약 15도 정도 확장될 수 있다. 일 예를 들면, 최적화 이전의 슬롯 안테나는 수평 방향으로 -40도 내지 40도와 수직 방향으로 65도 내지 130도 범위의 스캔 가능 각도를 갖는다. 반면에, 최적화된 슬롯 안테나는 수평 방향으로 -40도 내지 40도와 수직 방향으로 50도 내지 130도 범위의 스캔 가능 각도를 갖는다.
또한, 1dBi 이상의 안테나 이득을 갖는 영역은 70GHz에서 수평 방향으로 약 6도 및 수직 방향으로 약 30도 정도 확장될 수 있다. 특히, 70GHz와 같은 대역 내 최고 주파수에서의 이득 특성이 개선됨을 알 수 있다. 일 예를 들면, 최적화 이전의 슬롯 안테나는 수평 방향으로 -42도 내지 42도와 수직 방향으로 70도 내지 130도 범위의 스캔 가능 각도를 갖는다. 반면에, 최적화된 슬롯 안테나는 수평 방향으로 -45도 내지 45도와 수직 방향으로 30도 내지 120도 범위의 스캔 가능 각도를 갖는다. 따라서, 본 명세서에서 설명되는 슬롯 안테나(1100)는 배열 안테나를 통한 빔 스캔 시 전체 대역에서 안테나 특성을 개선시킬 수 있다는 장점이 있다.
본 명세서에서 설명되는 슬롯 안테나를 소정 간격 이격되고 전력 결합기에 의해 결합하여 배열 안테나를 구현할 수 있다. 이와 관련하여, 도 13은 일 실시 예에 따른 슬롯 안테나가 하나 이상의 배열 안테나로 구성된 예시를 나타낸다.
도 6a 및 도 13을 참조하면, 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)는 송수신부 회로(1250) 및 기저대역 프로세서(1400)와 동작 가능하게 결합될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 안테나 모듈에 해당하는 각각의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)는 전자 기기 내에 복수 개 배치되어, 다중 입출력을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 도 13은 일 실시 예에 따른 복수 개의 안테나 소자들로 이루어진 복수의 배열 안테나와 이들을 제어하는 구성을 개시한다.
도 3b, 도 4a, 도 6a 내지 도 6c 및 도 13를 참조하면, 복수의 배열 안테나는 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4)를 포함하도록 구성 가능하다. 이와 관련하여, 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4)는 전자 기기의 좌측, 우측, 상부 및 하부에 배치될 수 있다. 하지만, 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4)가 배치되는 위치는 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다.
본 명세서에서 설명되는 슬롯 안테나(1100)는 메탈 메쉬 격자 구조 또는 투명 소재를 이용한 투명 안테나로 구현될 수 있다. 따라서, 투명 안테나 형태의 슬롯 안테나(1100)로 구성되는 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4)는 전자 기기의 디스플레이(151) 내부의 투명 소재 기판상에 배치될 수 있다.
제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4)는 디스플레이(151)의 전면 영역에 배치될 수 있다. 다른 실시 예로, 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4)는 디스플레이(151)의 측면 영역에 배치될 수도 있다.
도 6a 및 도 6c의 회로 기판(S2)은 전자 기기의 내부에 배치될 수 있다. 도 6a 및 도 13을 참조하면, 안테나 기판(S1)과 수직하게 결합되는 회로 기판(S2)은 디스플레이(151)가 배치된 평면에 수직하게 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4)는 디스플레이(151)의 전면 영역에 배치될 수 있다.
한편, 안테나 기판(S1)과 수직하게 결합되는 회로 기판(S2) 디스플레이(151)가 배치된 평면과 평행하게 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4)는 디스플레이(151)의 측면 영역에 배치될 수 있다. 전자 기기의 측면 영역까지 디스플레이 영역이 확장될 수 있기 때문에, 투명 소재의 투명 안테나로 구현되는 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4)가 전자 기기의 측면에 배치될 수 있다.
