WO2021251735A1 - 안테나 구조 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

안테나 구조 및 이를 포함하는 전자 장치 Download PDF

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WO2021251735A1
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김지혜
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    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0478—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with means for suppressing spurious modes, e.g. cross polarisation

Definitions

  • the 5G communication system or the pre-5G communication system is called a 4G network after (Beyond 4G Network) communication system or an LTE (Long Term Evolution) system after (Post LTE) system.
  • the 5G communication system is being considered for implementation in a very high frequency (mmWave) band (eg, such as a 60 gigabyte (60 GHz) band).
  • mmWave very high frequency
  • FD-MIMO Full Dimensional MIMO
  • array antenna, analog beam-forming, and large scale antenna technologies are being discussed.
  • an evolved small cell an advanced small cell, a cloud radio access network (cloud radio access network, cloud RAN), and an ultra-dense network (ultra-dense network)
  • D2D Device to Device communication
  • wireless backhaul moving network
  • cooperative communication Coordinated Multi-Points (CoMP)
  • CoMP Coordinated Multi-Points
  • FQAM Hybrid Frequency Shift Keying and Quadrature Amplitude Modulation
  • SWSC Sliding Window Superposition Coding
  • ACM Advanced Coding Modulation
  • FBMC Filter Bank Multi Carrier
  • NOMA Non Orthogonal Multiple Access
  • SCMA Sparse Code Multiple Access
  • CPR cross polarization ratio
  • the present disclosure provides an antenna structure including a radiating element configured such that a cross-polarization component is formed to be smaller in a radiating region, and an electronic device including the same.
  • the present disclosure provides an antenna structure including a radiating element configured such that a co-polarization component is formed to be larger in a radiating region, and an electronic device including the same.
  • the present disclosure provides an antenna structure having improved cross polarization ratio (CPR) performance through a radiating element or an additional structure formed to generate a larger co-pole component or a smaller cross-pole component, and an electronic device including the same. to provide.
  • CPR cross polarization ratio
  • an antenna device includes a first feed line for a first polarization; and an antenna, wherein the antenna includes a radiation surface and at least one corresponding surface on which the first polarized wave is formed, and an angle between the at least one corresponding surface and a direction of the first polarized wave is at least one
  • the angle between the corresponding surface and the direction of the polarized wave orthogonal to the first polarized wave may be smaller than an angle.
  • a massive multiple input multiple output (MMU) unit (MMU) device may include: at least one processor; and an antenna array including a plurality of antenna elements, wherein a first antenna element among the plurality of antenna elements is electrically connected to a first feed line for a first polarization, and the first antenna element includes a radiation surface and at least one corresponding surface on which the first polarized wave is formed, and an angle between the at least one corresponding surface and a direction of the first polarized wave is orthogonal to the at least one corresponding surface and the first polarized wave It may be smaller than the angle formed with the direction of the polarization.
  • the apparatus and method according to various embodiments of the present disclosure may improve cross polarization ratio (CPR) performance through a shape of an antenna element for reducing a cross-pole component of a signal.
  • CPR cross polarization ratio
  • FIG. 1 illustrates a wireless communication system according to various embodiments of the present disclosure.
  • 2A is a diagram for explaining a cross polarization ratio (CPR).
  • CPR cross polarization ratio
  • 2B shows an example of an antenna radiation pattern for describing CPR.
  • 2C shows an example of a pattern of co-poles and cross-poles according to antenna spacing for describing CPR.
  • Figure 2d shows an example of the field distribution on the proximity element according to the spacing between the antenna elements.
  • FIG 3 illustrates an example of an antenna structure according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 4A illustrates a design principle of an antenna structure according to various embodiments of the present disclosure.
  • 4B illustrates an example of a cross-pole field of a radiating element of an antenna structure according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 5 illustrates a cross-pole field reduction principle of an antenna structure and a proximity element according to various embodiments of the present disclosure.
  • 6A illustrates an example of CPR performance according to a width of a radiating element of an antenna structure according to various embodiments of the present disclosure.
  • 6B illustrates an example of CPR performance according to the height of the structure added to the radiating element of the antenna structure according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 7A to 7H show examples of radiating elements of an antenna structure according to various embodiments of the present disclosure.
  • 8A illustrates an example of an array antenna including an antenna structure according to various embodiments of the present disclosure.
  • 8B illustrates an example of an antenna radiation pattern for indicating an improvement in CPR performance according to various embodiments of the present disclosure.
  • 8C illustrates an example of a cross-pole field for indicating the CPR effect of a proximity element in an array antenna including an antenna structure according to various embodiments of the present disclosure.
  • 8D illustrates a principle of CPR improvement of a proximity device according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG 9 illustrates a functional configuration of an electronic device according to various embodiments of the present disclosure.
  • the present disclosure relates to an antenna structure for a wireless communication system and an electronic device including the same.
  • a dual-polarized antenna by cutting or folding at least one side of a radiating element (eg, a radiating patch), cross-polarization (cross-polarization) component is minimized Therefore, a technique for improving the cross polarization ratio (CPR) performance for a single polarization or dual polarization antenna is described.
  • CPR cross polarization ratio
  • Terms that refer to components of electronic devices used in the following description eg, board, print circuit board (PCB), flexible PCB (FPCB), module, antenna, antenna element, circuit, processor, chip, component, device
  • Terms referring to the shape of a part eg, structure, structure, support, contact, protrusion, opening
  • terms referring to a connection between structures eg, connection, contact, support, contact structure, conductive member, assembly
  • terms referring to circuits e.g., PCB, FPCB, signal line, feeding line, data line, RF signal line, antenna line, RF path, RF module, RF circuit
  • PCB, FPCB signal line, feeding line, data line, RF signal line, antenna line, RF path, RF module, RF circuit
  • an expression of more than or less than may be used, but this is only a description for expressing an example. It's not about exclusion. Conditions described as 'more than' may be replaced with 'more than', conditions described as 'less than', and conditions described as 'more than and less than' may be replaced with 'more than and less than'.
  • the wireless communication environment 100 of FIG. 1 exemplifies the base station 110 and the terminal 120 as some of the nodes using a wireless channel.
  • the base station 110 is a network infrastructure that provides a wireless connection to the terminal 120 .
  • the base station 110 has coverage defined as a certain geographic area based on a distance capable of transmitting a signal.
  • Base station 110 in addition to the base station (base station), 'access point (AP)', 'eNodeB (eNodeB, eNB)', '5G node (5th generation node)', '5G node ratio (5G NodeB, NB) ', 'wireless point', 'transmission/reception point (TRP)', 'access unit', 'distributed unit (DU)', 'transmission/reception point ( It may be referred to as a 'transmission/reception point (TRP)', a 'radio unit (RU), a remote radio head (RRH), or other terms having an equivalent technical meaning.
  • the base station 110 may transmit a downlink signal or receive an uplink signal.
  • the terminal 120 is a device used by a user and performs communication with the base station 110 through a wireless channel. In some cases, the terminal 120 may be operated without the user's involvement. That is, the terminal 120 is a device that performs machine type communication (MTC) and may not be carried by a user.
  • the terminal 120 includes 'user equipment (UE)', 'mobile station', 'subscriber station', 'customer premises equipment' (CPE) other than a terminal. , 'remote terminal', 'wireless terminal', 'electronic device', or 'vehicle (vehicle) terminal', 'user device' or equivalent technical It may be referred to by other terms that have a meaning.
  • connection structure of the present disclosure components of a wireless equipment (eg, a massive MIMO unit (MMU)) connected to a base station will be described as examples. not limited
  • MMU massive MIMO unit
  • connection structure of the present disclosure and an electronic device including the same may be applied to equipment requiring a stable connection structure of the terminal 120 and other communication components for signal processing of FIG. 1 .
  • the antennas are arranged such that the distance between the antennas is at least 1 ⁇ .
  • a beamforming technology is being used as one of the technologies for mitigating propagation path loss and increasing the propagation distance of radio waves.
  • Beamforming in general, uses a plurality of antennas to concentrate the arrival area of radio waves or to increase the directivity of reception sensitivity for a specific direction.
  • the array antenna In order to improve the beamforming performance, it is required that the array antenna be arranged such that the distance between the antennas is reduced (eg, 0.5 ⁇ to 0.74 ⁇ ).
  • the distance between antennas is reduced, interference between adjacent antennas increases, which causes degradation of CPR performance.
  • CPR cross polarization ratio
  • polarization refers to the vibration direction of the electric field when radio waves are radiated from the antenna.
  • Co-pol is defined as the polarization of the electric field orthogonal to Co-pol. This is called cross polarization.
  • CPR is the ratio of this Co-pol. and Cross-pol.
  • the CPR standard is managed at a radiation angle of 0 degrees (boresight) and ⁇ 60 degrees (sector edge) in the horizontal radiation pattern of the antenna, and in the case of an array antenna, CPR is affected by the CPR performance of all single elements.
  • a high CPR indicates a low channel correlation between signals having different polarizations.
  • polarization diversity may be increased.
  • a dual polarization antenna is used for polarization diversity.
  • signal gain may increase, which in turn causes an increase in channel capacity. Therefore, the independence between polarization components in a dual polarization antenna is used as an indicator of the performance of the dual polarization antenna. .
  • the antenna 201 may be a dual polarization antenna including two polarization components.
  • the antenna 201 may include a first element 210 and a second element 215 .
  • the first element and the second element may have different polarizations.
  • the polarization of the first element and the polarization of the second element may be configured to be orthogonal to each other.
  • the first element 210 may correspond to a polarization of +45° and the second element 215 may correspond to a polarization of -45°.
  • a component corresponding to a desired polarization in the radiation signal may be referred to as a co-pole component.
  • a component orthogonal to the desired polarization in the radiated signal may be referred to as a cross-pole component.
  • the signal emitted from the first element 210 may act as a co-pole component to the first terminal 220 . Meanwhile, the signal emitted from the first device 210 may act as a cross-pole component to the second terminal 225 . Similarly, the signal emitted from the second device 215 may act as a co-pole component to the second terminal 225 , but may act as a cross-pole component to the first terminal 220 .
  • This cross-pole component acts as interference. Therefore, if the cross-pole component is low and the co-pole component is high, communication performance can be improved.
  • CPR refers to a ratio of two polarization components when a signal is transmitted in a specific polarization.
  • the CPR represents a ratio of M45 to P45 generated by the first antenna 220 based on the first antenna 210 .
  • the CPR may increase.
  • CPR has an equivalent meaning, and may also be referred to as cross polarization discrimination (XPD).
  • XPD may be defined as in Equation 1 below.
  • y co represents a signal component transmitted or received at a specific polarization from which a signal is emitted
  • y cross represents a signal component transmitted or received at another polarization
  • FIG. 2B shows an example of an antenna radiation pattern for describing CPR.
  • a radiation pattern and an electric field of an antenna are considered in order to measure the CPR in a sector and to check the effect of the CPR change.
  • the CPR may be managed at a boundary of about ⁇ 60° with respect to the boresight direction (0°) of the sector.
  • a graph 230 shows a co-pole component and a cross-pole component in the antenna radiation pattern, respectively.
  • CPR is the ratio of the co-pole component to the cross-pole component.
  • the distance between the antennas means the distance between the antenna elements in the array antenna.
  • a graph 250 shows CPR performance according to antenna spacing.
  • the horizontal axis indicates the angle of the radiation pattern, and the vertical axis indicates the size of the co-pole component 251 or the cross-pole component 261 , 263 , and 265 .
  • the first cross-pole component 261 represents a cross-pole component when the distance between antennas is 0.5 ⁇ .
  • the second cross-pole component 263 represents a cross-pole component when the distance between antennas is 0.74 ⁇ .
  • the third cross-pole component 265 represents a cross-pole component when the distance between antennas is 1 ⁇ .
  • the cross-pole component changes more than the co-pole component according to the distance between the antennas.
  • the overall size of the cross-pole component is increased. This may mean that a reduction in the distance between antennas causes degradation of CPR performance. Accordingly, hereinafter, various embodiments of the present disclosure propose an antenna structure for improving CPR by reducing a cross-pole component having a relatively larger variation.
  • Figure 2d shows an example of the field distribution on the proximity element according to the spacing between the antenna elements.
  • the proximity element refers to a peripheral element of the radiating element (eg, another antenna element adjacent to the antenna element emitting a signal).
  • the antenna may include a 3x4 array antenna.
  • the array antenna may include a total of 12 antenna elements.
  • 3x4 is only an example, and is not construed as limiting the embodiments of the present disclosure.
  • the influence of the proximity element due to the radiating element may be different according to the spacing between the antenna elements.
  • An interval between antenna elements of the first antenna array 270a may be 1 ⁇ .
  • the distance between the antenna elements of the second antenna array 270b may be 0.74 ⁇ .
  • the distance between the antenna elements of the third antenna array 270c may be 0.5 ⁇ .
  • a field 281a represents a distribution of a cross-pole component for a radiating element of the first antenna array 270a and an element adjacent to the radiating element (hereinafter, referred to as an adjacent element).
  • the field 281b represents the distribution of the cross-pole component for the radiating element and the proximity element of the second antenna array 270b.
  • the field 281c represents the distribution of the cross-pole component for the radiating element and the proximity element of the third antenna array 270c.
  • a signal is applied to both the device corresponding to the co-pole component and the device corresponding to the cross-pole component.
  • the field 283a represents a field distribution when signals are applied to ports corresponding to dual polarization of the radiating element of the first antenna array 270a.
  • the field 283b represents a field distribution when signals are applied to ports corresponding to dual polarizations of the radiating element of the second antenna array 270b.
  • the field 283c represents a field distribution when signals are applied to ports corresponding to dual polarizations of the radiating element of the third antenna array 270c.
  • the cross-pole component of the proximity element increases as the distance between the antennas becomes narrower. That is, as the distance between the antennas becomes narrower, the amount of excitation from the radiating element to the adjacent element increases. This increase in the amount of excitation causes a decrease in CPR. Since the overall CPR needs to consider the CPR of the adjacent element as well as the CPR of the radiating element itself, the CPR effect of the adjacent element may also be a target to be improved through an embodiment of the present disclosure.
  • the electric field of the antenna is concentrated and distributed at both ends of the element in the same direction as the antenna polarization direction, and radio waves are radiated into space by this electric field.
  • These two end regions where the electric field is concentrated may be referred to as a 'radiation source region' of the antenna element.
  • the polarization of the radio wave is determined to satisfy the electromagnetic boundary condition of the element shape in the radiation source region (the electric field is incident only perpendicular to the conductor interface). Accordingly, various embodiments of the present disclosure are to analyze this region in which polarization is determined to propose an antenna shape capable of improving CPR and a structure including the same.
  • the antenna may be an array antenna including a plurality of antenna elements.
  • an antenna is described as an antenna element of an array antenna.
  • the embodiments described below may be applied to improve CPR of an independent antenna.
  • the antenna structure may include a CPR improvement antenna 320 , a first feeder 311 for a first polarization, and a second feeder 312 for a second polarization.
  • the first feeding unit 311 and the second feeding unit 312 may radiate a signal through coupling feeding with the CPR improvement antenna 320 .
  • the first feeding unit 311 and the second feeding unit 312 may be arranged in a straight-line structure or a 'L'-shaped structure to supply signals.
  • this structure is only an example, and embodiments of the present disclosure are not limited to the antenna feeding structure having a straight or 'L' shape.
  • the first feeding unit 311 and the second feeding unit 312 may be connected to the CPR improvement antenna 320 to directly supply a signal.
  • a co-pole component of the first polarization may be generated on the first surface 331 and the third surface 333 by the signal. While the co-pole component is orthogonal to the first surface 331 and the third surface 333, the cross-pole component may be reduced.
  • the CPR improvement antenna 320 refers to an antenna configured to have a smaller cross-pole component in the radiation region, as will be described later. As the area of the first surface 331 and the third surface 333 in which the co-pole component is generated increases, the cross-pole component decreases, so that CPR performance may be improved.
  • the first polarized wave and the second polarized wave may be orthogonal to each other. For example, the first polarized wave is -45° polarized wave ((-)45° direction in the xy plane), and the second polarized wave is +45° polarized wave ((+)45° direction in the xy plane).
