WO2022055122A1 - 다층 임피던스 변환부를 구비한 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기 - Google Patents

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WO2022055122A1
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transmission line
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우승민
서유석
이동익
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엘지전자 주식회사
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Definitions

  • the present specification relates to an antenna module and an electronic device including the same.
  • a specific implementation relates to an antenna module having a multilayer impedance converter and an electronic device including the same.
  • electronic devices As the functions of electronic devices are diversified, they may be implemented as an image display device such as a multimedia player equipped with complex functions such as playing music or video files, playing games, and receiving broadcasts.
  • An image display device is a device that reproduces image content, and receives images from various sources and reproduces them.
  • the image display device is implemented in various devices such as a personal computer (PC), a smartphone, a tablet PC, a laptop computer, and a TV.
  • An image display device such as a smart TV may provide an application for providing web content such as a web browser.
  • a communication module including an antenna may be provided. Meanwhile, as the display area of the image display device is recently expanded, the arrangement space of the communication module including the antenna is reduced. Accordingly, the necessity of disposing the antenna inside the multi-layer circuit board on which the communication module is implemented is increasing.
  • a WiFi wireless interface may be considered as an interface for a communication service between electronic devices.
  • a millimeter wave band (mmWave) may be used for high-speed data transmission between electronic devices.
  • mmWave millimeter wave band
  • high-speed data transmission between electronic devices is possible using a wireless interface such as 802.11ay.
  • an array antenna capable of operating in a millimeter wave (mmWave) band may be mounted in the antenna module.
  • electronic components such as an antenna and a transceiver circuit disposed in such an antenna module are configured to be electrically connected.
  • electronic components disposed on different layers may be electrically connected to each other through a multi-layered transmission line, and thus a vertical via structure may be formed.
  • a high frequency band such as a millimeter wave (mmWave) band
  • impedance mismatch between transmission lines and line loss may occur significantly due to the vertical via structure.
  • a plurality of antennas are disposed in the multilayer substrate, there is a problem in that a large amount of line loss may occur according to the formation of a bypass path of the transmission line in order to avoid overlap between the transmission lines.
  • Another object of the present invention is to provide an antenna module having a multilayer impedance converter operating in a millimeter wave band and an electronic device having the same.
  • Another object of the present specification is to solve a problem in which line loss increases due to the formation of a bypass path of a plurality of feed lines that feed a plurality of antenna elements constituting an array antenna of a millimeter wave band.
  • Another object of the present specification is to solve a problem in that impedance mismatch due to vertical vias increases through a multilayer impedance conversion structure between an RFIC and an antenna element disposed on a multilayer substrate type PCB.
  • Another object of the present specification is to provide a broadband feed line structure capable of improving impedance matching characteristics of an antenna element electrically connected to a feed line inside a multi-layered substrate type PCB.
  • an electronic device having an antenna module includes: a transceiver circuit disposed in the antenna module composed of a multi-layer substrate; a first transmission line disposed on a first layer of the antenna module and configured to be electrically connected to the transceiver circuit; a second transmission line disposed on the second layer of the antenna module and configured to be electrically connected to the antenna; and a vertical via configured to vertically connect the first transmission line and the second transmission line, wherein at least one of the first and second transmission lines connected to the vertical via includes an impedance converter do.
  • the first impedance converter of the first transmission line connected to the vertical via is configured to have a first width W1 and a first length L1
  • the second transmission line is connected to the vertical via
  • the second impedance converter of may be configured to have a second width W2 and a second length L2.
  • the first transmission line is composed of a microstrip line in which an air layer is formed without a dielectric on an upper portion of a conductive line disposed on a dielectric
  • the second transmission line is a conductive line It may be composed of a strip line in which dielectrics are respectively disposed on the upper and lower portions of the .
  • a ratio (L1/L2) of the first length L1 of the first impedance converter to the second length L2 of the second impedance converter may be set in a range of 0.45 to 1.35. .
  • a ratio (W2/W1) of the first width W1 of the first impedance converter and the second width w2 of the second impedance converter may be set in a range of 0.32 to 0.71. .