제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4)는 각각 제1 프론트 엔드 모듈(FEM1) 내지 제4 프론트 엔드 모듈(FEM4)과 동작 가능하게 결합될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 프론트 엔드 모듈(FEM1) 내지 제4 프론트 엔드 모듈(FEM4) 각각은 위상 제어부, 전력 증폭기 및 수신 증폭기를 구비할 수 있다. 제1 프론트 엔드 모듈(FEM1) 내지 제4 프론트 엔드 모듈(FEM4) 각각은 RFIC에 해당하는 송수신부 회로(1250) 중 일부 구성을 포함할 수 있다.
기저대역 프로세서(1400)는 제1 프론트 엔드 모듈(FEM1) 내지 제4 프론트 엔드 모듈(FEM4)과 동작 가능하게 결합될 수 있다. 프로세서(1400)는 RFIC에 해당하는 송수신부 회로(1250) 중 일부 구성을 포함할 수 있다. 프로세서(1400)는 모뎀에 해당하는 기저대역 프로세서(1400)를 포함할 수 있다. 프로세서(1400)는 RFIC에 해당하는 송수신부 회로(1250) 중 일부 구성과 모뎀에 해당하는 기저대역 프로세서(1400)를 포함하도록 SoC (System on Chip) 형태로 제공될 수 있다. 하지만, 도 12의 구성에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 다양하게 변경 가능하다.
도 3b, 도 4a, 도 6a 내지 도 6c 및 도 13를 참조하면, 슬롯 안테나(1100)는 복수의 슬롯 안테나 소자가 소정 간격으로 이격되어 배치된 슬롯 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 송수신부 회로(1400)는 복수의 슬롯 안테나 소자로 인가되는 신호의 위상을 제어할 수 있다. 따라서, 밀리미터파 대역의 제1 주파수 대역과 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역에서 빔 포밍을 수행할 수 있다.
전술한 바와 같이, 슬롯 배열 안테나는 투명 안테나 형태로 전자 기기의 디스플레이에 복수의 슬롯 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)로 구성되고, 송수신부 회로(1250)와 동작 가능하게 결합될 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 슬롯 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)는 도 3a 또는 도 4a의 제1 안테나(1110a) 내지 제4 안테나(1110d)에 해당할 수 있다. 기저대역 프로세서(1400)는 복수의 슬롯 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다.
다른 실시 예로, 슬롯 배열 안테나는 전자 기기의 서로 다른 측면에 배치되는 복수의 슬롯 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 슬롯 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)는 도 3a의 안테나(1110S1, 1110S2)와 같이 전자 기기의 측면에 배치될 수 있다. 기저대역 프로세서(1400)는 복수의 슬롯 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다.
기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4) 중 적어도 하나를 통해 신호를 방사하도록 제1 프론트 엔드 모듈(FEM1) 내지 제4 프론트 엔드 모듈(FEM4)을 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4)를 통해 수신되는 신호의 품질에 기반하여, 최적의 안테나를 선택할 수 있다.
기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4) 중 둘 이상을 통해 다중 입출력(MIMO)를 수행하도록 제1 프론트 엔드 모듈(FEM1) 내지 제4 프론트 엔드 모듈(FEM4)을 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4)를 통해 수신되는 신호의 품질과 간섭 수준에 기반하여, 최적의 안테나 조합을 선택할 수 있다.
기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4) 중 적어도 하나를 통해 반송파 집성(carrier aggregation, CA)이 수행되도록 제1 프론트 엔드 모듈(FEM1) 내지 제4 프론트 엔드 모듈(FEM4)을 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4) 각각이 제1 대역과 제2 대역에서 이중 공진하므로, 하나의 배열 안테나를 통해 반송파 집성(CA)을 수행할 수 있다.
기저대역 프로세서(1400)는 각각의 안테나에 대해 제1 대역과 제2 대역에서의 신호 품질을 판단할 수 있다. 기저대역 프로세서(1400)는 제1 대역과 제2 대역에서의 신호 품질에 기반하여, 제1 대역에서 어느 하나의 안테나와 제2 대역에서 다른 안테나를 통해 반송파 집성(CA)을 수행할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 일 양상에 따른 밀리미터파 대역(mmWave)에서 동작하는 배열 안테나를 구비하는 전자 기기에 대해 설명하였다. 이하에서는 본 발명의 다른 양상에 따른 밀리미터파 대역(mmWave)에서 동작하는 배열 안테나로 구현되는 안테나 모듈에 대해 설명하기로 한다. 이와 관련하여, 슬롯 안테나 형상의 배열 안테나를 구비하는 전자 기기에 대한 모든 설명이 이하의 안테나 모듈에 대해서도 적용 가능하다.