  • the shape of the CPR improvement antenna 320 may include a structure in which the corners of the square patch antenna 310 are cut. As each corner of the square is cut, an octagonal shape is formed. In order to solve the CPR deterioration as the element spacing is narrowed, the shape of the CPR improvement antenna 320 may include a structure in which each vertex is symmetrically cut or folded down in the square patch antenna 310 .
  • Each of the four vertices of the square may be a radiation source region of the patch antenna 310 .
  • a co-pole component for each polarization is applied as a vertex.
  • the vertices of the first quadrant and the vertices of the third quadrant of the xy plane correspond to the radiation source region.
  • the vertices of the second quadrant and the vertices of the fourth quadrant of the xy plane correspond to the radiation source region.
  • a vector component horizontal to the conductor surface eg, the first surface 331 and the third surface 333
  • a vector component horizontal to the conductor plane eg, the second surface 332 and the fourth surface 334
  • a cross-pole component of the signal of the second polarization wave is not generated.
  • the CPR improvement antenna 320 of FIG. 3 has a shape to maximize CPR improvement by cutting or folding a corner portion. A specific principle for this will be described in more detail with reference to FIG. 4A .
  • the shape of the CPR improvement antenna 320 has been described based on the patch antenna 310, but this is only for comparison with the conventional patch antenna 310 in order to explain the CPR improvement of the present disclosure. It is not construed as limiting the characteristics of the shape to be proposed in the embodiment or limiting the manufacturing method.
  • each step described through FIG. 4 is a step for explaining the principle of CPR improvement, and is interpreted as a sequence of operations or algorithms of a specific method, and is not used as limiting the embodiment.
  • Various embodiments of the present disclosure propose an antenna shape having a radiation source region in which only a co-pole component exists, in order to obtain an optimal CPR. That is, the face (or edge) orthogonal to the co-pole component is in contact.
  • the cross-pole component does not exist, only the co-pole component exists.
  • the edge of the radiation source region is not orthogonal to the co-pole component, the occurrence of the cross-pole component increases. The principle for this is described in detail through the vector decomposition method of FIG. 4 .
  • a signal may be applied to the square patch in a +45° direction.
  • Each arrow represents a co-pole component and a cross-pole component in the electric field.
  • the radiation source region is formed around the vertices of the 1st and 3rd quadrants.
  • the generated electric field needs to be divided into a co-pole component (step 410) and a cross-pole component (step 415) because a perpendicular vector component of the signal is generated at the conductor interface according to the electromagnetic boundary condition. there is To this end, vector decomposition may be performed on the signal.
  • step 410 after vector decomposition, the co-pole component of the +45° polarization electric field (an electric field generated due to radiation of a signal corresponding to the +45° polarization) exists only in the +45° direction.
  • step 415 after vector decomposition, the cross-pole component of the electric field of +45° polarization exists only in the -45° direction. Both edges centering on the vertex of the first quadrant and the vertex of the third quadrant are non-perpendicular to the co-pole component. Since the electric field can only have a component perpendicular to the plane of the conductor, an electric field is formed in the horizontal/vertical direction at this vertical/horizontal edge. If the horizontal/vertical electric field is analyzed by dividing it into a co-pole component and a cross-pole component, a co-pole component and a cross-pole component exist simultaneously at both edges. That is, the most optimal CPR cannot be obtained.
  • step 420 an antenna shape with a boundary plane perpendicular to the +45° polarization direction is required.
  • step 425 an antenna shape having a boundary plane that is horizontal to the -45° polarization direction of the cross-pole component is required.
  • step 440 an antenna shape design that maximizes the CPR performance of a signal having +45° polarization is proposed.
  • the antenna is formed to have a boundary surface perpendicular to the polarization direction. Since both polarizations are used in the actual signal radiation from the double polarized antenna, the antenna may be formed so that all four corners have a boundary plane perpendicular to the applied signal as in step 450 .
  • FIG. 4A a two-dimensional vector is illustrated to explain the shape of the radiation source region and the principle of CPR improvement, but the actual antenna and the applied signal may be formed in three dimensions. Even in this case, since only a vector component perpendicular to the interface is generated among the three-dimensional electric field, the principle described in FIG. 3 may be applied in the same or similar manner.
  • the antenna shape according to embodiments of the present disclosure may be defined by the arrangement of a corresponding surface on which a polarization is generated (ie, a side surface of the radiation patch corresponding to the polarization direction).
  • the corresponding surface may mean a surface on which a polarized wave is generated.
  • the corresponding surfaces on which the first polarization (polarization by the first feed line 311 ) is generated may be the first surface 331 and the third surface 333 .
  • all of the adjacent surfaces of the corners may correspond to the corresponding surfaces.
  • the shape of the antenna for improving CPR may include an angle (hereinafter, co-pole angle) formed between the co-pole direction of the polarized wave and the corresponding face for each of the at least one corresponding surface on which the polarized wave is generated.
  • the cross-pole direction of the polarized wave may include a shape configured to be greater than an angle (hereinafter, cross-pole angle) formed by the corresponding surface.
  • the angle formed by the line and the plane means an angle that is smaller than or equal to the two angles (ie, an acute angle or a right angle).
  • the first angle formed by the cross-pole with respect to the direction of the first polarized wave and the corresponding surface is the co-pole with respect to the direction of the first polarized wave is the corresponding surface. It is configured to be smaller than the second angle formed, wherein the first angle may be an acute angle or 0 degrees, and the second angle may be an acute angle or a right angle.
  • a corresponding surface is referred to and described as a vertical-corresponding surface.
  • a perpendicular-corresponding plane is not necessarily angled only perpendicular to the direction of the polarization. That is, the term 'vertical-corresponding surface' means that not only a surface formed perpendicular to the polarization direction in a narrow sense, but also the co-pole component of the polarized wave generated on the corresponding surface is higher than the cross-pole component of the polarized wave generated on the corresponding surface. It can be used as a concept involving a large quasi-vertical counterpart.
  • FIG. 4B illustrates an example of CPR influence of a radiating element of an antenna structure according to various embodiments of the present disclosure.
  • the CPR effect can be confirmed through the magnitude of the cross-pole component of the antenna.
  • the electric field 460 represents the cross-pole component of each antenna.
  • the left part of the electric field field 460 represents the electric field of a square patch antenna.
  • the right part of the electric field field 460 represents the electric field of the vertical-corresponding plane-shaped antenna (eg, the CPR enhanced antenna 310 of FIG. 3 , the antenna of step 450 of FIG. 4A ).
  • FIG. 5 illustrates a cross-pole field reduction principle of an antenna structure and a proximity element according to various embodiments of the present disclosure.
  • the CPR effect of the proximity element can be confirmed by the electric field of the cross-pole component.
  • an antenna 510 and an antenna 515 may be disposed adjacent to each other on an array antenna.
  • a signal is applied to the antenna 510 .
  • the applied signal is radiated through the antenna 510, and the radiated electromagnetic field is excited in the antenna 515, which causes re-radiation.
  • the cross-pole component of the electric field excited by the proximity element may act as deterioration of CPR performance of the entire antenna (eg, an array antenna).
  • the electric field 517 represents the cross-pole field of the antenna 510 and the antenna 515 . Due to the antenna 510 as a radiating element, a cross-pole component of the antenna 515 as a proximity element is confirmed at the edge of the corner.
  • This performance degradation is more pronounced in an array antenna in which antennas are dense, as mentioned in FIG. 2D .
  • the cross-pole component is excited into the proximity element as the radiating element and the adjacent element become closer, and the excited element is re-radiated, deteriorating the overall CPR performance of the array antenna. Since the overall CPR performance should consider not only the CPR of the radiating element but also the CPR of the adjacent element, it is necessary to improve the CPR performance of the adjacent element.
  • the electric field of a cross-pole element of a single element is reduced, the electric field of a cross-pole element of a neighboring element in which interference occurs may also be reduced.
  • the antenna 520 and the antenna 525 may be disposed adjacent to each other on the array antenna.
  • a signal is applied to the antenna 520 .
  • the applied signal is radiated through the antenna 520 , and the radiated electric field is excited in the antenna 525 , causing re-radiation of the antenna 525 .
  • the cross-pole component of the signal excited by the proximity element is parallel to the interface, the cross-pole electric field is reduced.
  • the electric field 527 represents the cross-pole field distribution of the antenna 520 and the antenna 525 . Compared with the electric field field 517, it is confirmed that the cross-pole component of the antenna 525, which is a proximity element, is relatively weak at the edge end.
  • the re-radiation of the cross-pole component is reduced because the region where the cross-pole component is concentrated in the adjacent device is fundamentally removed. That is, as the spacing decreases, the cross-pole component increases, but an antenna shape that minimizes the cross-pole component (eg, a vertical-boundary shape) (eg, the CPR improvement antenna 310 of FIG. 3 , step 450 of FIG. 4A ) ) through the antenna), the CPR of the entire array antenna can be improved to the maximum.
  • a vertical-boundary shape eg, the CPR improvement antenna 310 of FIG. 3 , step 450 of FIG. 4A
  • FIG. 6A illustrates an example of CPR performance according to a width of a radiating element of an antenna structure according to various embodiments of the present disclosure.
  • the width here corresponds to the length of the vertically-corresponding surface of the radiating element.
  • the vertical-corresponding surface means a corresponding surface on which a polarization component of an applied signal is generated.
  • the perpendicular-corresponding surface of the first polarized wave may be the first surface 331 and the third surface 333 .
  • the corresponding surface is disposed such that the co-pole component of the generated electric field is greater than the cross-pole component.
  • Such a placement surface may be referred to as a 'vertical mating surface'.
  • the antenna 610 may include an octagonal patch in which each corner is folded (folded portions not shown) in a rectangular patch.
  • the width of the plane perpendicular to and symmetrical to the signal applied to the feed line is expressed as 'folding_W'.
  • Graph 601 shows the CPR performance in the aiming direction (0°) as a function of width.
  • the horizontal axis represents the length of the width, and the vertical axis represents the CPR.
  • Graph 603 shows CPR performance as a function of width at sector boundaries (-60°, +60°).
  • the horizontal axis represents the length of the width, and the vertical axis represents the CPR.
  • CPR performance improves as the width increases. This is because, as the area of the vertical-corresponding surface increases, the vector components in the vertical direction (ie, the polarization direction) increase, while the vector components in the horizontal direction (ie, the orthogonal direction of the polarization) decrease. CPR performance improves as the cropping width increases compared to conventional shapes (eg, square patches).
  • FIG 6B illustrates an example of CPR performance according to the height of the structure added to the radiating element of the antenna structure according to various embodiments of the present disclosure.
  • the height of the structure means the length of the vertical component of the structure additionally added to the radiating element.
  • the antenna 660 may include an octagonal patch in which each corner is folded (folded portions not shown) in a rectangular patch.
  • an additional structure having a certain height may be added to the octagonal patch.
  • the height of the structure is expressed as 'folding_H'.
  • Graph 651 shows CPR performance as a function of height in the aiming direction (0°). The horizontal axis represents the height, and the vertical axis represents the CPR.
  • Graph 653 shows CPR performance as a function of width at sector boundaries (-60°, +60°). The horizontal axis represents the length of the width, and the vertical axis represents the CPR.
  • the improved CPR is maintained even when a structure is added to the cut portion. Additionally, as the length of the edge perpendicular to the co-pole component increases in the existing structure (eg, a square patch), the component of the cross-pole component in the radiating source region decreases, so that the CPR is improved proportionally.
  • the radiation source region defined in two dimensions is expanded into a three-dimensional space including the height vector of the antenna, the previously defined radiation source region is extended to a region having a height. That is, if the basic shape of the device to which the proposed structure is applied is maintained, it is possible to add structures on the condition that only co-pole components exist in the extended radiation source region.
  • a square patch antenna reference structure is added vertically to the bottom of the deformed edge (eg, a shape folded down)
  • the structure provides the effect of canceling the electric field of the cross-pole component generated at the bottom of the patch. can do.
  • the performance of CPR can be improved.
  • the structure typically proposed through FIGS. 3 and 4A is a double polarized wave and has a symmetrical structure.
  • the principle of CPR improvement to be described through embodiments of the present disclosure is not limited to a double polarization or a symmetric structure.
  • FIGS. 7A to 7H it is described that various implementation modifications are possible through FIGS. 7A to 7H. That is, it is applicable even if the existing antenna patch is not a rectangle (eg, a circle), and by folding only some corners, the cross-pole component can be removed from only some radiation source regions.
  • FIG. 7A to 7H show examples of radiating elements of an antenna structure according to various embodiments of the present disclosure.
  • the first antenna 701 may include a shape for single polarization. That is, the first antenna 701 may include a shape in which only the corners corresponding to one direction are folded, rather than the corners being symmetrically folded in each polarization direction for double polarization. Meanwhile, although not shown in FIG. 7A , the first antenna 701 may be used even for a dual polarization antenna due to a limitation in structure and production restrictions.
  • the second antenna 703 may have a shape including a vertical-corresponding surface based on a circular patch. 3 and 4A, it has been proposed to fold or cut the corners of the square patch to form a corresponding surface perpendicular to the polarization. However, even if it is not a corner, a boundary surface perpendicular to the polarization may be formed by folding or cutting a certain range of a point (or three-dimensional coordinate) where the polarization is generated in the circular patch. In FIG.
  • a circle is described as an example, but if it is a figure composed of not only a circle but also other polygons such as a pentagon and other closed curves, based on the position where the polarization is generated, the shape of the antenna is configured to include a corresponding surface perpendicular to the polarization direction.
  • the third antenna 705 may include a shape in which a vertical-facing surface is formed and an additional structure is folded upward. If the placement of additional structures is formed upwards, the cross-pole component transmitted over the patch may be attenuated. Due to this, CPR performance may be improved.
  • the additional structure is illustrated as a square pillar in FIG. 7C , the shape of the structure is not limited. Depending on the folding direction of the patch antenna and the cutting direction of the patch antenna, various structures may be attached upward.
  • the fourth antenna 707 may include a shape in which a vertical-facing surface is formed and an additional structure is folded down. If the placement of additional structures is formed downwards, the cross-pole component transmitted under the patch may be attenuated. Due to this, CPR performance may be improved.
  • the additional structure is illustrated as a square pillar in FIG. 7D , the shape of the structure is not limited. Depending on the folding direction of the patch antenna and the cutting direction of the patch antenna, various structures may be attached downward.
  • the fifth antenna 709 may include an asymmetric vertical-corresponding surface shape. That is, the vertical-corresponding surface may not be formed on both sides corresponding to the polarization direction, but the vertical-corresponding surface may be formed on only one surface. According to an embodiment, when the performance degradation due to the cross-pole component at a specific location in the array antenna is slightly insignificant, the fifth antenna 709 may be disposed at a specific location. Although the vertical-corresponding surface is formed only in the signal application direction in FIG. 7E , it may also be understood that the vertical-corresponding surface is formed at an edge opposite to the signal application direction as an embodiment of the present disclosure.
  • the sixth antenna 711 may include a shape in which some surfaces of the patch are recessed.
  • a vertical-corresponding surface may be formed in the radiation source region, which is each corner of the rectangular patch.
  • CPR performance can be maximized through vertical-facing surfaces with perforated areas.
  • the fine surface may be bent to be vertically disposed on a substrate (not shown) and used as a support pillar.
  • the support pillar may perform only the role of the support pillar itself, or may also serve as a feeder as a conductor.
  • the seventh antenna 713 may include a different shape of an asymmetric vertical-corresponding surface. That is, a vertical-corresponding surface is not formed on both sides corresponding to the polarization direction, and a vertical-corresponding surface may not be formed on one surface.
  • the seventh antenna 715 may include a quasi-vertical counterpart. Even if no interface is formed that is perpendicular to all polarizations, if the co-pole component, which is the polarization direction generated in the corresponding plane, is N times larger than the cross-pole component (where N is a real number greater than 1), the corresponding interface is quasi-perpendicular. It may be referred to as a corresponding surface.
  • FIGS. 7A to 7H are only for explaining that various antenna elements are configured by applying the CPR improvement principle of the present disclosure, and embodiments of the present disclosure are not limited to the illustrated antenna elements.