  • the first impedance converter is the first width W1 corresponding to the first impedance in the microstrip line and the fourth half wavelength that is 1/4 of the wavelength corresponding to the operating frequency 1 length L1, and may be configured to perform impedance matching between a 50 ohm impedance of the first transmission line and a second impedance at an upper end region of the vertical via.
  • the second impedance converter converts the second width W2 corresponding to the third impedance in the strip line to the second length L2 of a quarter wavelength that is 1/4 of the wavelength corresponding to the operating frequency. and configured to perform impedance matching between a 50 ohm impedance of the second transmission line and a fourth impedance at a lower end region of the vertical via.
  • the first width W1 of the first impedance converter is wider than a 50 ohm line width of the first transmission line
  • the second width W2 of the second impedance converter is It may be configured to be wider than a 50 ohm line width of the second transmission line and narrower than the first width W1.
  • the first width W1 of the first impedance conversion unit is configured to be the same as a 50 ohm line width of the first transmission line
  • the second width W2 of the second impedance conversion unit is the second transmission line It can be configured differently from the 50ohm line width of the line.
  • the second width W2 of the second impedance conversion unit is configured to be the same as a 50 ohm line width of the second transmission line
  • the first width W1 of the first impedance conversion unit is the first transmission line It can be configured differently from the 50ohm line width of the line.
  • the first transmission line is connected to the vertical via, the first impedance converter configured to have a first width (W1) and a first length (L1); and connected to one end of the first impedance converter and configured to have a third width W3 and a third length L3 to convert the impedance between the first impedance converter and the first transmission line of 50 ohm impedance. It may include a third impedance converter that performs.
  • the third width W3 may be narrower than the first width W1 and may be configured to be wider than the 50 ohm line width of the first transmission line.
  • the second transmission line is connected to the vertical via, the second impedance converter configured to have a second width (W2) and a second length (L2); and connected to one end of the second impedance converter, configured to have a fourth width W4 and a fourth length L4, to convert the impedance between the second impedance converter and the second transmission line of 50 ohm impedance It may include a fourth impedance converter that performs.
  • the fourth width W4 may be narrower than the second width W2 and may be configured to be wider than a 50 ohm line width of the second transmission line.
  • the antenna may be configured to be electrically connected to the second transmission line through a second vertical via.
  • the antenna is characterized in that it is a lower antenna (lower antenna) configured to radiate a signal in the lower direction (lower direction) of the antenna module.
  • the vertical via may include a plurality of via pads and a plurality of vertical connectors to vertically connect the micro strip line disposed on the uppermost layer of the multi-layer substrate and the strip line disposed inside the multi-layer substrate.
  • Each of the plurality of via pads disposed on different layers may be disposed such that a gap having a predetermined width is formed with each ground disposed on the same layer.
  • each of the plurality of via pads disposed on the different layers may be disposed such that a gap having a predetermined width different from that of each ground disposed on the same layer is formed.
  • At least one of the first impedance converter and the second impedance converter may be implemented with a line width of 50 ohms.
  • the antenna module includes the lower antenna; a side antenna disposed inside the multilayer substrate and configured to radiate a signal in a side direction of the multilayer substrate; and a ground via wall disposed inside the multilayer substrate rather than the side antenna and configured to vertically connect different ground layers.
  • the ground via wall may be composed of a plurality of layers disposed inside the multilayer substrate rather than the side antenna so that the directivity of the signal radiated by the side antenna in the side direction is improved.
  • the antenna module may include a first antenna and a second antenna disposed farther from the transceiver circuit than the first antenna.
  • the transceiver circuit may be configured to be connected to the first antenna through a first micro-strip line and a first strip line, and to be connected to the second antenna through a second micro-strip line and a second strip line.
  • a length of the second microstrip line may be longer than a length of the first microstrip line. Accordingly, a difference between a length from the transceiver circuit to the first antenna and a length from the transceiver circuit to the second antenna may be compensated.
  • An antenna module is disposed on the first layer of the antenna module, the first transmission line (transmission line) configured to be electrically connected to the transceiver circuit; a second transmission line disposed on the second layer of the antenna module and configured to be electrically connected to the antenna; and a vertical via configured to vertically connect the first transmission line and the second transmission line.