도 1 내지 도 13을 참조하면, 디스플레이에 구비되는 투명 안테나를 포함하는 안테나 모듈(ANT)은 슬롯 안테나(1100) 및 모노폴 영역(monopole region, 1120)를 포함할 수 있다. 슬롯 안테나(1100)는 전자 기기 내부에 배치되는 글래스 기판의 전면에 그라운드 영역으로 동작하는 도전 층(conductive layer, 1110)에 소정 형상의 슬롯 영역(SR)이 구비되도록 구성될 수 있다. 급전부(1120)는 슬롯 영역(SR) 내에 배치되고, 슬롯 안테나(1100)를 급전하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도전 층(1110)과 급전부(1120)는 투명 소재로 구현되고, 글래스 기판의 전면의 일부 영역은 도전 층이 제거된 소정 형상의 유전체 영역으로 형성될 수 있다.
슬롯 안테나(1100)는 기판(S1)의 일 축 방향으로 슬롯 영역(SR)의 일 측과 타 측에서 슬롯 영역(SR)이 도전 층(1110)으로 돌출되도록 형성된 슬롯 형성부(slot formation portion, 1111)를 포함할 수 있다. 슬롯 안테나(1100)는 기판(S1)의 타 축 방향으로 도전 층(1110)이 슬롯 영역(SR)으로 돌출되도록 형성된 기생 돌출부(parasitic protrusion portion, 1112)를 포함할 수 있다. 기생 돌출부(1112)는 급전부(1120)가 배치되지 않은 슬롯 영역(SR)의 상부에만 배치될 수 있다.
슬롯 안테나(1100)는 투명 안테나 형태로 전자 기기의 디스플레이(151)에 복수의 슬롯 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)로 구성될 수 있다. 슬롯 안테나(1100)의 각각의 안테나 소자로 인가되는 신호는 전자 기기 내부에 배치되는 송수신부 회로(1250) 및 기저대역 프로세서(1400)를 통해 제어될 수 있다. 이와 관련하여, 기저대역 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)와 동작 가능하게 결합될 수 있다. 기저대역 프로세서(1400)는 복수의 슬롯 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어할 수 있다.
밀리미터파 대역에서 동작하는 배열 안테나 및 이를 제어하는 전자기기와 관련된 전술한 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 본 발명의 사상 및 범위 내에서 당업자에게 명확하게 이해될 수 있다. 따라서, 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 이하의 청구항들의 권리 범위 내에 속하는 것으로 이해되어 한다.
본 명세서에서 설명되는 전자 기기는 주변 전자 기기, 외부 기기 또는 기지국 등 다양한 엔티티로부터 동시에 정보를 송신 또는 수신할 수 있다. 필요가 있는 경우, 도 1 내지 도 13을 참조하면, 전자 기기는 안테나 모듈(1100)과 이를 제어하는 송수신부 회로(1250) 및 기저대역 프로세서(1400)를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 다중 입출력(MIMO)을 수행하여 통신 용량 향상 및/또는 정보 송신 및 수신의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 전자 기기는 다양한 엔티티로부터 동시에 서로 다른 정보를 송신 또는 수신하여 통신 용량을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 전자 기기에서 대역폭의 확장 없이도 MIMO 동작을 통해 통신 용량을 향상시킬 수 있다.
대안으로, 전자기기는 다양한 엔티티로부터 동시에 동일한 정보를 동시에 송신 또는 수신하여 주변 정보에 대한 신뢰성을 향상시키고 레이턴시를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 전자기기에서 URLLC (Ultra Reliable Low Latency Communication) 통신이 가능하고 전자기기는 URLLC UE로 동작할 수 있다. 이를 위해, 스케줄링을 수행하는 기지국은 URLLC UE로 동작하는 전자기기를 위해 시간 슬롯을 우선적으로 할당할 수 있다. 이를 위해 이미 다른 UE에게 할당된 특정 시간-주파수 자원 중 일부를 펑처링(puncturing)할 수 있다.