  • a ratio in which the co-pole component is perpendicular to the corresponding surface and the cross-pole component is perpendicular to the corresponding surface is formed to be large.
  • 8A illustrates an example of an array antenna including an antenna structure according to various embodiments of the present disclosure.
  • an array antenna 800 having a 3 ⁇ 4 shape is illustrated.
  • the spacing between the antennas is arranged at 0.5 ⁇ .
  • the array antenna 800 includes a first antenna element 801 , a second antenna element 803 , a third antenna element 805 , a fourth antenna element 807 , a fifth antenna element 811 , and a sixth antenna element. (813), a seventh antenna element (815), an eighth antenna element (817), a ninth antenna element (821), a tenth antenna element (823), an eleventh antenna element (825), a twelfth antenna element (827) ) may be included.
  • each antenna element may correspond to the antenna described with reference to FIGS. 2 to 7H.
  • the array antenna 800 illustrated in FIG. 8A is not to be construed as limiting the embodiment of the antenna array of the present disclosure.
  • the antenna elements in the antenna array may have different shapes. Depending on the location in the antenna array, the CPR effect on the proximity element may be different. Accordingly, antenna elements having different shapes according to positions in the antenna array may be used.
  • the antenna 713 of FIG. 7G may be disposed at the edge of the corner of the array antenna, and the antenna 701 of FIG. 7A may be disposed in the middle of the array antenna.
  • 8B illustrates an example of an antenna radiation pattern for indicating CPR performance of an array antenna including an antenna structure according to various embodiments of the present disclosure.
  • a graph 830 shows CPR performance according to antenna spacing.
  • the horizontal axis 831 indicates the angle of the radiation pattern, and the vertical axis 832 indicates the size of the co-pole component 251 or the cross-pole component.
  • Performance based on the array antenna 800 of FIG. 8A may be exemplified as shown in the table below.
  • Table 2 shows that the CPR component of the array antenna is checked while applying a signal by one column in the 3x4 array antenna.
  • 'min' means the lowest value among the results for each column
  • 'max' means the highest value among the results for each column
  • 'avg' means the average of the results for each column. It can be seen that the overall CPR performance is improved within the sector range. This is because, by folding the patch edge portion, an interface is formed so that the vertical vector component of the polarization increases and the horizontal vector component (cross-pole component) decreases.
  • FIG. 8C illustrates an example of a cross-pole field for indicating the CPR effect of a proximity element in an array antenna including an antenna structure according to various embodiments of the present disclosure.
  • the CPR effect is expressed as the electric field of the cross-pole component.
  • the cross-pole component increases, the CPR performance deteriorates, and as the cross-pole component decreases, the CPR performance improves.
  • an electric field 861 represents an electric field of an antenna array including a square patch antenna.
  • the electric field field 863 represents the electric field of the antenna array including the antenna of the proposed structure according to the embodiments of the present disclosure, that is, a vertical-corresponding plane shape.
  • 8D illustrates a principle of CPR improvement of a proximity device according to various embodiments of the present disclosure.
  • the antenna a 2x3 array antenna is exemplified.
  • the antenna array 800 includes a first antenna element 801 , a second antenna element 803 , a third antenna element 805 , a fourth antenna element 807 , and a fifth antenna element 809 . ), may include a sixth antenna element (811).
  • Each antenna element of the antenna array 800 includes the shape of a square patch.
  • a portion of the electric field of the first antenna element 801, which is a radiating element may be excited by the second antenna element 803, which is an adjacent element.
  • the angle formed by the polarization direction and the corresponding surface according to the electric field excited in the radiation source region of the rectangular patch forms an angle of 45 degrees for both the cross-pole component and the co-pole component. Accordingly, since the vertical vector of the signal cannot be smoothly formed and the horizontal component also remains, the overall cross-pole component increases. The increased cross-pole component causes overall CPR performance degradation.
  • the antenna array 850 includes a first antenna element 851 , a second antenna element 853 , a third antenna element 855 , a fourth antenna element 857 , a fifth antenna element 859 , and a sixth antenna element. (861) may be included.
  • Each antenna element of the antenna array 800 includes a shape in which corners are cut from a square patch (a two-dimensional octagonal patch or a three-dimensional vertical-corresponding surface shape). In this case, a portion of the electric field of the first antenna element 851, which is a radiating element, may be excited by the second antenna element 853, which is an adjacent element.
  • the angle formed by the polarization direction of the electric field and the corresponding surface forms an angle of 0 degrees in the case of a cross-pole component, and an angle of 90 degrees in the case of a co-pole component. to form Accordingly, the magnitude of the vertical vector of the signal is maximized while the horizontal component is decreased, so that the CPR is improved.
  • the angle formed by the line and the plane means an angle (ie, a right angle) equal to or smaller than (ie, acute angle) of two angles formed with respect to the line.
  • CPR and XPD have been described as examples, respectively. That is, the present disclosure has described the performance, effect, performance/effect and causal relationship to the structure of the antenna structure according to various embodiments using CPR as an example, and the correlation between the performance/effect and the arrangement of the structure, but a specific metric (metric) ) is not to be construed as limiting the embodiments of the present disclosure. That is, of course, other metrics indicating polarization and independence between polarizations may be used to describe and identify embodiments of the present disclosure. This is because polarization and independence between polarizations cause improvement of channel quality through improvement of polarization diversity gain.
  • a double polarized antenna has been mainly described as an example.
  • the scope of the present disclosure is within the scope of any type of antenna as long as it has a structure for making the cross-pole component of the electric field by the applied signal smaller than that of an existing antenna (eg, the antenna 201 having a square patch in FIG. 2 ).
  • an existing antenna eg, the antenna 201 having a square patch in FIG. 2 .
  • embodiments of the present disclosure may be applied even if the structure is not necessarily for double polarized waves.
  • the spacing between antennas is not a dense structure (eg, spacing between antenna elements: 0.74 ⁇ )
  • it goes without saying that embodiments of the present disclosure may be applied to implement high CPR performance.
  • the electronic device 910 may be either the base station 110 or the terminal 120 of FIG. 1 .
  • the electronic device 910 may be an MMU.
  • the electronic device 901 may include a plurality of antennas having a shape having a corresponding surface perpendicular to the co-pole component of the above-described electric field.
  • the electronic device 910 may include an antenna unit 911 , a filter unit 912 , a radio frequency (RF) processing unit 913 , and a control unit 914 .
  • RF radio frequency
  • the antenna unit 911 may include a plurality of antennas.
  • the antenna performs functions for transmitting and receiving signals through a radio channel.
  • the antenna may include a conductor formed on a substrate (eg, a PCB) or a radiator formed of a conductive pattern.
  • the antenna may radiate an up-converted signal on a radio channel or acquire a signal radiated by another device.
  • Each antenna may be referred to as an antenna element or antenna element.
  • the antenna unit 911 may include an antenna array in which a plurality of antenna elements form an array.
  • the antenna unit 911 may be electrically connected to the filter unit 912 through RF signal lines.
  • the antenna unit 911 may be mounted on a PCB including a plurality of antenna elements.
  • the PCB may include a plurality of RF signal lines connecting each antenna element and the filter of the filter unit 912 . These RF signal lines may be referred to as a feeding network.
  • the antenna unit 911 may provide the received signal to the filter unit 912 or may radiate the signal provided from the filter unit 912 into the air.
  • the antenna unit 911 may include at least one antenna module having a dual polarization antenna.
  • the dual polarization antenna may be, for example, a cross-pole (x-pol) antenna.
  • the dual polarization antenna may include two antenna elements corresponding to different polarizations.
  • the dual polarization antenna may include a first antenna element having a polarization of +45° and a second antenna element having a polarization of -45°.
  • the polarization may be formed by other polarizations orthogonal to +45° and -45°.
  • Each antenna element may be connected to a feeding line, and may be electrically connected to a filter unit 912 , an RF processing unit 913 , and a control unit 914 to be described later.
  • the dual polarization antenna may be a patch antenna (or a microstrip antenna). Since the dual polarization antenna has the shape of a patch antenna, it can be easily implemented and integrated into an array antenna. Two signals having different polarizations may be input to each antenna port. Each antenna port corresponds to an antenna element. For high efficiency, it is required to optimize the relationship between the co-pol characteristic and the cross-pol characteristic between two signals having different polarizations.
  • the co-pole characteristic indicates a characteristic for a specific polarization component and the cross-pole characteristic indicates a characteristic for a polarization component different from the specific polarization component.
  • the antenna shape according to the embodiments of the present disclosure may be configured to improve CPR by maximally only co-pole components present in the radiation source region of the antenna. Therefore, the antenna shape according to the embodiments of the present disclosure may be essential to improve communication performance in an array antenna in which a plurality of antennas are densely spaced and the distance between antenna elements must be close.
  • the filter unit 912 may perform filtering to transmit a signal of a desired frequency.
  • the filter unit 912 may perform a function for selectively discriminating frequencies by forming resonance.
  • the filter unit 912 may structurally form a resonance through a cavity including a dielectric.
  • the filter unit 912 may form resonance through elements that form inductance or capacitance.
  • the filter unit 912 may include an elastic filter such as a bulk acoustic wave (BAW) filter or a surface acoustic wave (SAW) filter.
  • the filter unit 912 may include at least one of a band pass filter, a low pass filter, a high pass filter, and a band reject filter. . That is, the filter unit 912 may include RF circuits for obtaining a signal of a frequency band for transmission or a frequency band for reception.
  • the filter unit 912 may electrically connect the antenna unit 911 and the RF processing unit 913 .
  • the RF processing unit 913 may include a plurality of RF paths.
  • the RF path may be a unit of a path through which a signal received through the antenna or a signal radiated through the antenna passes. At least one RF path may be referred to as an RF chain.
  • the RF chain may include a plurality of RF elements.
  • RF components may include amplifiers, mixers, oscillators, DACs, ADCs, and the like.
  • the RF processing unit 913 includes an up converter that up-converts a digital transmission signal of a base band to a transmission frequency, and a DAC that converts the up-converted digital transmission signal into an analog RF transmission signal. (digital-to-analog converter) may be included.
  • the up converter and DAC form part of the transmit path.
  • the transmit path may further include a power amplifier (PA) or a coupler (or combiner).
  • the RF processing unit 913 includes an analog-to-digital converter (ADC) that converts an analog RF reception signal into a digital reception signal and a down converter that converts the digital reception signal into a baseband digital reception signal. ) may be included.
  • ADC analog-to-digital converter
  • the ADC and downconverter form part of the receive path.
  • the receive path may further include a low-noise amplifier (LNA) or a coupler (or divider).
  • LNA low-noise amplifier
  • RF components of the RF processing unit may be implemented on a PCB.
  • the base station 910 may include a structure in which the antenna unit 911 - the filter unit 912 - the RF processing unit 913 are stacked in this order.
  • the antennas and RF components of the RF processing unit may be implemented on a PCB, and filters may be repeatedly fastened between the PCB and the PCB to form a plurality of layers.
  • the controller 914 may control overall operations of the electronic device 910 .
  • the control unit 914 may include various modules for performing communication.
  • the controller 914 may include at least one processor such as a modem.
  • the controller 914 may include modules for digital signal processing.
  • the controller 914 may include a modem.
  • the control unit 914 generates complex symbols by encoding and modulating the transmitted bit stream.
  • the controller 914 restores the received bit stream by demodulating and decoding the baseband signal.
  • the controller 914 may perform functions of a protocol stack required by a communication standard.
  • FIG. 9 the functional configuration of the electronic device 910 is described as equipment to which the antenna structure of the present disclosure can be utilized.
  • the example shown in FIG. 9 is only an exemplary configuration for utilizing the antenna structure according to various embodiments of the present disclosure described through FIGS. 1 to 8C , and embodiments of the present disclosure are the equipment shown in FIG. 9 It is not limited to the components of Accordingly, an antenna module including an antenna structure, communication equipment of different configurations, and the antenna structure itself may also be understood as embodiments of the present disclosure.
  • the antenna device may include: a first feed line for a first polarization; and an antenna, wherein the antenna includes a radiation surface and at least one corresponding surface on which the first polarized wave is formed, and an angle between the at least one corresponding surface and a direction of the first polarized wave is at least one It may be configured to be smaller than an angle formed between the corresponding surface and the direction of the polarized wave orthogonal to the first polarized wave.
  • an acute angle or a right angle formed by a cross-pole with respect to the direction of the first polarized wave with the corresponding surface is with respect to the direction of the first polarized wave.
  • the nose-pole may include a shape configured to be smaller than an acute angle formed by the corresponding surface.
  • the antenna device further includes a second feed line for a second polarization, and the antenna includes a first pole for the first feed line and a second pole for the second feed line It may include a dual polarization antenna.
  • the dual polarization antenna may include a shape in which at least one corner of a square patch is folded.
  • the dual polarization antenna may include a shape in which at least one corner of a square patch is cut.
  • the dual polarization antenna may include a shape folded along a tangent line substantially perpendicular to the polarization direction of the signal of the first feed line in the patch.
  • the dual polarization antenna may include a shape folded along a tangent line substantially perpendicular to the polarization direction of the signal of the second feed line in the patch.
  • the dual polarization antenna includes an octagonal patch, the first polarized wave is generated at two sides facing each other among the octagonal patch, and the second polarized wave is the octagonal patch. It can be created on the other two sides of the patch facing each other.
  • the first polarized wave may be +45° polarized
  • the second polarized wave may be -45° polarized
  • the antenna may include a plane perpendicular to the co-pole component of the signal of the first feed line and horizontal to the cross-pole component of the signal of the first feed line.
  • the antenna may include a plane perpendicular to the co-pole component of the signal of the second feed line and horizontal to the cross-pole component of the signal of the second feed line.
  • the dual polarization antenna may include a shape in which a co-pole component generated by the signal of the second feed line is greater than a cross-pole component.
  • a massive multiple input multiple output (MMU) unit (MMU) device may include: at least one processor; and an antenna array including a plurality of antenna elements, wherein a first antenna element among the plurality of antenna elements is electrically connected to a first feed line for a first polarization, and the first antenna element includes a radiation surface and at least one corresponding surface on which the first polarized wave is formed, and an angle between the at least one corresponding surface and a direction of the first polarized wave is orthogonal to the at least one corresponding surface and the first polarized wave It may be configured to be smaller than the angle formed with the direction of the polarization.
  • an acute angle or a right angle formed by a cross-pole with respect to the direction of the first polarized wave with the corresponding surface is with respect to the direction of the first polarized wave.
  • the nose-pole may include a shape configured to be smaller than an acute angle formed by the corresponding surface.
  • the MMU device further includes a second feed line for a second polarization
  • the antenna includes a first pole for the first feed line and a second pole connected to the second feed line. It may include a dual polarization antenna that includes.
  • the dual polarization antenna may include a shape in which at least one corner of a square patch is cut.
  • a computer-readable storage medium storing one or more programs (software modules) may be provided.
  • One or more programs stored in the computer-readable storage medium are configured to be executable by one or more processors in an electronic device (device).
  • One or more programs include instructions for causing an electronic device to execute methods according to embodiments described in a claim or specification of the present disclosure.
  • Such programs include random access memory, non-volatile memory including flash memory, read only memory (ROM), electrically erasable programmable ROM (electrically erasable programmable read only memory, EEPROM), magnetic disc storage device, compact disc-ROM (CD-ROM), digital versatile discs (DVDs), or other It may be stored in an optical storage device or a magnetic cassette. Alternatively, it may be stored in a memory composed of a combination of some or all thereof. In addition, each configuration memory may be included in plurality.
  • non-volatile memory including flash memory, read only memory (ROM), electrically erasable programmable ROM (electrically erasable programmable read only memory, EEPROM), magnetic disc storage device, compact disc-ROM (CD-ROM), digital versatile discs (DVDs), or other It may be stored in an optical storage device or a magnetic cassette. Alternatively, it may be stored in a memory composed of a combination of some or all thereof. In addition, each configuration memory may be included in plurality.