전술한 바와 같이, 복수의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)은 28GHz 대역인 제1 주파수 대역과 38.5GHz 대역인 제2 주파수 대역에서 광대역 동작할 수 있다. 기저대역 프로세서(1400)는 제1 주파수 대역에서 복수의 안테나 소자들(ANT1 내지 ANT4) 중 일부를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 또한, 기저대역 프로세서(1400)는 제2 주파수 대역에서 복수의 안테나 소자들(ANT1 내지 ANT4) 중 일부를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 상호 간에 충분한 거리로 이격되고 소정 각도로 회전된 상태로 배치된 배열 안테나들을 이용하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 이에 따라, 동일 대역 내의 제1 신호 및 제2 신호 간의 격리도(isolation)을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
전자 기기 내의 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4) 중 하나 이상의 배열 안테나는 제1 주파수 대역에서 방사체(radiator)로서 동작할 수 있다. 한편, 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4) 중 하나 이상의 배열 안테나가 제2 주파수 대역에서 방사체로서 동작할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 주파수 대역에서 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4) 중 둘 이상의 배열 안테나를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 한편, 기저대역 프로세서(1400)는 제2 주파수 대역에서 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4) 중 둘 이상의 배열 안테나를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.
이와 관련하여, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 주파수 대역에서 둘 이상의 배열 안테나의 신호 품질이 모두 임계치 이하이면, 제2 주파수 대역의 시간/주파수 자원 요청을 기지국으로 송신할 수 있다. 이에 따라, 제2 주파수 대역의 시간/주파수 자원이 할당되면, 기저대역 프로세서(1400)는 해당 자원을 통해 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4) 중 둘 이상의 배열 안테나를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.
제2 주파수 대역의 자원이 할당된 경우에도 동일한 둘 이상의 배열 안테나를 이용하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 따라서, 배열 안테나가 변경됨에 따라 해당 프론트 엔드 모듈(FEM)을 다시 온/오프 함에 따라 전력 소모를 방지할 수 있다. 또한, 배열 안테나가 변경됨에 따라 해당 프론트 엔드 모듈(FEM)을 다시 온/오프 함에 따른 전자 부품, 예컨대 증폭기의 settling time에 따른 성능 저하를 방지할 수 있다.
한편, 제2 주파수 대역의 자원이 할당된 경우, 둘 이상의 배열 안테나 중 적어도 하나의 배열 안테나가 변경되고, 해당 배열 안테나들을 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 주파수 대역의 전파 환경이 상이하여 해당 배열 안테나를 통해 통신 수행이 어렵다고 판단되면 다른 배열 안테나를 이용할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4) 중 하나를 통해 제1 대역의 제1 신호를 수신하면서 제2 대역의 제2 신호를 수신하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이 경우, 하나의 안테나를 통해 반송파 집성(carrier aggregation, CA)을 수행할 수 있다는 장점이 있다.
따라서, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 주파수 대역과 제2 주파수 대역이 결합된 대역을 통해 반송파 집성(CA: Carrier Aggregation)을 수행할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에서는 전자 기기에서 대용량의 데이터를 송신 또는 수신할 필요가 있는 경우, 반송파 집성을 통해 광대역 수신이 가능하다는 장점이 있다.
이에 따라, 전자 기기는 eMBB (Enhanced Mobile Broad Band) 통신이 가능하고 전자 기기는 eMBB UE로 동작할 수 있다. 이를 위해, 스케줄링을 수행하는 기지국은 eMBB UE로 동작하는 전자 기기를 위해 광대역 주파수 자원을 할당할 수 있다. 이를 위해 이미 다른 UE에게 할당된 주파수 자원을 제외하고 여유 있는 주파수 대역들에 대한 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다.
밀리미터파 대역에서 동작하는 배열 안테나 및 이를 제어하는 전자기기와 관련된 전술한 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 본 발명의 사상 및 범위 내에서 당업자에게 명확하게 이해될 수 있다. 따라서, 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 이하의 청구항들의 권리 범위 내에 속하는 것으로 이해되어 한다.
이상에서는 본 발명에 따른 밀리미터파 대역에서 동작하는 배열 안테나 및 이를 제어하는 전자기기에 대해 살펴보았다. 이러한 밀리미터파 대역에서 동작하는 배열 안테나 및 이를 제어하는 전자기기와 기지국을 포함하는 무선 통신 시스템에 대해 살펴보면 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 14는 본 명세서에서 제안하는 방법들이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템의 블록 구성도를 예시한다.
도 14를 참조하면, 무선 통신 시스템은 제 1 통신 장치(910) 및/또는 제 2 통신 장치(920)을 포함한다. 'A 및/또는 B'는 'A 또는 B 중 적어도 하나를 포함한다'와 동일한 의미로 해석될 수 있다. 제 1 통신 장치가 기지국을 나타내고, 제 2 통신 장치가 단말을 나타낼 수 있다(또는 제 1 통신 장치가 단말 또는 차량을 나타내고, 제 2 통신 장치가 기지국을 나타낼 수 있다).
기지국(BS: Base Station)은 고정국(fixed station), Node B, eNB(evolved-NodeB), gNB(Next Generation NodeB), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(AP: Access Point), gNB(general NB), 5G 시스템, 네트워크, AI 시스템, RSU(road side unit), 로봇 등의 용어에 의해 대체될 수 있다. 또한, 단말(Terminal)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, UE(User Equipment), MS(Mobile Station), UT(user terminal), MSS(Mobile Subscriber Station), SS(Subscriber Station), AMS(Advanced Mobile Station), WT(Wireless terminal), MTC(Machine-Type Communication) 장치, M2M(Machine-to-Machine) 장치, D2D(Device-to-Device) 장치, 차량(vehicle), 로봇(robot), AI 모듈 등의 용어로 대체될 수 있다.
제 1 통신 장치와 제 2 통신 장치는 프로세서(processor, 911,921), 메모리(memory, 914,924), 하나 이상의 Tx/Rx RF 모듈(radio frequency module, 915,925), Tx 프로세서(912,922), Rx 프로세서(913,923), 안테나(916,926)를 포함한다. 프로세서는 앞서 살핀 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 보다 구체적으로, DL(제 1 통신 장치에서 제 2 통신 장치로의 통신)에서, 코어 네트워크로부터의 상위 계층 패킷은 프로세서(911)에 제공된다. 프로세서는 L2 계층의 기능을 구현한다. DL에서, 프로세서는 논리 채널과 전송 채널 간의 다중화(multiplexing), 무선 자원 할당을 제 2 통신 장치(920)에 제공하며, 제 2 통신 장치로의 시그널링을 담당한다. 전송(TX) 프로세서(912)는 L1 계층 (즉, 물리 계층)에 대한 다양한 신호 처리 기능을 구현한다. 신호 처리 기능은 제 2 통신 장치에서 FEC(forward error correction)을 용이하게 하고, 코딩 및 인터리빙(coding and interleaving)을 포함한다. 부호화 및 변조된 심볼은 병렬 스트림으로 분할되고, 각각의 스트림은 OFDM 부반송파에 매핑되고, 시간 및/또는 주파수 영역에서 기준 신호(Reference Signal, RS)와 멀티플렉싱되며, IFFT (Inverse Fast Fourier Transform)를 사용하여 함께 결합되어 시간 영역 OFDMA 심볼 스트림을 운반하는 물리적 채널을 생성한다. OFDM 스트림은 다중 공간 스트림을 생성하기 위해 공간적으로 프리코딩된다. 각각의 공간 스트림은 개별 Tx/Rx 모듈(또는 송수신기,915)를 통해 상이한 안테나(916)에 제공될 수 있다. 각각의 Tx/Rx 모듈은 전송을 위해 각각의 공간 스트림으로 RF 반송파를 변조할 수 있다. 제 2 통신 장치에서, 각각의 Tx/Rx 모듈(또는 송수신기,925)는 각 Tx/Rx 모듈의 각 안테나(926)을 통해 신호를 수신한다. 각각의 Tx/Rx 모듈은 RF 캐리어로 변조된 정보를 복원하여, 수신(RX) 프로세서(923)에 제공한다. RX 프로세서는 layer 1의 다양한 신호 프로세싱 기능을 구현한다. RX 프로세서는 제 2 통신 장치로 향하는 임의의 공간 스트림을 복구하기 위해 정보에 공간 프로세싱을 수행할 수 있다. 만약 다수의 공간 스트림들이 제 2 통신 장치로 향하는 경우, 다수의 RX 프로세서들에 의해 단일 OFDMA 심볼 스트림으로 결합될 수 있다. RX 프로세서는 고속 푸리에 변환 (FFT)을 사용하여 OFDMA 심볼 스트림을 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환한다. 주파수 영역 신호는 OFDM 신호의 각각의 서브 캐리어에 대한 개별적인 OFDMA 심볼 스트림을 포함한다. 각각의 서브캐리어 상의 심볼들 및 기준 신호는 제 1 통신 장치에 의해 전송된 가장 가능성 있는 신호 배치 포인트들을 결정함으로써 복원되고 복조 된다. 이러한 연 판정(soft decision)들은 채널 추정 값들에 기초할 수 있다. 연판정들은 물리 채널 상에서 제 1 통신 장치에 의해 원래 전송된 데이터 및 제어 신호를 복원하기 위해 디코딩 및 디인터리빙 된다. 해당 데이터 및 제어 신호는 프로세서(921)에 제공된다.