  • the program is transmitted through a communication network consisting of a communication network such as the Internet, an intranet, a local area network (LAN), a wide area network (WAN), or a storage area network (SAN), or a combination thereof. It may be stored on an attachable storage device that can be accessed. Such a storage device may be connected to a device implementing an embodiment of the present disclosure through an external port. In addition, a separate storage device on the communication network may be connected to the device implementing the embodiment of the present disclosure.
  • a communication network such as the Internet, an intranet, a local area network (LAN), a wide area network (WAN), or a storage area network (SAN), or a combination thereof. It may be stored on an attachable storage device that can be accessed.
  • Such a storage device may be connected to a device implementing an embodiment of the present disclosure through an external port.
  • a separate storage device on the communication network may be connected to the device implementing the embodiment of the present disclosure.

Landscapes

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

Abstract

본 개시는 LTE(Long Term Evolution)와 같은 4G(4th generation) 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G(5th generation) 또는 pre-5G 통신 시스템에 관련된 것이다. 본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 안테나 장치는 제1 편파를 위한 제1 급전선; 및 안테나를 포함하고, 상기 안테나는, 방사면 및 상기 제1 편파가 형성되는 적어도 하나의 대응면을 포함하고, 상기 적어도 하나의 대응면과 상기 제1 편파의 방향과 이루는 각도는 상기 적어도 하나의 대응면과 상기 제1 편파와 직교하는 편파의 방향과 이루는 각도보다 작을 수 있다.

Description

안테나 구조 및 이를 포함하는 전자 장치
후술되는 다양한 실시 예들은 안테나 구조(antenna structure) 및 이를 포함하는 전자 장치(electronic device)에 관한 것이다.
4G(4th generation) 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G(5th generation) 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후(Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE(Long Term Evolution) 시스템 이후(Post LTE) 시스템이라 불리어지고 있다.
높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역(예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO, FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나(large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다.
또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀(advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud radio access network, cloud RAN), 초고밀도 네트워크(ultra-dense network), 기기 간 통신(Device to Device communication, D2D), 무선 백홀(wireless backhaul), 이동 네트워크(moving network), 협력 통신(cooperative communication), CoMP(Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거(interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다.
이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation, ACM) 방식인 FQAM(Hybrid Frequency Shift Keying and Quadrature Amplitude Modulation) 및 SWSC(Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(Non Orthogonal Multiple Access), 및 SCMA(Sparse Code Multiple Access) 등이 개발되고 있다.
통신 성능을 높이기 위해, 이중 편파 안테나에서 CPR(cross polarization ratio)의 성능 개선이 요구되고 있다.
상술한 바와 같은 논의를 바탕으로, 본 개시(disclosure)는, 크로스-폴(cross polarization) 성분이 방사 영역에서 보다 작게 형성되도록 구성된 방사 소자를 포함하는 안테나 구조 및 이를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
또한, 본 개시는 코-폴(co-polarization) 성분이 방사 영역에서 보다 크게 형성되도록 구성된 방사 소자를 포함하는 안테나 구조 및 이를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
또한, 본 개시는 코-폴 성분이 보다 크게 또는 크로스-폴 성분이 보다 작게 생성되도록 형성된 방사 소자 또는 추가 구조물을 통해 개선된 CPR(cross polarization ratio) 성능을 갖는 안테나 구조 및 이를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 안테나 장치는 제1 편파를 위한 제1 급전선; 및 안테나를 포함하고, 상기 안테나는, 방사면 및 상기 제1 편파가 형성되는 적어도 하나의 대응면을 포함하고, 상기 적어도 하나의 대응면과 상기 제1 편파의 방향과 이루는 각도는 상기 적어도 하나의 대응면과 상기 제1 편파와 직교하는 편파의 방향과 이루는 각도보다 작을 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, MMU(massive MIMO(multiple input multiple output) unit) 장치는, 적어도 하나의 프로세서; 및 복수의 안테나 엘리멘트들을 포함하는 안테나 어레이(antenna array)를 포함하고, 상기 복수의 안테나 엘리멘트들 중 제1 안테나 엘리멘트는, 제1 편파를 위한 제1 급전선과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 안테나 엘리멘트는 방사면 및 상기 제1 편파가 형성되는 적어도 하나의 대응면을 포함하고, 상기 적어도 하나의 대응면과 상기 제1 편파의 방향과 이루는 각도는 상기 적어도 하나의 대응면과 상기 제1 편파와 직교하는 편파의 방향과 이루는 각도보다 작을 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은, 신호의 크로스-폴 성분을 줄이기 위한 안테나 소자의 형상을 통해, CPR(cross polarization ratio) 성능을 향상시킬 수 있다.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템을 도시한다.
도 2a는 CPR(cross polarization ratio)을 설명하기 위한 도면이다.
도 2b는 CPR을 설명하기 위한 안테나 방사 패턴(pattern)의 예를 도시한다.
도 2c는 CPR을 설명하기 위한 안테나 간격에 따른 코-폴과 크로스-폴의 패턴의 예를 도시한다.
도 2d는 안테나 엘리멘트들 간 간격에 따라 근접 소자에 미치는 필드 분포의 예를 도시한다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 구조의 예 도시한다.
도 4a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 구조의 설계 원리를 도시한다.
도 4b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 구조의 방사 소자의 크로스-폴 필드의 예를 도시한다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 구조와 근접 소자의 크로스-폴 필드 감소 원리를 도시한다.
도 6a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 구조의 방사 소자의 너비에 따른 CPR 성능의 예를 도시한다.
도 6b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 구조의 방사 소자에 부가되는 구조물의 높이에 따른 CPR 성능의 예를 도시한다.
도 7a 내지 도 7h는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 구조의 방사 소자의 예를 도시한다.
도 8a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 구조를 포함하는 어레이 안테나의 예를 도시한다.
도 8b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 CPR 성능의 개선도를 나타내기 위한 안테나 방사 패턴의 예를 도시한다.
도 8c는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 구조를 포함하는 어레이 안테나에서 근접 소자의 CPR 영향을 나타내기 위한 크로스-폴 필드(field)의 예를 도시한다.
도 8d는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 근접 소자의 CPR 개선의 원리를 도시한다.
도 9는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전자 장치의 기능적 구성을 도시한다.
본 개시에서 사용되는 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
이하에서 설명되는 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어적인 접근 방법을 예시로서 설명한다. 하지만, 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어와 소프트웨어를 모두 사용하는 기술을 포함하고 있으므로, 본 개시의 다양한 실시 예들이 소프트웨어 기반의 접근 방법을 제외하는 것은 아니다.
이하 본 개시는 무선 통신 시스템을 위한 안테나 구조 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시는 이중 편파 안테나(dual-polarized antenna)에서, 방사 소자(예: 방사 패치)의 적어도 하나의 변을 절단하거나 접음으로써(folding), 크로스-폴(cross-polarization) 성분을 최소화고, 이로 인해 단일 편파 또는 이중 편파 안테나에 대한 CPR(cross polarization ratio) 성능을 개선시키기 위한 기술을 설명한다. 특히, Massive MIMO 기술을 통해 점점 보다 훨씬 더 많은 수의 안테나를 갖는 장비가 사용될 것으로 예상되므로, 높은 CPR(cross polarization ratio) 성능과 함께 제조 시간, 생산 비용 측면에서 보다 효율적인 안테나 설계가 요구된다.
이하 설명에서 사용되는 전자 장치의 부품을 지칭하는 용어(예: 기판, PCB(print circuit board), FPCB(flexible PCB), 모듈, 안테나, 안테나 소자, 회로, 프로세서, 칩, 구성요소, 기기), 부품의 형상을 지칭하는 용어(예: 구조체, 구조물, 지지부, 접촉부, 돌출부, 개구부), 구조체들 간 연결부를 지칭하는 용어(예: 연결부, 접촉부, 지지부, 컨택 구조체, 도전성 부재, 조립체(assembly)), 회로를 지칭하는 용어(예: PCB, FPCB, 신호선, 급전선(feeding line), 데이터 라인(data line), RF 신호 선, 안테나 선, RF 경로, RF 모듈, RF 회로) 등은 설명의 편의를 위해 예시된 것이다. 따라서, 본 개시가 후술되는 용어들에 한정되는 것은 아니며, 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어가 사용될 수 있다. 또한, 이하 사용되는 '...부', '...기', '...물', '...체' 등의 용어는 적어도 하나의 형상 구조를 의미하거나 또는 기능을 처리하는 단위를 의미할 수 있다.
또한, 본 개시에서, 특정 조건의 만족(satisfied), 충족(fulfilled) 여부를 판단하기 위해, 초과 또는 미만의 표현이 사용될 수 있으나, 이는 일 예를 표현하기 위한 기재일 뿐 이상 또는 이하의 기재를 배제하는 것이 아니다. '이상'으로 기재된 조건은 '초과', '이하'로 기재된 조건은 '미만', '이상 및 미만'으로 기재된 조건은 '초과 및 이하'로 대체될 수 있다.
또한, 본 개시는, 일부 통신 규격(예: 3GPP(3rd Generation Partnership Project), IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)에서 사용되는 용어들을 이용하여 다양한 실시 예들을 설명하지만, 이는 설명을 위한 예시일 뿐이다. 본 개시의 다양한 실시 예들은, 다른 통신 시스템에서도, 용이하게 변형되어 적용될 수 있다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템을 도시한다. 도 1의 무선 통신 환경(100)은 무선 채널을 이용하는 노드(node)들의 일부로서, 기지국(110) 및 단말(120)을 예시한다.
기지국(110)은 단말(120)에게 무선 접속을 제공하는 네트워크 인프라스트럭쳐(infrastructure)이다. 기지국(110)은 신호를 송신할 수 있는 거리에 기초하여 일정한 지리적 영역으로 정의되는 커버리지(coverage)를 가진다. 기지국(110)은 기지국(base station) 외에 '액세스 포인트(access point, AP)', '이노드비(eNodeB, eNB)', '5G 노드(5th generation node)', '5G 노드비(5G NodeB, NB)', '무선 포인트(wireless point)', '송수신 포인트(transmission/reception point, TRP)', '액세스 유닛(access unit)','분산 유닛(distributed unit, DU)', '송수신 포인트(transmission/reception point, TRP)','무선 유닛(radio unit, RU), 원격 무선 장비(remote radio head, RRH) 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다. 기지국(110)은 하향링크 신호를 송신하거나 상향링크 신호를 수신할 수 있다.
단말(120)은 사용자에 의해 사용되는 장치로서, 기지국(110)과 무선 채널을 통해 통신을 수행한다. 경우에 따라, 단말(120)은 사용자의 관여 없이 운영될 수 있다. 즉, 단말(120)은 기계 타입 통신(machine type communication, MTC)을 수행하는 장치로서, 사용자에 의해 휴대되지 아니할 수 있다. 단말(120)은 단말(terminal) 외 '사용자 장비(user equipment, UE)', '이동국(mobile station)', '가입자국(subscriber station)', '고객 댁내 장치'(customer premises equipment, CPE), '원격 단말(remote terminal)', '무선 단말(wireless terminal)', '전자 장치(electronic device)', 또는 '차량(vehicle)용 단말', '사용자 장치(user device)' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다.
통신 성능을 높이기 위해 무선 통신을 수행하는 장비의 안테나(또는 안테나 소자(antenna element))들의 개수는 증가하고 있다. 또한, 안테나 소자를 통해 수신되거나 송신되는 RF 신호를 처리하기 위한 RF 부품, 구성요소들(components)의 개수도 증가하게 되어 통신 장비를 구성함에 있어 통신 성능을 충족하면서 공간적 이득, 비용적 효율이 필수적으로 요구된다. 이러한 요구사항들을 충족시키기 위하여, 이중 편파 안테나(dual-polarized antenna)가 이용되고 있다. 서로 다른 편파의 신호들 간 채널 상 독립성이 충족될수록, 편파 다이버시티 및 이에 따른 신호 이득이 증가할 수 있다. 이에 따라, 이중 편파 안테나에서 CPR(cross polarization ratio)의 개선은 필수적으로 요구되고 있다. CPR은 처리량(throughput), BER(bit error rate), 편파 다이버시티(Pol diversity) 등 주요한 통신 성능에 비례하기 때문이다.
이하, 본 개시의 연결 구조 및 이를 포함하는 전자 장치를 설명하기 위해, 기지국과 연결되는 무선 장비(예: MMU(massive MIMO unit))의 구성요소들을 예로 서술하나, 본 개시의 다양한 실시 예들은 이에 한정되지 않는다. 본 개시의 연결 구조 및 이를 포함하는 전자 장치는 도 1의 단말(120), 기타 신호 처리를 위한 통신 부품들의 안정적인 연결 구조를 요구하는 장비에 적용될 수 있음은 물론이다.
기존의 넓은 빔을 사용하는 MIMO 시스템에서는 다중 안테나 기술을 사용하기 때문에, 공간 다이버시티(space diversity)의 극대화가 요구되었다. 이를 위해, 안테나들은, 안테나들 간 간격이 최소 1λ 이상이 되도록 배치되었다. 한편, 5G 통신의 도입으로, 전파 경로 손실을 완화하고 전파의 전달 거리를 증가시키기 위한 기술 중 하나로써, 빔포밍 기술이 이용되고 있다. 빔포밍은, 일반적으로, 다수의 안테나들을 이용하여 전파의 도달 영역을 집중시키거나, 특정 방향에 대한 수신 감도의 지향성(directivity)를 증대시킨다. 빔포밍 성능의 향상을 위하 어레이 안테나에서 안테나들 간 간격의 축소(예: 0.5λ~0.74λ)되도록 배치될 것이 요구되고 있다. 그러나, 안테나들 간 간격이 축소되면, 인접 안테나들간 간섭이 증가하고 이는 CPR 성능의 열화를 야기한다.
4G 기지국 안테나 대비 5G 기지국 안테나의 경우, 안테나 간 좁은 간격으로 인하여 CPR 성능이 더욱 중요해진다. 넓은 빔을 사용하여 서비스하는 4G 기지국에서는 안테나 간격이 넓을수록 공간 분리도가 높아져 통신 성능이 향상되지만, 빔 폭이 좁고 전력 밀도가 높은 빔을 사용하여 서비스를 제공하는 5G 기지국에서는 빔포밍 영역을 넓히기 위해서 배열 안테나의 안테나 간격이 좁아져야만 한다. 이처럼, 4G 기지국(예: LTE의 eNB) 안테나 대비 5G 기지국(예: 5G NR의 gNB, NG-RAN node) 안테나의 좁은 안테나 간격으로 인하여, 안테나 간 간섭이 증가하기 때문에 CPR 열화를 막기 위한 기술이 반드시 필요하다. CPR 성능은, 통신 성능의 주요 지표인 처리량(throughput) 및 BER(bit error rate) 성능과도 비례하기 때문에 5G 통신 성능 향상을 위해 사업자들은 높은 CPR 요구하고 있다.
이하, 도 2a 내지 도 2d를 통해, 본 개시의 다양한 실시 예들이 개선하고자 하는 CPR의 원리 및 개선 방향이 서술된다. 또한, CPR 성능 향상을 위한 구조적 배경으로서, 5G 기지국을 언급하였으나, 5G 서비스를 지원하는 기지국 외에도(예: LTE 기지국) 필요에 따라 높은 CPR 성능을 요하는 경우에 본 개시의 실시 예들이 적용가능함은 물론이다.
도 2a는 CPR(cross polarization ratio)을 설명하기 위한 도면이다. 여기서, 편파(polarization)란 안테나에서 전파가 방사할 때, 전계의 진동 방향을 의미한다. 이때, 안테나에서 방사된 전계의 편파를 Co-pol. (Co polarization) 이라 정의하고 불가피하게 발생하는, Co-pol.에 직교하는 전계의 편파를 Cross-pol. (Cross polarization)이라 지칭한다. CPR은 이 Co-pol.과 Cross-pol.의 비(ratio)이다. 일 예로, CPR 규격은 안테나의 수평 방사 패턴에서 방사 각도 0도(boresight), ±60도(Sector edge)에서 관리하며, 배열 안테나의 경우 CPR은 모든 단일 소자들의 CPR성능에 영향을 받는다.
CPR이 높은 것은, 서로 다른 편파를 갖는 신호들 간 채널 상관이 낮음을 나타낸다. 서로 다른 편파를 갖는 신호들이 독립적인 채널을 겪을수록, 편파 다이버시티(polarization diversity)는 높아질 수 있다. 편파 다이버시티를 위하여 이중 편파 안테나가 활용된다. 편파 다이버시티가 높아질수록 신호 이득이 증가할 수 있고, 이는 곧 채널 용량(channel capacity)의 증가를 야기하기 때문에, 이중 편파 안테나에서 편파 성분들 간 독립성은 이중 편파 안테나의 성능을 나타내는 지표로 활용된다.
도 2a를 참고하면, 안테나(201)은 두 개의 편파 성분들을 포함하는 이중 편파 안테나일 수 있다. 안테나(201)은 제1 소자(210) 및 제2 소자(215)를 포함할 수 있다. 제1 소자와 제2 소자는 서로 다른 편파를 가질 수 있다. 제1 소자의 편파와 제2 소자의 편파는 서로 직교하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 소자(210)는 +45°의 편파에 대응하고 제2 소자(215)는 -45°의 편파에 대응할 수 있다. 방사 신호에서 원하는 편파에 대응하는 성분은 코-폴 성분으로 지칭될 수 있다. 방사 신호에서 원하는 편파에 직교하는 성분은 크로스-폴 성분으로 지칭될 수 있다.
제1 소자(210)에서 방사되는 신호는 제1 단말(220)에게는 코-폴 성분으로 작용할 수 있다. 한편, 제1 소자(210)에서 방사되는 신호는 제2 단말(225)에게는 크로스-폴 성분으로 작용할 수 있다. 마찬가지로, 제2 소자(215)에서 방사되는 신호는 제2 단말(225)에게는 코-폴 성분으로 작용하지만, 제1 단말(220)에게는 크로스-폴 성분으로 작용할 수 있다. 이러한, 크로스-폴 성분은 간섭으로 작용한다. 따라서, 크로스-폴 성분이 낮고 코-폴 성분은 높다면, 통신 성능이 향상될 수 있다.
전술된 바와 같이, CPR이란 특정 편파에서 신호 송신 시, 두 편파 성분들에 대한 비율을 의미한다. 예를 들어, CPR은 제1 안테나(210)를 기준으로, 제1 안테나(220)가 생성하는 P45에 대한 M45의 비율을 나타낸다. P45의 크기가 작아질수록 두 성분들 간 차이가 커지므로, CPR은 증가할 수 있다. CPR은 동등한 의미로서, 교차 편파 분리도(cross polarization discrimination, XPD)로 지칭될 수도 있다. 예를 들어, XPD는 하기의 수학식 1과 같이 정의될 수 있다.
Figure PCTKR2021007174-appb-M000001
여기서, yco는 신호가 방사된 특정 편파(polarization)에서 송신 또는 수신된 신호 성분, ycross는 다른 편파에서 송신 또는 수신된 신호 성분을 나타낸다.
이상적인 통신 시스템에서는 이중 편파 안테나의 두 편파 성분들이 각자 크로스-폴 성분을 생성하지 않기 때문에, 서로 다른 편파의 신호 성분, 즉 크로스-폴 성분은 완전히 차단될 수 있다, 그러나, 실제 통신 시스템에서, 두 편파 성분들이 완전히 직교하기 어려우므로, CPR 개선은 필수적이다. 크로스-폴 성분은 간섭으로 작용하기 때문에, 통신 성능의 향상을 위해서 크로스-폴 성분을 작게 형성하도록 안테나를 설계하는 것이 요구된다. CPR의 열화는 편파 다이버시티를 높이기 위해 형성된 이중 편파(dual polarization)의 간섭을 발생시키고, 이는 곧 통신 성능의 저하로 이어지기 때문이다.
도 2b는 CPR을 설명하기 위한 안테나 방사 패턴(pattern)의 예를 도시한다. 이하, 본 개시에서는 섹터에서 CPR을 측정하고, CPR 변화에 따른 영향을 확인하기 위해, 안테나의 방사 패턴 및 전기장 필드(field)를 고려한다. 이 때, CPR은 섹터의 조준(boresight) 방향(0°)을 기준으로 약 ±60°의 경계(boundary)에서 관리될 수 있다.
도 2b를 참고하면, 그래프(230)은 안테나 방사 패턴에서 코-폴 성분과 크로스-폴 성분을 각각 나타낸다. CPR은 크로스-폴 성분에 대한 코-폴 성분에 대한 비율이다.
도 2c는 간격에 따른 코-폴과 크로스-폴의 패턴의 예를 도시한다. 여기서, 안테나들 간 간격이란, 어레이 안테나에서 안테나 엘리멘트들 간의 간격을 의미한다.
도 2c를 참고하면, 그래프(250)은 안테나들 간격에 따른 CPR 성능을 나타낸다. 가로축은 방사 패턴의 각도를 나타내고, 세로축은 코-폴 성분(251) 혹은 크로스-폴 성분(261, 263, 265)의 크기를 나타낸다. 제1 크로스-폴 성분(261)은 안테나들 간 간격이 0.5λ일 때, 크로스-폴 성분을 나타낸다. 제2 크로스-폴 성분(263)은 안테나들 간 간격이 0.74λ일 때, 크로스-폴 성분을 나타낸다. 제3 크로스-폴 성분(265)은 안테나들 간 간격이 1λ일 때, 크로스-폴 성분을 나타낸다. 그래프(250)의 대표 방향(-60°, 0°, 60°)에서 각 CPR 값은 하기의 표에 예시된다.
Figure PCTKR2021007174-appb-I000001
그래프(250)을 고려하면, 안테나들간 간격에 따라 코-폴 성분보다 크로스-폴 성분이 보다 크게 변화됨을 확인할 수 있다. 또한, 안테나들 간 간격이 축소되는 경우, 전체적으로 크로스-폴 성분의 크기가 커짐이 확인된다. 이는 곧, 안테나들 간 간격의 축소가 CPR 성능의 열화를 야기하는 것을 의미할 수 있다. 따라서, 이하, 본 개시의 다양한 실시 예들은 상대적으로 변화폭이 더 큰 크로스-폴 성분을 감소시켜 CPR을 개선하기 위한 안테나 구조를 제안한다.
도 2d는 안테나 엘리멘트들 간 간격에 따라 근접 소자에 미치는 필드 분포의 예를 도시한다. 근접 소자란, 방사 소자의 주변 소자(예: 신호를 방사하는 안테나 엘리멘트에 인접한 다른 안테나 엘리멘트)를 의미한다.
도 2d를 참고하면, 안테나는 3x4 형태의 어레이 안테나를 포함할 수 있다. 어레이 안테나는 총 12개의 안테나 엘리멘트들을 포함할 수 있다. 한편, 3x4는 일 예시일 뿐, 본 개시의 실시 예들을 제한하는 것으로 해석되지 않는다. 안테나 엘리멘트들 간의 간격에 따라 방사 소자로 인한 근접 소자의 영향이 다를 수 있다. 제1 안테나 어레이(270a)의 안테나 엘리멘트들 간의 간격은 1λ일 수 있다. 제2 안테나 어레이(270b)의 안테나 엘리멘트들 간의 간격은 0.74λ일 수 있다. 제3 안테나 어레이(270c)의 안테나 엘리멘트들 간의 간격은 0.5λ일 수 있다.
각 안테나 어레이의 가장 왼쪽 상단에 위치한 안테나 엘리멘트(이하, 방사 소자)에 신호가 인가됨을 가정하자. 일 예로, 코-폴 성분에 대응하는 소자에 신호가 인가된다. 필드(281a)는 제1 안테나 어레이(270a)의 방사 소자와 상기 방사 소자에 인접한 소자(이하, 근접 소자)에 대한 크로스-폴 성분의 분포를 나타낸다. 필드(281b)는 제2 안테나 어레이(270b)의 방사 소자 및 근접 소자에 대한 크로스-폴 성분의 분포를 나타낸다. 필드(281c)는 제3 안테나 어레이(270c)의 방사 소자 및 근접 소자에 대한 크로스-폴 성분의 분포를 나타낸다. 또한, 일 예로, 코-폴 성분에 대응하는 소자 및 크로스-폴 성분에 대응하는 소자 모두에 신호가 인가된다. 필드(283a)는 제1 안테나 어레이(270a)의 방사 소자의 듀얼 편파에 해당하는 포트들에 신호들이 인가되었을 때의 필드 분포를 나타낸다. 필드(283b)는 제2 안테나 어레이(270b)의 방사 소자의 듀얼 편파들에 해당하는 포트들에 신호들이 인가되었을 때의 필드 분포를 나타낸다. 필드(283c)는 제3 안테나 어레이(270c)의 방사 소자의 듀얼 편파들에 해당하는 포트들에 신호들이 인가되었을 때의 필드 분포를 나타낸다.
안테나들 간 간격이 좁아질수록 근접 소자의 크로스-폴 성분이 증가하는 것이 확인된다. 즉, 안테나들 간 간격이 좁아질수록 방사 소자에서 근접 소자로의 여기량이 증가한다. 이러한 여기량의 증가는 CPR 감소를 야기한다. 전체CPR은 방사 소자 자체에 의한 CPR 뿐만 아니라 근접 소자의 CPR을 고려하여야 하기 때문에, 근접 소자의 CPR 영향 또한 본 개시의 실시 예를 통해 개선하고자 하는 대상일 수 있다.
안테나를 정면으로 바라보았을 때, 안테나의 전계는 안테나 편파 방향과 동일한 방향으로 소자의 양끝에 집중되어 분포하며, 이 전계에 의하여 공간 상으로 전파가 방사된다. 전계가 집중되는 이 양끝 영역들은 안테나 소자의 '방사 근원 영역'이라 지칭할 수 있다. 전파의 편파는 방사 근원 영역에서 소자 형상의 전자기 경계 조건(전계는 도체 경계면에 수직으로만 입사함)에 만족하도록 결정된다. 따라서, 본 개시의 다양한 실시 예들은 편파가 결정되는 이 영역을 분석하여 CPR을 향상시킬 수 있는 안테나 형상 및 이를 포함하는 구조를 제안하고자 한다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 구조의 예 도시한다. 일 실시 예에 따라, 안테나는 복수의 안테나 엘리멘트들을 포함하는 어레이 안테나일 수 있다. 도 3에서는 어레이 안테나의 안테나 엘리멘트로서, 안테나가 설명된다. 다른 일 실시 예에 따라, 안테나는 어레이 형태가 아니더라도 독립된 안테나의 CPR 개선을 위해 후술되는 실시 예들이 적용될 수 있다.
도 3을 참고하면, 안테나 구조는 CPR 개선 안테나(320), 제1 편파를 위한 제1 급전부(311), 및 제2 편파를 위한 제2 급전부(312)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 제1 급전부(311)과 제2 급전부(312)는 CPR 개선 안테나(320)와의 커플링 급전을 통해 신호를 방사할 수 있다. 이 때, 제1 급전부(311) 및 제2 급전부(312)는 일자 구조이거나 'ㄱ'자 구조로 배치되어 신호를 급전할 수 있다. 한편, 이러한 구조는 일 예시일 뿐, 본 개시의 실시 예들이 일자 또는'ㄱ'자 구조의 안테나 급전 구조로 한정되는 것은 아니다. 또한, 다른 일 실시 예에 따라, 제1 급전부(311)과 제2 급전부(312)는 CPR 개선 안테나(320)과 연결되어 신호를 직접 공급할 수 있다.
신호에 의해 제1 편파의 코-폴 성분이 제1 면(331)과 제3 면(333)에 생성될 수 있다. 코-폴 성분은 제1 면(331)과 제3 면(333)에 직교하는 반면, 크로스-폴 성분은 감소될 수 있다. CPR 개선 안테나(320)란, 후술하는 바와 같이, 크로스-폴 성분이 방사 영역에서 보다 작게 형성되도록 구성되는 안테나를 의미한다. 코-폴 성분이 생성되는 제1 면(331)과 제3 면(333)의 면적이 증가할수록 크로스-폴 성분은 감소하기 때문에 CPR 성능이 개선될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 제1 편파와 제2 편파를 서로 직교할 수 있다. 예를 들어, 제1 편파는 -45° 편파(xy 평면에서 (-)45° 방향)이고, 상기 제2 편파는 +45° 편파(xy 평면에서 (+)45° 방향)이다.
CPR 개선 안테나(320)의 형상은, 정사각형의 패치 안테나(310)의 모서리가 절단된 구조를 포함할 수 있다. 정사각형의 각 모서리가 절단됨에 따라 팔각형의 형상이 형성된다. 소자 간격이 좁아짐에 따라 열화되는 CPR을 해결하기 위해, CPR 개선 안테나(320)의 형상은, 정사각형의 패치 안테나(310)에서 각 꼭지점이 대칭적으로 잘리거나 접어 내려진 구조를 포함할 수 있다.
정사각형의 4개의 꼭지점들 각각은, 패치 안테나(310)의 방사 근원 영역일 수 있다. 각 편파에 대한 코-폴 성분이 꼭지점으로 인가된다. 예를 들어, +45° 편파의 신호가 인가될 때, xy 평면(패치의 중심이 원점으로 가정)의 제1 사분면의 꼭지점 및 제3 사분면의 꼭지점이 방사 근원 영역에 대응한다. 또한, 예를 들어, -45° 편파의 신호가 인가될 때, xy 평면의 제2 사분면의 꼭지점 및 제4 사분면의 꼭지점이 방사 근원 영역에 대응한다.
제1 급전부에 의해 생성된 필드 중에서 도체면(예: 제1 면(331), 제3 면(333))에 수평인 벡터 성분, 즉 제1 편파의 크로스-폴 성분은 생성되지 못한다. 동일한 원리로, 제2 편파의 신호 중에서 도체면(예: 제2 면(332), 제4 면(334))에 수평인 벡터 성분, 즉, 제2 편파의 신호의 크로스-폴 성분은 생성되지 못한다. 이처럼, 크로스-폴 성분의 크기를 줄임으로써, CPR 성능이 향상될 수 있다. 이러한 방사 근원 영역을 형성하기 위해, 도 3의 CPR 개선 안테나(320)는 모서리 부분을 절단(cutting)하거나 혹은 접음(folding)으로써, CPR 향상이 극대화되도록 하는 형상을 갖는다. 이에 대한 구체적인 원리는 도 4a를 통해 보다 자세히 서술된다.
도 3에서는 절단된 것으로 도시되었으나, 절단뿐만 아니라 절단면을 기준으로 접어 내린 구조 혹은 접어 올린 구조 또한 본 개시의 실시 예로 이해될 수 있다.
도 3에서는 패치 안테나(310)를 기준으로 CPR 개선 안테나(320)의 형상이 설명되었으나, 이는 본 개시의 CPR 향상을 설명하기 위해 종래의 패치 안테나(310)와 비교하기 위한 것일 뿐, 본 개시의 실시 예에서 제안하고자 하는 형상의 특징을 한정하거나 제조 방법을 제한하는 것으로 해석되지 않는다.
도 4a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 구조의 설계 원리를 도시한다. 설계 원리는, 방사 근원 영역 중에서 크로스-폴이 발생하는 영역을 축소하여, 크로스-폴 성분을 감소시킴으로써, CPR 향상을 제공하는 것이다. 또한, 이를 통해 전기장 필드 분포의 비대칭성이 감소될 수 있다. 이하, 도 4를 통해 설명되는 각 단계는 CPR 개선의 원리를 설명하기 위한 단계이지, 특정 방법의 동작이나 알고리즘의 순서로 해석되어, 실시 예를 제한하는 것으로 이용되지 않는다.
본 개시의 다양한 실시 예들은 최적의 CPR을 얻기 위해서, 코-폴 성분만 존재하는 조건의 방사 근원 영역을 갖는 안테나 형상을 제안한다. 즉 코-폴 성분에 직교하는 면(혹은 모서리)가 닿게 하는 것이다. 방사 근원 영역이 코-폴 성분에 직교하는 모서리에서 생성되는 경우 크로스-폴 성분은 존재하지 않고, 코-폴 성분만 존재하게 된다. 방사 근원 영역의 모서리가 코-폴 성분과 직교하지 않게 될 수록, 크로스-폴 성분의 발생이 증가하게 된다. 이에 대한 원리는 도 4의 벡터 분해(vector decomposition) 방법을 통해 구체적으로 서술된다.