UL(제 2 통신 장치에서 제 1 통신 장치로의 통신)은 제 2 통신 장치(920)에서 수신기 기능과 관련하여 기술된 것과 유사한 방식으로 제 1 통신 장치(910)에서 처리된다. 각각의 Tx/Rx 모듈(925)는 각각의 안테나(926)을 통해 신호를 수신한다. 각각의 Tx/Rx 모듈은 RF 반송파 및 정보를 RX 프로세서(923)에 제공한다. 프로세서 (921)는 프로그램 코드 및 데이터를 저장하는 메모리 (924)와 관련될 수 있다. 메모리는 컴퓨터 판독 가능 매체로서 지칭될 수 있다.
이상에서는 밀리미터파 대역에서 동작하는 투명 안테나 및 이를 구비하는 전자기기에 대해 설명하였다. 이와 같은 밀리미터파 대역에서 동작하는 투명 안테나 및 이를 구비하는 전자기기의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
밀리미터파 대역에서 동작하는 슬롯 안테나 및 이를 제어하는 전자기기의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
일 실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역의 광대역 주파수 범위에서 안테나 성능이 유지되는 안테나 모듈을 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역의 원하는 전체 대역에서 타겟 방사 효율 및 타겟 이득을 구현할 수 있는 안테나 모듈을 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역에서 넓은 스캔 각도 범위를 갖는 슬롯 안테나 구조를 제시할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역에서 넓은 스캔 각도 범위를 갖는 슬롯 안테나 구조를 통해, 슬롯 배열 안테나의 빔 포밍에 따른 스캔 손실을 최소화할 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.
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, 밀리미터파 대역에서 동작하는 배열 안테나 및 이를 제어하는 전자 기기의 설계 및 이의 구동은 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 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 제어부를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (20)

  1. 안테나를 구비하는 전자 기기에 있어서,
    상기 전자 기기 내부에 배치되는 기판(substrate)의 전면에 그라운드 영역으로 동작하는 도전 층(conductive layer)에 소정 형상의 슬롯 영역이 구비된 슬롯 안테나;
    상기 슬롯 영역 내에 배치되고, 슬롯 안테나를 급전하도록 구성된 모노폴 영역(monopole region); 및
    상기 슬롯 안테나를 통해 소정 대역의 신호가 방사되도록 상기 모노폴 영역을 통해 신호를 인가하도록 구성된 송수신부 회로(transceiver circuit)를 포함하고,
    상기 기판의 전면의 일부 영역은 도전 층이 제거된 소정 형상의 유전체 영역으로 형성되는, 전자 기기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 모노폴 영역은 상기 기판의 배면에 형성되고, 상기 모노폴 영역은전송 선로와 연결된 급전부와 상기 급전부에서 연장되어 상기 슬롯 안테나로 상기 신호가 결합되도록 소정 형상으로 형성된 모노폴 영역을 포함하는, 전자 기기.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 슬롯 안테나는,