도 4a를 참고하면, 단계(400)에서, 정사각형 패치에 +45° 방향으로 신호가 인가될 수 있다. 각 화살표는 전기장 필드(electric field)에서 코-폴 성분 및 크로스-폴 성분을 나타낸다. 방사 근원 영역은 1,3사분면 꼭지점을 중심으로 형성된다. 생성되는 전계는, 전자기 경계 조건에 따라, 도체 경계면에 신호의 수직 벡터 성분이 생성되므로, 전계는 코-폴 성분(단계(410))과 크로스-폴 성분(단계(415))으로 구별될 필요가 있다. 이를 위해, 신호에 벡터 분해(vector decomposition)가 수행될 수 있다.
단계(410)에서, 벡터 분해 이후, +45° 편파의 전계(+45° 편파에 대응하는 신호의 방사로 인해 생성되는 전계)의 코-폴 성분은 +45° 방향만 존재하게 된다. 단계(415)에서, 벡터 분해 이후, +45° 편파의 전계의 크로스-폴 성분은 -45° 방향만 존재하게 된다. 제1 사분면의 꼭지점과 제3 사분면의 꼭지점을 중심으로 하는 양 모서리는 코-폴 성분과 수직하지 않은 형상이다. 전계는 도체 평면에 수직한 성분만 존재할 수 있기 때문에, 이 수직/수평인 모서리에는 수평/수직한 방향으로 전계가 형성된다. 수평/수직한 전계를 코-폴 성분과 크로스-폴 성분으로 나누어 해석을 하면, 양 모서리에는 코-폴 성분과 크로스-폴 성분이 동시에 존재하게 된다. 즉 가장 최적의 CPR을 얻을 수 없는 것이다.
편파가 형성되는 패치 옆면에 수직인 코-폴 성분을 최대화하기 위해서, 옆면은 편파 방향에 수직이어야 한다. 방사 근원 영역의 모서리를 코-폴 성분에 수직하게끔 변형시키면 도체 평면에 수직한 전계 성분만 존재하기 때문에 크로스-폴 성분은 존재하지 않게 되고, 코-폴 성분과 크로스-폴 성분의 비율인 CPR이 향상된다. 따라서, 단계(420)에서와 같이, +45° 편파 방향에 수직이 되는 경계 면을 갖는 안테나 형상이 요구된다. 동일한 원리로, 단계(425)에서, 크로스-폴 성분의 -45° 편파 방향에 수평이 되는 경계 면을 갖는 안테나 형상이 요구된다. 코-폴 성분의 요구 조건과 크로스-폴 성분의 요구 조건을 모두 고려하여, 단계(440)에서는 +45° 편파를 갖는 신호의 CPR 성능을 극대화하는 안테나 형상의 설계가 제안된다. 정사각형의 패치 안테나 중 제1 사분면에 대응하는 모서리와 제3 사분면에 대응하는 모서리, 즉 방사 근원 영역(430)에서 안테나는 편파 방향에 수직인 경계 면을 갖도록 형성된다. 이중 편파 안테나에서 실제 신호 방사 시 두 편파들 모두 이용되는 바, 안테나는 단계(450)과 같이 4개의 모서리들 모두가 인가 신호에 수직인 경계면을 갖도록 형성될 수 있다.
도 4a에서는, 방사 근원 영역의 형상과 CPR 개선의 원리를 설명하기 위해 2차원 벡터로 도시하였으나 실제 안테나와 인가되는 신호는 3차원에서 형성될 수 있다. 이러한 경우에도, 3차원 전계 중에서 경계면에 수직인 벡터 성분만 생성되므로, 도 3에서 설명된 원리가 동일 또는 유사한 방식으로 적용될 수 있다.
도 4a를 통해 설명된 원리를 고려할 때, 본 개시의 실시 예들에 따른 안테나 형상은 편파가 생성되는 대응면(즉, 편파 방향에 대응하는 방사 패치의 옆면)의 배치에 의해 정의될 수 있다. 여기서, 대응면은 편파가 생성되는 면을 의미할 수 있다. 일 예로, 도 3에서 제1 편파(제1 급전선(311)에 의한 편파)가 생성되는 대응면은 제1 면(331) 및 제3 면(333)일 수 있다. 또한, 일 예로, 정사각형 패치라면, 모서리의 인접면들 모두 대응면에 대응할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따를 때, CPR 개선을 위한 안테나 형상은, 편파가 생성되는 적어도 하나의 대응면 각각에 대하여, 편파의 코-폴 방향과 해당 대응면이 이루는 각도(이하, 코-폴 각도)가 상기 편파의 크로스-폴 방향과 상기 대응면이 이루는 각도(이하, 크로스-폴 각도)보다 크도록 구성되는 형상을 포함할 수 있다. 여기서, 선과 면이 형성하는 각도는 두 각들 중에서 작거나 같은 각(즉, 예각 혹은 직각)을 의미한다. 즉, 상기 안테나는, 적어도 하나의 대응면 각각에서, 상기 제1 편파의 방향에 대한 크로스-폴이 대응면과 이루는 제1 각도는, 상기 제1 편파의 방향에 대한 코-폴이 상기 대응면이 이루는 제2 각도보다 작도록 구성되고, 여기서, 제1 각도는 예각 혹은 0도이고, 제2 각도는 예각 혹은 직각일 수 있다.
기존의 사각형 패치를 고려하자. 전계의 코-폴 각도와 크로스-폴 각도는 모두 45도를 형성한다. 따라서, 코-폴 성분과 크로스-폴의 성분이 모두 존재하게 되므로, CPR 성능이 저하된다. 사각형 패치를 비스듬하게 배치한다면, 편파가 생성되는 일 대응면은 코-폴 각도가 크로스-폴 각도보다 크게 형성되는 한편, 편파가 생성되는 다른 대응면은 크로스-폴 각도가 코-폴 각도보다 크게 형성되므로, 여전히 크로스-폴 성분이 존재하여 CPR 성능이 개선되지 않는다. 따라서, 전계의 모든 대응면(들) 각각에서 코-폴 각도가 크로스-폴 각도보다 크게 형성되도록 대응면을 새로이 형성할 필요가 있다. 이하, 본 개시에서 이러한 대응면은 수직-대응면으로 지칭되어 서술된다. 수직-대응면은 반드시 편파의 방향과 반드시 수직으로만 각을 형성하지는 않는다. 즉, '수직-대응면'의 용어는 좁은 의미에서의 편파 방향과 수직으로 형성되는 면뿐만 아니라 대응면에 생성되는 편파의 코-폴 성분이 상기 대응면에 생성되는 편파의 크로스-폴 성분보다 큰 준-수직 대응면을 포함하는 개념으로 이용될 수 있다.
도 4b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 구조의 방사 소자의 CPR 영향의 예를 도시한다. CPR 영향은 안테나의 크로스-폴 성분의 크기를 통해 확인될 수 있다.
도 4b를 참고하면, 전기장 필드(460)는 각 안테나의 크로스-폴 성분을 나타낸다. 전기장 필드(460)의 왼쪽 부분은 정사각형 패치 안테나의 전계를 나타낸다. 전기장 필드(460)의 오른쪽 부분은 수직-대응면 형상의 안테나(예: 도 3의 CPR 개선 안테나(310), 도 4a의 단계(450)의 안테나)의 전계를 나타낸다. 방사 근원 영역에서의 크로스-폴 성분을 비교하자. 정사각형 패치의 모서리에는 높은 크로스-폴 성분이 확인된다. 그러나, 수직-대응면 형상, 즉 팔각형의 대칭되는 두 변들에는 정사각형 패치보다 낮은 크로스-폴 성분이 확인된다. 즉, 방사 근원 영역에서 편파 방향에 수직인 경계면이 배치됨으로써, 크로스-폴 성분이 낮아진다. 낮은 크로스-폴 성분으로 인해 CPR은 향상될 수 있다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 구조와 근접 소자의 크로스-폴 필드 감소 원리를 도시한다. 근접 소자의 CPR 영향은 크로스-폴 성분의 전계로 확인될 수 있다.
도 5를 참고하면, 안테나(510)과 안테나(515)는 어레이 안테나 상에서 인접하여 배치될 수 있다. 안테나(510)에 신호가 인가된다. 인가된 신호는 안테나(510)을 통해 방사되고, 방사된 전자계는 안테나(515)에 여기되고, 이는 재방사를 야기한다. 이 때, 근접 소자로 여기되는 전계의 크로스-폴 성분은 전체 안테나(예: 어레이 안테나)의 CPR 성능 열화로 작용할 수 있다. 전기장 필드(517)는 안테나(510)과 안테나(515)의 크로스-폴 필드를 나타낸다. 방사 소자인 안테나(510)으로 인해 근접 소자인 안테나(515)의 크로스-폴 성분이 모서리 끝에서 확인된다. 이러한 성능 열화는 도 2d에서 언급된 바와 같이, 안테나들이 밀집되는 어레이 안테나에서 보다 두드러지게 나타난다. 어레이 안테나에서 안테나 소자 간 간격이 가까워지게 될 경우, 방사 소자와 근접 소자가 가까워지면서 크로스-폴 성분이 근접 소자로 여기 되고, 여기 된 성분이 재 방사되면서 어레이 안테나의 전체 CPR 성능을 열화시킨다. 전체 CPR 성능은 방사 소자의 CPR 뿐만 아니라 근접 소자의 CPR도 고려하여야 하기 때문에, 근접 소자의 CPR 성능을 개선할 필요가 있다.
도 4a에서 서술된 CPR 개선 원리에 의할 때, 단일 소자의 크로스-폴 성분의 전계가 감소하면, 간섭이 일어나는 근접 소자의 크로스-폴 성분의 전계 또한 감소할 수 있다. 안테나(520)과 안테나(525)는 어레이 안테나 상에서 인접하여 배치될 수 있다. 안테나(520)에 신호가 인가된다. 인가된 신호는 안테나(520)을 통해 방사되고, 방사된 전계는 안테나(525)에 여기되고, 안테나(525)의 재방사를 야기한다. 이 때, 근접 소자로 여기되는 신호의 크로스-폴 성분은 경계면과 평행하므로 크로스-폴의 전계가 감소한다. 전기장 필드(527)는 안테나(520)과 안테나(525)의 크로스-폴 필드 분포를 나타낸다. 전기장 필드(517)과 비교할 때, 근접 소자인 안테나(525)의 크로스-폴 성분이 모서리 끝에서 상대적으로 약해짐이 확인된다.
소자 간 간격 축소로 크로스-폴 성분이 여기 되더라도 근접 소자에서 크로스-폴 성분이 집중되는 영역을 근본적으로 제거하기 때문에, 크로스-폴 성분의 재 방사가 줄어들게 된다. 즉 간격의 축소에 따라 크로스-폴 성분은 증가하지만, 크로스-폴 성분을 최소화시키는 안테나 형상(예: 수직-경계면 형상)(예: 도 3의 CPR 개선 안테나(310), 도 4a의 단계(450)의 안테나)을 통해, 전체 어레이 안테나의 CPR은 최대로 개선될 수 있다.
도 6a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 구조의 방사 소자의 너비에 따른 CPR 성능의 예를 도시한다. 여기서 너비는, 방사 소자의 수직-대응면의 길이에 대응한다. 수직-대응면이란, 인가되는 신호의 편파 성분이 생성되는 대응면을 의미한다. 예를 들어, 도 3의 경우, 제1 편파의 수직-대응면은 제1 면(331) 및 제3 면(333)일 수 있다. 본 개시의 실시 예들에 따른 형상은 생성되는 전계의 코-폴 성분이 크로스-폴 성분보다 많도록, 대응면이 배치된다. 이러한 배치면은 '수직 대응면'으로 지칭될 수 있다.
도 6a를 참고하면, 안테나(610)은 사각형 패치에서 각 모서리가 접힌 형태(접혀진 부분은 미도시)인, 팔각형의 패치를 포함할 수 있다. 급전선으로 인가되는 신호에 수직인 면 및 대칭인 면의 너비는 'folding_W'로 표현된다. 그래프(601)은 조준 방향(0°)에서의 CPR 성능을 너비에 따라 나타낸다. 가로축은 너비의 길이, 세로축은 CPR을 나타낸다. 그래프(603)은 섹터 경계(-60°, +60°)에서 CPR 성능을 너비에 따라 나타낸다. 가로축은 너비의 길이, 세로축은 CPR을 나타낸다.
너비가 증가할수록 CPR 성능이 향상됨이 확인된다. 이는 수직-대응면의 면적이 커질수록 수직 방향(즉, 편파 방향)의 벡터 성분들이 증가하는 반면, 수평 방향(즉, 편파의 직교 방향)의 벡터 성분들은 감소하기 때문이다. 기존 형상(예: 정사각형 패치) 대비 잘라내는 폭이 증가할수록 CPR 성능이 향상된다.
도 6b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 구조의 방사 소자에 부가되는 구조물의 높이에 따른 CPR 성능의 예를 도시한다. 구조물의 높이는 방사 소자에 추가적으로 부가되는 구조물의 수직 성분의 길이를 의미한다.
도 6b를 참고하면, 안테나(660)은 사각형 패치에서 각 모서리가 접힌 형태(접혀진 부분은 미도시)인, 팔각형의 패치를 포함할 수 있다. 뿐만 아니라, 팔각형의 패치에는 일정 높이를 갖는 추가적인 구조물이 부가될 수 있다. 여기서, 구조물의 높이는 'folding_H'로 표현된다. 그래프(651)은 조준 방향(0°)에서 높이에 따른 CPR 성능을 나타낸다. 가로축은 높이, 세로축은 CPR을 나타낸다. 그래프(653)은 섹터 경계(-60°, +60°)에서 너비에 따른 CPR 성능을 나타낸다. 가로축은 너비의 길이, 세로축은 CPR을 나타낸다.
잘려진 부분에 구조물이 추가되어도 향상된 CPR이 유지됨이 확인될 수 있다. 추가적으로, 기존 구조(예: 정사각형 패치)에서 코-폴 성분에 수직한 모서리의 길이가 증가함에 따라 방사 근원 영역에서 크로스-폴 성분의 성분은 감소하므로 CPR은 이에 비례하여 개선된다. 또한 2차원으로 정의했던 방사 근원 영역을 안테나의 높이 벡터를 포함하는 3차원 공간으로 확장시키면 기존에 정의된 방사 근원 영역은 높이를 가지는 영역으로 확장되게 된다. 즉 제안 구조를 적용한 소자의 기본 형상이 유지된다면 확장된 방사 근원 영역에 코-폴 성분만 존재하도록 하는 조건으로 구조물의 추가도 가능하다. 예를 들어 정사각형 패치 안테나 기준 구조물이 변형된 모서리의 하단으로 수직하게 추가되게 되면(예: 패치를 접어 내린 형상), 해당 구조물은 패치 하단에 생성되는 크로스-폴 성분의 전계를 상쇄시키는 효과를 제공할 수 있다. 크로스-폴 성분이 감소함에 따라 CPR의 성능이 개선될 수 있다.
도 3 및 도 4a를 통해 대표적으로 제안된 구조는, 이중 편파로서 대칭적인 구조를 가진다. 그러나, 본 개시의 실시 예들을 통해 설명하고자 하는 CPR 개선의 원리는 이중 편파 혹은 대칭 구조에 제한되는 것이 아니다. 이하, 도 7a 내지 도 7h를 통해 다양한 실시 변형이 가능함이 서술된다. 즉, 기존 안테나 패치가 사각형이 아니더라도(예: 원) 적용 가능하고, 일부 모서리만을 폴딩함으로써, 일부 방사 근원 영역에서만 크로스-폴 성분을 제거할 수 있다.
도 7a 내지 도 7h는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 구조의 방사 소자의 예를 도시한다.