    상기 기판의 일 축 방향으로 상기 슬롯 영역이 상기 도전 층으로 돌출되도록 형성된 슬롯 형성부(slot formation portion)를 포함하는, 전자 기기.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 슬롯 안테나는,
    상기 기판의 타 축 방향으로 상기 도전 층이 상기 슬롯 영역으로 돌출되도록 형성된 기생 돌출부(parasitic protrusion portion)를 포함하는, 전자 기기.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 슬롯 안테나는,
    상기 기판의 일 축 방향으로 상기 슬롯 영역의 일 측과 타 측에서 상기 슬롯 영역이 상기 도전 층으로 돌출되도록 형성된 슬롯 형성부(slot formation portion); 및
    상기 기판의 타 축 방향으로 상기 도전 층이 상기 슬롯 영역으로 돌출되도록 형성된 기생 돌출부(parasitic protrusion portion)를 포함하고,
    상기 기생 돌출부는 상기 모노폴 영역이 배치되지 않은 상기 슬롯 영역의 상부에만 배치되는, 전자 기기.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 슬롯 안테나는 밀리미터파 (mmWave) 대역의 제1 주파수 대역 및 상기 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역에서 동작하도록 구성되고,
    상기 기판 하단에서 상기 일 측에 형성된 제1 슬롯 형성부까지의 제1 길이와 상기 타 측에 형성된 제2 슬롯 형성부까지의 제2 길이는 상이하게 설정되는, 전자 기기.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 기판 하단에서 상기 기생 돌출부까지의 길이는 상기 제1 주파수 대역 내의 제1 주파수의 파장에 비례하게 설정되고,
    상기 기판 하단에서 상기 제1 슬롯 형성부까지의 제1 길이는 상기 제2 주파수 대역 내의 제2 주파수의 파장에 비례하게 설정되고,
    상기 기판 하단에서 상기 제2 슬롯 형성부까지의 제2 길이는 상기 제1 주파수와 상기 제2 주파수 사이의 특정 주파수의 파장에 비례하게 설정되어, 상기 제2 길이가 상기 제1 길이보다 더 긴 것을 특징으로 하는, 전자 기기.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 슬롯 안테나는 상기 기판의 하부 방향으로 오프셋 되어 배치되고, 상기 유전체 영역은 상기 기판의 상부 방향으로 오프셋 되어 상기 슬롯 안테나의 좌측 영역과 우측 영역에 배치되는, 전자 기기.
  9. 제2 항에 있어서,
    상기 슬롯 안테나와 상기 모노폴 영역의 형상은 원형 또는 타원형이고,
    상기 모노폴 영역의 중심 선(center line)이 상기 슬롯 안테나의 중심 선보다 상기 기판의 하부에 배치되고,
    상기 도전 층이 제거된 상기 유전체 영역은 삼각형 형상으로 형성되어 상기 그라운드 영역의 전류를 상기 슬롯 영역 내부로 유도하여 상기 슬롯 안테나 효율을 증가시키는, 전자 기기.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 유전체 영역의 일 축 방향으로의 종점(end point)은 상기 슬롯 영역의 일 축 방향의 중심 선의 경계 지점보다 상기 기판의 중심 영역으로 배치되고,
    상기 유전체 영역의 타 축 방향으로의 종점은 상기 슬롯 영역의 중심 선보다 하부에 배치되는, 전자 기기.
  11. 제3 항에 있어서,
    상기 슬롯 형성부의 상기 기판의 일 축 방향으로 길이는,
    상기 슬롯 영역 외부의 상기 도전 층에서 전류가 분류 또는 합류되는 방향으로 상기 전류의 흐름을 개선시키도록 하는 최소 길이 이상으로 형성되고,
    상기 전류가 분류 또는 합류되지 않는 다른 주파수에서 상기 전류의 흐름을 방해하지 않도록 하는 최대 길이 이하로 형성되는, 전자 기기.
  12. 제3 항에 있어서,
    상기 기생 돌출부의 상기 기판의 타 축 방향으로 길이는,
    상기 슬롯 영역 내부의 자기 전류(magnetic current)에 의한 유도 전류를 상기 슬롯 영역 외부의 상기 기생 돌출부로 전달하기 위한 최소 길이 이상으로 형성되고,
    상기 기생 돌출부에 의한 상기 슬롯 영역과 상기 모노폴 영역 사이의 전기적 결합에 의해 공진 주파수를 변경시키지 않도록 하는 최대 길이 이하로 형성되는, 전자 기기.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 슬롯 안테나가 배치된 상기 기판은 상기 송수신부 회로가 배치된 회로 기판(circuit board)과 수직하게 배치되고,
    상기 송수신부 회로와 전기적으로 연결된 전송 선로는 상기 모노폴 영역과수직하게 전기적으로 연결되는, 전자 기기.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 전송 선로는 일 측과 타 측에 그라운드 영역이 배치된 coplanar waveguide 구조로 형성되고,
    상기 전자 기기의 디스플레이에 투명 안테나 형태로 배치되는 상기 슬롯 안테나가 배치된 글래스 기판과 연결되는 회로 기판의 인터페이스 영역은 ACF 본딩 형태로 구현되고,
    상기 인터페이스 영역에서 상기 전송 선로는 일 측과 타 측에 그라운드 영역이 배치된 coplanar waveguide 구조로 형성되는, 전자 기기.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 슬롯 안테나는 복수의 슬롯 안테나 소자가 소정 간격으로 이격되어 배치된 슬롯 배열 안테나로 구성되고,
    상기 송수신부 회로는 상기 복수의 슬롯 안테나 소자로 인가되는 신호의 위상을 제어하여, 밀리미터파 대역의 제1 주파수 대역과 상기 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역에서 빔 포밍을 수행하는, 전자 기기.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 슬롯 배열 안테나는 투명 안테나 형태로 상기 전자 기기의 디스플레이에 복수의 슬롯 배열 안테나로 구성되고,
    상기 송수신부 회로와 동작 가능하게 결합된 기저대역 프로세서를 더 포함하고,
    상기 기저대역 프로세서는 상기 복수의 슬롯 배열 안테나를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어하는, 전자 기기.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 슬롯 배열 안테나는 상기 전자 기기의 서로 다른 측면에 배치되는 복수의 슬롯 배열 안테나로 구성되고,
    상기 송수신부 회로와 동작 가능하게 결합된 기저대역 프로세서를 더 포함하고,
    상기 기저대역 프로세서는 상기 복수의 슬롯 배열 안테나를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어하는, 전자 기기.
  18. 디스플레이에 구비되는 투명 안테나를 포함하는 안테나 모듈에 있어서,
    전자 기기 내부에 배치되는 글래스 기판의 전면에 그라운드 영역으로 동작하는 도전 층(conductive layer)에 소정 형상의 슬롯 영역이 구비된 슬롯 안테나; 및
    상기 슬롯 영역 내에 배치되고, 슬롯 안테나를 급전하도록 구성된 모노폴 영역(monopole region)을 포함하고,
    상기 도전 층과 상기 모노폴 영역은 투명 소재로 구현되고, 상기 글래스 기판의 전면의 일부 영역은 도전 층이 제거된 소정 형상의 유전체 영역으로 형성되는, 전자 기기.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 슬롯 안테나는,
    상기 기판의 일 축 방향으로 상기 슬롯 영역의 일 측과 타 측에서 상기 슬롯 영역이 상기 도전 층으로 돌출되도록 형성된 슬롯 형성부(slot formation portion); 및
    상기 기판의 타 축 방향으로 상기 도전 층이 상기 슬롯 영역으로 돌출되도록 형성된 기생 돌출부(parasitic protrusion portion)를 포함하고,
    상기 기생 돌출부는 상기 모노폴 영역이 배치되지 않은 상기 슬롯 영역의 상부에만 배치되는, 안테나 모듈.
  20. 제18 항에 있어서,
    상기 슬롯 안테나는 투명 안테나 형태로 상기 전자 기기의 디스플레이에 복수의 슬롯 배열 안테나로 구성되고,
    상기 슬롯 배열 안테나의 각각의 안테나 소자로 인가되는 신호는 상기 전자 기기 내부에 배치되는 송수신부 회로 및 상기 송수신부 회로와 동작 가능하게 결합된 기저대역 프로세서를 통해 제어되고,
    상기 기저대역 프로세서는 상기 복수의 슬롯 배열 안테나를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어하는, 안테나 모듈.
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