도 7a를 참고하면, 제1 안테나(701)는 단일 편파를 위한 형상을 포함할 수 있다. 즉, 제1 안테나(701)는 이중 편파를 위해 각 편파 방향마다 대칭적으로 모서리 부분이 접혀지는 것이 아니라, 일 방향에 대응하는 모서리만 접힌 형태의 형상을 포함할 수 있다. 한편, 도 7a는 도시되지 않았으나, 이중 편파 안테나라 하더라도 구조의 한계, 생산 제약 등의 이유로 제1 안테나(701)이 사용될 수도 있다.
도 7b를 참고하면, 제2 안테나(703)는 원형 패치기반으로 수직-대응면을 포함하는 형상을 포함할 수 있다. 도 3 및 도 4a에서는 사각형 패치의 모서리를 접거나 절단하여, 편파에 수직인 대응면을 형성하도록 제안되었다. 그러나, 모서리가 아니더라도 원형 패치에서 편파가 생성되는 지점(혹은 3차원 좌표)의 일정 범위를 접거나 절단함으로서, 편파에 수직인 경계면이 형성될 수 있다. 도 7b에서는 원형이 예로 서술되었으나, 원형뿐만 아니라 5각형 등 다른 다각형 기타 폐곡선으로 구성되는 도형이라면, 편파가 생성되는 위치에 기반하여, 안테나의 형상은 편파 방향에 수직인 대응면을 포함하도록 구성될 수 있다.
도 7c를 참고하면, 제3 안테나(705)는 수직-대응면이 형성되고 및 추가 구조물이 위로 접힌 형상을 포함할 수 있다. 추가 구조물의 배치가 위로 형성되면, 패치의 위에서 전달되는 크로스-폴 성분을 감쇄될 수 있다. 이로 인해, CPR 성능이 향상될 수 있다. 도 7c에서는 추가 구조물을 사각 기둥으로 예시하였으나, 구조물의 형태는 제한되지 않는다. 패치 안테나가 접히는 방향, 패치 안테나의 절단 방향에 따라 다양한 구조물이 위를 향하여 부착될 수 있다.
도 7d를 참고하면, 제4 안테나(707)는 수직-대응면이 형성되고 추가 구조물이 아래로 접힌 형상을 포함할 수 있다. 추가 구조물의 배치가 아래로 형성되면, 패치의 아래에서 전달되는 크로스-폴 성분이 감쇄될 수 있다. 이로 인해, CPR 성능이 향상될 수 있다. 도 7d에서는 추가 구조물을 사각 기둥으로 예시하였으나, 구조물의 형태는 제한되지 않는다. 패치 안테나가 접히는 방향, 패치 안테나의 절단 방향에 따라 다양한 구조물이 아래를 향하여 부착될 수 있다.
도 7e를 참고하면, 제5 안테나(709)는 비대칭의 수직-대응면의 형상을 포함할 수 있다. 즉, 편파 방향에 대응하는 두 변들 모두에 수직-대응면을 형성하는 것이 아니라, 일 면에만 수직 대응면을 형성할 수도 있다. 일 실시 예에 따라, 어레이 안테나에서 특정 위치에서 크로스-폴 성분으로 인한 성능 저하가 다소 미비한 경우, 제5 안테나(709)가 특정 위치에 배치될 수 있다. 도 7e에서는 신호의 인가 방향에만 수직-대응면이 형성되었으나, 신호의 인가 방향의 반대편 모서리에 수직-대응면이 형성되는 것 또한 본 개시의 일 실시 예로써 이해될 수 있다.
도 7f를 참고하면, 제6 안테나(711)는 패치의 일부 면이 파인 형상을 포함할 수 있다. 이 때, 사각형 패치의 각 모서리인 방사 근원 영역에는 수직-대응면이 형성될 수 있다. 천공 영역과 함께 수직-대응면을 통해 CPR 성능이 극대화될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 파인 면은 절곡되어 기판(미도시)에 수직으로 배치 및 지지 기둥으로써 이용될 수 있다. 이 때, 일 예로, 지지 기둥은 지지 기둥 자체의 역할만을 수행하거나 혹은 도체로서 급전선의 역할을 함께 수행할 수도 있다.
도 7g를 참고하면, 제7 안테나(713)는 비대칭의 수직-대응면의 다른 형상을 포함할 수 있다. 즉, 편파 방향에 대응하는 두 변들 모두에 수직-대응면을 형성하는 것이 아니라, 일 면에는 수직 대응면을 형성하지 않을 수도 있다.
도 7h를 참고하면, 제7 안테나(715)는 준(quasi)-수직 대응면을 포함할 수 있다. 모두가 편파에 수직하는 경계면이 형성되지 않더라도, 대응면에서 생성되는 편파 방향인 코-폴 성분이 크로스-폴 성분보다 N배 크다면(여기서, N은 1보다 큰 실수) 해당 경계면은 준-수직 대응면으로 지칭될 수 있다.
도 7a 내지 도 7h를 통해 안테나 엘리멘트들의 다양한 변형이 서술되었다. 그러나, 도 7a 내지 도 7h는 본 개시의 CPR 개선 원리가 적용되어 다양한 안테나 엘리멘트들이 구성됨을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 개시의 실시 예들이 도시된 안테나 엘리멘트들로 한정되는 것은 아니다. 대응면에 형성되는 전계 중 코-폴 성분이 대응면에 수직하는 비율이 크로스-폴 성분이 대응면에 수직하는 비율이 크게 크게 형성된다.
도 8a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 구조를 포함하는 어레이 안테나의 예를 도시한다.
도 8a를 참고하면, 3 x 4 형태의 어레이 안테나(800)가 예시된다. 안테나들 간 간격은 0.5λ로 배치된다. 어레이 안테나(800)는 제1 안테나 엘리멘트(801), 제2 안테나 엘리멘트(803), 제3 안테나 엘리멘트(805), 제4 안테나 엘리멘트(807), 제5 안테나 엘리멘트(811), 제6 안테나 엘리멘트(813), 제7 안테나 엘리멘트(815), 제8 안테나 엘리멘트(817), 제9 안테나 엘리멘트(821), 제10 안테나 엘리멘트(823), 제11 안테나 엘리멘트(825), 제12 안테나 엘리멘트(827)를 포함할 수 있다. 여기서, 각 안테나 엘리멘트는 도 2 내지 도 7h를 통해 서술된 안테나에 대응할 수 있다.
어레이 안테나(800)을 예로, 후술되는 도 8b, 도 8c의 CPR 성능이 서술된다. 그러나, 도 8a에 도시된 어레이 안테나(800) 가 본 개시의 안테나 어레이의 실시 형태를 제한하는 것으로 해석되지는 않는다. 일 실시 예에 따라, 안테나 어레이 내 안테나 엘리멘트들은 서로 다른 형상을 가질 수 있다. 안테나 어레이 내 위치에 따라 근접 소자에게 미치는 CPR 영향이 다를 수 있다. 이에 따라, 안테나 어레이 내 위치에 따라 서로 다른 형상을 갖는 안테나 엘리멘트가 이용될 수 있다. 예를 들어, 어레이 안테나의 모서리 끝에는 도 7(g)의 안테나(713)이 배치되고 어레이 안테나의 중간에는 도 7(a)의 안테나(701)이 배치될 수 있다.
도 8b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 구조를 포함하는 어레이 안테나의 CPR 성능을 나타내기 위한 안테나 방사 패턴의 예를 도시한다.
도 8b를 참고하면, 그래프(830)는 안테나들 간격에 따른 CPR 성능을 나타낸다. 가로축(831)은 방사 패턴의 각도를 의미하고, 세로축(832)은 코-폴 성분(251) 혹은 크로스-폴 성분의 크기를 나타낸다. 도 8a의 어레이 안테나(800), 즉, 3x4 어레이를 기준으로 성능은 하기의 표와 같이 예시될 수 있다.
min max avg
기존구조
(unfolded)		 CPR -60º 3.89 6.87 4.91
0º 17.88 30.85 23.92
60º 3.80 6.74 4.82
제안구조
(folded)		 CPR -60º 8.98 12.88 10.75
0º 23.48 34.46 28.94
60º 8.82 12.90 10.71
개선 정도 CPR -60º 5.09 6.01 5.85
0º 5.61 3.61 5.02
60º 5.02 6.16 5.90
표 2는, 3x4 어레이 안테나에서, 1 열(column) 씩 신호를 인가해가며, 어레이 안테나의 CPR 성분을 확인한 것이다. 'min'은 열 별 결과들 중에서 가장 낮은 값을 의미하고, 'max'는 열 별 결과들 중에서 가장 높은 값을 의미한다. 'avg'는 열 별 결과들의 평균을 의미한다. 섹터 범위 내에서 CPR 성능이 전체적으로 개선됨이 확인될 수 있다. 패치 모서리 부분을 접음으로써, 편파의 수직 벡터 성분이 증가하고, 수평 벡터 성분(크로스-폴 성분)이 감소하도록 경계면이 형성되기 때문이다.
도 8c는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 구조를 포함하는 어레이 안테나에서 근접 소자의 CPR 영향을 나타내기 위한 크로스-폴 필드(field)의 예를 도시한다. CPR 영향은 크로스-폴 성분의 전계로 표현된다. 크로스-폴 성분이 높아질수록 CPR 성능은 열화되고, 크로스-폴 성분이 낮아질수록 CPR 성능은 향상된다.
도 8c를 참고하면, 전기장 필드(861)은 사각형 패치 안테나를 포함하는 안테나 어레이의 전계를 나타낸다. 전기장 필드(863)은 본 개시의 실시 예들에 따른 제안 구조, 즉 수직-대응면 형상의 안테나를 포함하는 안테나 어레이의 전계를 나타낸다. +45° 편파의 신호가 인가되는 경우, 안테나 어레이 전체에서 크로스-폴 성분이 감소함이 확인될 수 있다.
도 8d는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 근접 소자의 CPR 개선의 원리를 도시한다. 안테나는 2x3 어레이 안테나가 예시된다.
도 8d를 참고하면, 안테나 어레이(800)는 제1 안테나 엘리멘트(801), 제2 안테나 엘리멘트(803), 제3 안테나 엘리멘트(805), 제4 안테나 엘리멘트(807), 제5 안테나 엘리멘트(809), 제6 안테나 엘리멘트(811)를 포함할 수 있다. 안테나 어레이(800)의 각 안테나 엘리멘트는 사각형 패치의 형상을 포함한다. 이 때, 방사 소자인 제1 안테나 엘리멘트(801)의 전계 중 일부는 인접한 소자인 제2 안테나 엘리멘트(803)으로 여기될 수 있다. 이 때, 사각형 패치의 방사 근원 영역에서 여기되는 전계에 따른 편파 방향과 대응면이 형성하는 각은 크로스-폴 성분 및 코-폴 성분 모두 45도의 각도를 형성한다. 따라서, 신호의 수직 벡터를 원활하게 형성하지 못하고, 수평 성분 또한 잔존하므로 크로스-폴 성분이 전체적으로 증가하게 된다. 증가된 크로스-폴 성분은 전체 CPR 성능 저하를 야기한다.
안테나 어레이(850)는 제1 안테나 엘리멘트(851), 제2 안테나 엘리멘트(853), 제3 안테나 엘리멘트(855), 제4 안테나 엘리멘트(857), 제5 안테나 엘리멘트(859), 제6 안테나 엘리멘트(861)를 포함할 수 있다. 안테나 어레이(800)의 각 안테나 엘리멘트는 사각형 패치에서 모서리 부분이 절단된 형상(2차원의 팔각형 패치, 혹은 3차원의 수직-대응면 형상)을 포함한다. 이 때, 방사 소자인 제1 안테나 엘리멘트(851)의 전계 중 일부는 인접한 소자인 제2 안테나 엘리멘트(853)로 여기될 수 있다. 이 때, 대응면의 방사 근원 영역(880)에서 전계의 편파 방향과 대응면이 형성하는 각은 크로스-폴 성분의 경우, 0도의 각도를 형성하고, 코-폴 성분의 경우, 90도의 각도를 형성한다. 따라서, 신호의 수직 벡터의 크기가 극대화되는 한편, 수평 성분은 감소하므로, CPR이 향상된다. 본 개시에서, 선과 면이 형성하는 각도는, 선을 기준으로 형성된 두 각도들 중 작거나(즉, 예각) 같은 각(즉, 직각)을 의미한다.
본 개시에서는 편파 안테나의 성능 향상을 위한 파라미터로서, 각각 CPR 및 XPD가 예시로 서술되었다. 즉, 본 개시는 CPR을 예시로 다양한 실시 예들에 따른 안테나 구조의 성능, 효과, 성능/효과와 구조물에 대한 인과 관계, 성능/효과와 구조물의 배치 형태의 상관 관계를 서술하였으나, 특정 메트릭(metric)이 본 개시의 실시 예를 한정하는 것으로 해석되지 않는다. 즉, 편파와 편파 간의 독립성을 나타내는 다른 메트릭(metric)이 본 개시의 실시 예들을 설명 및 식별하는데 사용될 수 있음은 물론이다. 편파와 편파 간의 독립성은 편파 다이버시티 이득의 향상을 통해 채널 품질의 향상을 야기하기 때문이다.
본 개시에서는, 편파와 편파 간의 독립성을 향상시키기 위한 구조로서, 이중 편파 안테나가 예로 주로 서술되었다. 그러나, 본 개시의 실시 범위는 인가되는 신호에 의한 전계의 크로스-폴 성분을 기존 안테나(예: 도 2의 사각형 패치를 갖는 안테나(201)) 대비 작아지도록 하기 위한 구조라면 어떠한 유형의 안테나든 모두 적용 가능함은 물론이다. 예를 들어, 단일 편파로 구현되는 안테나(예: 도 7a의 제1 안테나(701))와 같이, 반드시 이중 편파들을 위한 구조가 아니더라도 본 개시의 실시 예들이 적용될 수 있다. 또한, 안테나들 간 간격이 밀집되는 구조(예: 안테나 엘리멘트들 간 간격: 0.74λ)이 아니더라도, 높은 CPR 성능을 구현하기 위하여 본 개시의 실시 예가 적용될 수 있음은 물론이다.
도 9는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전자 장치의 기능적 구성을 도시한다. 전자 장치(910)는, 도 1의 기지국(110) 혹은 단말(120) 중 하나일 수 있다. 일 실시 예에 따라, 전자 장치(910)는 MMU일 수 있다. 도 1 내지 도 8d를 통해 언급된 안테나 구조 자체 뿐만 아니라,이를 포함하는 전자 장치 또한 본 개시의 실시 예들에 포함된다. 밀집되는 안테나들 간의 CPR 성능 개선을 위하여, 전자 장치(901)는 전술된 전계의 코-폴 성분에 수직인 대응면을 갖는 형상의 다수의 안테나들을 포함할 수 있다.
도 9를 참고하면, 전자 장치(910)의 예시적인 기능적 구성이 도시된다. 전자 장치(910)은 안테나부(911), 필터부(912), RF(radio frequency) 처리부(913), 제어부(914)를 포함할 수 있다.
안테나부(911)는 다수의 안테나들을 포함할 수 있다. 안테나는 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능들을 수행한다. 안테나는 서브스트레이트(예: PCB) 위에 형성된 도전체 또는 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함할 수 있다. 안테나는 상향 변환된 신호를 무선 채널 상에서 방사하거나 다른 장치가 방사한 신호를 획득할 수 있다. 각 안테나는 안테나 엘리멘트 또는 안테나 소자로 지칭될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 안테나부(911)는 복수의 안테나 엘리멘트들이 열(array)을 이루는 안테나 어레이(antenna array)를 포함할 수 있다. 안테나부(911)는 RF 신호선들을 통해 필터부(912)와 전기적으로 연결될 수 있다. 안테나부(911)는 다수의 안테나 엘리멘트들을 포함하는 PCB에 실장될 수 있다. PCB는 각 안테나 엘리멘트와 필터부(912)의 필터를 연결하는 복수의 RF 신호선들을 포함할 수 있다. 이러한 RF 신호선들은 급전 네트워크(feeding network)로 지칭될 수 있다. 안테나부(911)는 수신된 신호를 필터부(912)에 제공하거나 필터부(912)로부터 제공된 신호를 공기중으로 방사할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따른 안테나부(911)는 이중 편파 안테나를 갖는 적어도 하나의 안테나 모듈을 포함할 수 있다. 이중 편파 안테나는 일 예로, 크로스-폴(x-pol) 안테나일 수 있다. 이중 편파 안테나는 서로 다른 편파에 대응하는 2개의 안테나 엘리멘트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이중 편파 안테나는 +45°의 편파를 갖는 제1 안테나 엘리멘트와 -45°의 편파를 갖는 제2 안테나 엘리멘트를 포함할 수 있다. 편파는 +45°, -45° 외에 직교하는 다른 편파들로 형성될 수 있음은 물론이다. 각 안테나 엘리멘트는 급전선(feeding line)과 연결되고, 후술되는 필터부(912), RF 처리부(913), 제어부(914)와 전기적으로 연결될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따를 때, 이중 편파 안테나는 패치 안테나(혹은 마이크로스트립 안테나(microstrip antenna))일 수 있다. 이중 편파 안테나는 패치 안테나의 형태를 가짐으로써, 배열 안테나로의 구현 및 집적이 용이할 수 있다. 서로 다른 편파를 갖는 두 개의 신호들이 각 안테나 포트에 입력될 수 있다. 각 안테나 포트는 안테나 엘리멘트에 대응한다. 높은 효율을 위하여, 서로 다른 편파를 갖는 두 개의 신호들 간 코-폴(co-pol) 특성과 크로스-폴(cross-pol) 특성과의 관계를 최적화시킬 것이 요구된다. 이중 편파 안테나에서, 코-폴 특성은 특정 편파 성분에 대한 특성 및 크로스-폴 특성은 상기 특정 편파 성분과 다른 편파 성분에 대한 특성을 나타낸다. 다양한 실시 예들에 따를 때, 본 개시의 실시 예들에 따른 안테나 형상은, 안테나의 방사 근원 영역에 최대한 코-폴 성분만 존재하도록 하여, CPR을 개선하기 위하여 구성될 수 있다. 따라서, 본 개시의 실시 예들에 따른 안테나 형상은 다수의 안테나들이 밀집되어, 안테나 소자 간 간격이 가까워져야만 하는 어레이 안테나에서 통신 성능 향상을 위해 필수적으로 요구될 수 있다.
필터부(912)는 원하는 주파수의 신호를 전달하기 위해, 필터링을 수행할 수 있다. 필터부(912)는 공진(resonance)를 형성함으로써 주파수를 선택적으로 식별하기 위한 기능을 수행할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 필터부(912)는 구조적으로 유전체를 포함하는 공동(cavity)을 통해 공진을 형성할 수 있다. 또한, 일부 실시 예들에서 필터부(912)는 인덕턴스 또는 캐패시턴스를 형성하는 소자들을 통해 공진을 형성할 수 있다. 또한, 일부 실시 예들에서, 필터부(912)는 BAW(bulk acoustic wave) 필터 혹은 SAW(surface acoustic wave) 필터와 같은 탄성 필터를 포함할 수 있다. 필터부(912)는 대역 통과 필터(band pass filter), 저역 통과 필터(low pass filter), 고역 통과 필터(high pass filter), 또는 대역 제거 필터(band reject filter) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 즉, 필터부(912)는 송신을 위한 주파수 대역 또는 수신을 위한 주파수 대역의 신호를 얻기 위한 RF 회로들을 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따른 필터부(912)는 안테나부(911)와 RF 처리부(913)를 전기적으로 연결할 수 있다.
RF 처리부(913)는 복수의 RF 경로들을 포함할 수 있다. RF 경로는 안테나를 통해 수신되는 신호 혹은 안테나를 통해 방사되는 신호가 통과하는 경로의 단위일 수 있다. 적어도 하나의 RF 경로는 RF 체인으로 지칭될 수 있다. RF 체인은 복수의 RF 소자들을 포함할 수 있다. RF 소자들은 증폭기, 믹서, 오실레이터, DAC, ADC 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, RF 처리부(913)는 기저대역(base band)의 디지털 송신신호를 송신 주파수로 상향 변환하는 상향 컨버터(up converter)와, 상향 변환된 디지털 송신신호를 아날로그 RF 송신신호로 변환하는 DAC(digital-to-analog converter)를 포함할 수 있다. 상향 컨버터와 DAC는 송신경로의 일부를 형성한다. 송신 경로는 전력 증폭기(power amplifier, PA) 또는 커플러(coupler)(또는 결합기(combiner))를 더 포함할 수 있다. 또한 예를 들어, RF 처리부(913)는 아날로그RF 수신신호를 디지털 수신신호로 변환하는 ADC(analog-to-digital converter)와 디지털 수신신호를 기저대역의 디지털 수신신호로 변환하는 하향 컨버터(down converter)를 포함할 수 있다. ADC와 하향 컨버터는 수신경로의 일부를 형성한다. 수신 경로는 저전력 증폭기(low-noise amplifier, LNA) 또는 커플러(coupler)(또는 분배기(divider))를 더 포함할 수 있다. RF 처리부의 RF 부품들은 PCB에 구현될 수 있다. 기지국(910)은 안테나 부(911)-필터부(912)-RF 처리부(913) 순으로 적층된 구조를 포함할 수 있다. 안테나들과 RF 처리부의 RF 부품들은 PCB 상에서 구현될 수 있고, PCB와 PCB 사이에 필터들이 반복적으로 체결되어 복수의 층들(layers)을 형성할 수 있다.
제어부(914)는 전자 장치(910)의 전반적인 동작들을 제어할 수 있다. 제어부 (914)은 통신을 수행하기 위한 다양한 모듈들을 포함할 수 있다. 제어부(914)는 모뎀(modem)과 같은 적어도 하나의 프로세서(processor)를 포함할 수 있다. 제어부(914)는 디지털 신호 처리(digital signal processing)을 위한 모듈들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어부(914)는 모뎀을 포함할 수 있다. 데이터 송신 시, 제어부(914)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 예를 들어, 데이터 수신 시, 제어부(914)은 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 제어부(914)는 통신 규격에서 요구하는 프로토콜 스택(protocol stack)의 기능들을 수행할 수 있다.
도 9에서는 본 개시의 안테나 구조가 활용될 수 있는 장비로서, 전자 장치 (910)의 기능적 구성을 서술하였다. 그러나, 도 9에 도시된 예는 도 1 내지 도 8c를 통해 서술된 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 구조의 활용을 위한 예시적인 구성일 뿐, 본 개시의 실시 예들이 도 9에 도시된 장비의 구성 요소들에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 안테나 구조를 포함하는 안테나 모듈, 다른 구성의 통신 장비, 안테나 구조물 자체 또한 본 개시의 실시 예로써 이해될 수 있다.
본 개시의 실시 예들에 따를 때, 안테나 장치는, 제1 편파를 위한 제1 급전선; 및 안테나를 포함하고, 상기 안테나는, 방사면 및 상기 제1 편파가 형성되는 적어도 하나의 대응면을 포함하고, 상기 적어도 하나의 대응면과 상기 제1 편파의 방향과 이루는 각도는 상기 적어도 하나의 대응면과 상기 제1 편파와 직교하는 편파의 방향과 이루는 각도보다 작도록 구성될 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따라, 상기 안테나는, 적어도 하나의 대응면 각각에서, 상기 제1 편파의 방향에 대한 크로스-폴이 대응면과 이루는 예각 혹은 직각은, 상기 제1 편파의 방향에 대한 코-폴이 상기 대응면이 이루는 예각보다 작도록 구성되는 형상을 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따라, 상기 안테나 장치는 제2 편파를 위한 제2 급전선을 더 포함하고, 상기 안테나는 상기 제1 급전선을 위한 제1 폴 및 상기 제2 급전선을 위한 제2 폴을 포함하는 이중 편파 안테나를 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따라, 상기 이중 편파 안테나는 정사각형 패치의 적어도 하나의 모서리가 접힌 형상을 포함할 수 있다..
본 개시의 일 실시 예에 따라, 상기 이중 편파 안테나는 정사각형 패치의 적어도 하나의 모서리가 절단된 형상을 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따라, 상기 이중 편파 안테나는 패치에서 상기 제1 급전선의 신호가 편파 방향에 실질적으로 수직인 접선에 따라 접힌 형상을 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따라, 상기 이중 편파 안테나는 패치에서 상기 제2 급전선의 신호의 편파 방향에 실질적으로 수직인 접선에 따라 접힌 형상을 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따라, 상기 이중 편파 안테나는 팔각형의 패치를 포함하고, 상기 제1 편파는, 상기 팔각형의 패치 중에서 서로 마주보는 두 변들에서 생성되고, 상기 제2 편파는, 상기 팔각형의 패치 중에서 서로 마주보는 다른 두 변들에서 생성될 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따라, 상기 제1 편파는 +45° 편파이고, 상기 제2 편파는 -45° 편파일 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따라, 상기 안테나는 상기 제1 급전선의 신호의 코-폴 성분에 수직이고, 상기 제1 급전선의 신호의 크로스-폴 성분에 수평인 면을 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따라, 상기 안테나는 상기 제2 급전선의 신호의 코-폴 성분에 수직이고, 상기 제2 급전선의 신호의 크로스-폴 성분에 수평인 면을 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따라, 상기 이중 편파 안테나는, 상기 제2 급전선의 신호에 의해 생성되는 코-폴 성분이 크로스-폴 성분보다 크도록 배치되는 형상을 포함할 수 있다.
본 개시의 실시 예들에 따를 때, MMU(massive MIMO(multiple input multiple output) unit) 장치는, 적어도 하나의 프로세서; 및 복수의 안테나 엘리멘트들을 포함하는 안테나 어레이(antenna array)를 포함하고, 상기 복수의 안테나 엘리멘트들 중 제1 안테나 엘리멘트는, 제1 편파를 위한 제1 급전선과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 안테나 엘리멘트는 방사면 및 상기 제1 편파가 형성되는 적어도 하나의 대응면을 포함하고, 상기 적어도 하나의 대응면과 상기 제1 편파의 방향과 이루는 각도는 상기 적어도 하나의 대응면과 상기 제1 편파와 직교하는 편파의 방향과 이루는 각도보다 작도록 구성될 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따라, 상기 안테나는, 적어도 하나의 대응면 각각에서, 상기 제1 편파의 방향에 대한 크로스-폴이 대응면과 이루는 예각 혹은 직각은, 상기 제1 편파의 방향에 대한 코-폴이 상기 대응면이 이루는 예각보다 작도록 구성되는 형상을 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따라, 상기 MMU 장치는 제2 편파를 위한 제2 급전선을 더 포함하고, 상기 안테나는 상기 제1 급전선을 위한 제1 폴 및 상기 제2 급전선과 연결되는 제2 폴을 포함하는 이중 편파 안테나를 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따라, 상기 이중 편파 안테나는 정사각형 패치의 적어도 하나의 모서리가 절단된 형상을 포함할 수 있다.
본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.
소프트웨어로 구현하는 경우, 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치(device) 내의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하도록 구성된다(configured for execution). 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치로 하여금 본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 명령어(instructions)를 포함한다.
이러한 프로그램(소프트웨어 모듈, 소프트웨어)은 랜덤 액세스 메모리 (random access memory), 플래시(flash) 메모리를 포함하는 불휘발성(non-volatile) 메모리, 롬(read only memory, ROM), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(electrically erasable programmable read only memory, EEPROM), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(compact disc-ROM, CD-ROM), 디지털 다목적 디스크(digital versatile discs, DVDs) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다.
또한, 프로그램은 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(local area network), WAN(wide area network), 또는 SAN(storage area network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 접근(access)할 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.
상술한 본 개시의 구체적인 실시 예들에서, 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 개시가 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
한편 본 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 개시의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (15)

  1. 안테나 장치에 있어서,
    제1 편파를 위한 제1 급전선; 및
    안테나를 포함하고,
    상기 안테나는, 방사면 및 상기 제1 편파가 형성되는 적어도 하나의 대응면을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 대응면과 상기 제1 편파의 방향과 이루는 각도는 상기 적어도 하나의 대응면과 상기 제1 편파와 직교하는 편파의 방향과 이루는 각도보다 작도록 구성되는 안테나 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 안테나는, 적어도 하나의 대응면 각각에서, 상기 제1 편파의 방향에 대한 크로스-폴이 대응면과 이루는 예각 혹은 직각은, 상기 제1 편파의 방향에 대한 코-폴이 상기 대응면이 이루는 예각보다 작도록 구성되는 형상을 포함하는 안테나 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    제2 편파를 위한 제2 급전선을 더 포함하고,
    상기 안테나는 상기 제1 급전선을 위한 제1 폴 및 상기 제2 급전선을 위한 제2 폴을 포함하는 이중 편파 안테나를 포함하는 안테나 장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 이중 편파 안테나는 정사각형 패치의 적어도 하나의 모서리가 접힌 형상을 포함하는 안테나 장치.
  5. 청구항 3에 있어서, 상기 이중 편파 안테나는 정사각형 패치의 적어도 하나의 모서리가 절단된 형상을 포함하는 안테나 장치.
  6. 청구항 3에 있어서, 상기 이중 편파 안테나는 패치에서 상기 제1 급전선의 신호가 편파 방향에 실질적으로 수직인 접선에 따라 접힌 형상을 포함하는 안테나 장치.
  7. 청구항 3에 있어서, 상기 이중 편파 안테나는 패치에서 상기 제2 급전선의 신호의 편파 방향에 실질적으로 수직인 접선에 따라 접힌 형상을 포함하는 안테나 장치.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 이중 편파 안테나는 팔각형의 패치를 포함하고,
    상기 제1 편파는, 상기 팔각형의 패치 중에서 서로 마주보는 두 변들에서 생성되고,
    상기 제2 편파는, 상기 팔각형의 패치 중에서 서로 마주보는 다른 두 변들에서 생성되는 안테나 장치.
  9. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 편파는 +45° 편파이고, 상기 제2 편파는 -45° 편파인 안테나 장치.
  10. 청구항 3에 있어서,
    상기 안테나는 상기 제1 급전선의 신호의 코-폴 성분에 수직이고, 상기 제1 급전선의 신호의 크로스-폴 성분에 수평인 면을 포함하는 안테나 장치.
  11. 청구항 3에 있어서,
    상기 안테나는 상기 제2 급전선의 신호의 코-폴 성분에 수직이고, 상기 제2 급전선의 신호의 크로스-폴 성분에 수평인 면을 포함하는 안테나 장치.
  12. 청구항 3에 있어서,
    상기 이중 편파 안테나는,
    상기 제2 급전선의 신호에 의해 생성되는 코-폴 성분이 크로스-폴 성분보다 크도록 배치되는 형상을 포함하는 안테나 장치.
  13. MMU(massive MIMO(multiple input multiple output) unit) 장치에 있어서,
    적어도 하나의 프로세서; 및
    복수의 안테나 엘리멘트들을 포함하는 안테나 어레이(antenna array)를 포함하고,
    상기 복수의 안테나 엘리멘트들 중 제1 안테나 엘리멘트는,
    제1 편파를 위한 제1 급전선과 전기적으로 연결되고,
    상기 제1 안테나 엘리멘트는 방사면 및 상기 제1 편파가 형성되는 적어도 하나의 대응면을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 대응면과 상기 제1 편파의 방향과 이루는 각도는 상기 적어도 하나의 대응면과 상기 제1 편파와 직교하는 편파의 방향과 이루는 각도보다 작도록 구성되는 MMU 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 안테나는, 적어도 하나의 대응면 각각에서, 상기 제1 편파의 방향에 대한 크로스-폴이 대응면과 이루는 예각 혹은 직각은, 상기 제1 편파의 방향에 대한 코-폴이 상기 대응면이 이루는 예각보다 작도록 구성되는 형상을 포함하는 MMU 장치.
  15. 청구항 13에 있어서,
    제2 편파를 위한 제2 급전선을 더 포함하고,
    상기 안테나는 상기 제1 급전선을 위한 제1 폴 및 상기 제2 급전선과 연결되는 제2 폴을 포함하는 이중 편파 안테나를 포함하는 MMU 장치.
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