  • the first impedance converter of the first transmission line connected to the vertical via is configured to have a first width W1 and a first length L1
  • the second transmission line is connected to the vertical via
  • the second impedance converter of may be configured to have a second width W2 and a second length L2.
  • the first transmission line is composed of a microstrip line in which an air layer is formed without a dielectric on an upper portion of a conductive line disposed on a dielectric
  • the second transmission line is a conductive line It may be composed of a strip line in which dielectrics are respectively disposed on the upper and lower portions of the .
  • a ratio (L1/L2) of the first length L1 of the first impedance converter to the second length L2 of the second impedance converter may be set in a range of 0.45 to 1.35. .
  • a ratio (W2/W1) of the first width W1 of the first impedance converter and the second width w2 of the second impedance converter may be set in a range of 0.32 to 0.71. .
  • an antenna module capable of disposing all the feeders using a small number of layers in a space where it is difficult to arrange all of the feeders.
  • a feed line is connected to all antennas of the mmWave antenna module with extended coverage by minimizing bypass paths, thereby minimizing line loss.
  • both the performance of the return loss (S11) and the performance of the transmission loss (S21) may be improved through impedance matching of the feeder in a broadband of the millimeter wave band.
  • impedance matching characteristics of an antenna element electrically connected to a power supply line inside a multi-layered board type PCB may be improved by configuring different types of impedance conversion units around vertical vias.
  • an impedance converter is formed on at least one side while connecting a micro strip line and a transmission line composed of the strip line with a vertical via, thereby minimizing line loss while performing impedance matching.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an example of an entire wireless AV system including an image display device according to an embodiment of the present specification.
  • FIG. 2 illustrates a detailed configuration of electronic devices supporting a wireless interface according to the present specification.
  • RTS Request to Send
  • CTS Clear to Send
  • 3B illustrates a block diagram of a communication system 400 according to an example herein.
  • FIG. 4 illustrates an electronic device in which a plurality of antenna modules and a plurality of transceiver circuit modules are disposed according to an embodiment.
  • 5A illustrates a configuration in which a multilayer circuit board on which an array antenna module is disposed and an RFIC are connected in relation to the present specification.
  • 5B is a conceptual diagram illustrating an antenna structure having different radiation directions.
  • 5C illustrates a coupling structure of a multilayer substrate and a main substrate according to example embodiments.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a configuration of a plurality of communication modules disposed under the image display device and the corresponding communication modules and communication with other communication modules disposed in the front direction.
  • 7A and 7B illustrate a comparison of arrangement structures between RF lines and power lines in a configuration in which RFICs corresponding to transceiver circuits are connected to different antennas.
  • FIG 8 shows the configuration of an antenna module composed of a multi-layer substrate according to the present specification.
  • FIG. 10A shows the reflection coefficient characteristics for each frequency according to the ratio (L1/L2) of the lengths of the first and second impedance converters.
  • FIG. 10B shows the reflection coefficient characteristics for each frequency according to the ratio (W1/W2) of the widths of the first and second impedance converters.
  • FIG 11 shows an equivalent circuit of an impedance conversion structure proposed in the present specification to solve the above-described problem.
  • 12A to 12C illustrate a structure of a transmission line connected by vertical vias according to various embodiments of the present disclosure.
  • 13A illustrates a configuration in which impedance conversion is performed through a plurality of impedance conversion units when a microstrip line is connected to a vertical via.
  • 13B illustrates a configuration for performing impedance conversion through a plurality of impedance conversion units when connecting from a strip line to a vertical via.
  • FIG. 14A illustrates a structure in which vertical vias are spaced apart from a ground layer by the same distance in each layer in the multilayer impedance transformation structure according to the present specification.
  • FIG. 14B illustrates a structure in which vertical vias are spaced apart from a ground layer at different intervals in each layer in the multilayer impedance transformation structure according to the present specification.
  • FIG. 15A is a Smith chart showing impedance changes of a first structure of a feed line interconnected by vertical vias and a second structure having a multilayer impedance converter. Meanwhile, FIG. 15B shows the return loss and the transmission loss according to the frequency change of the first structure and the second structure of FIG. 15A .
  • FIG. 16A shows a configuration in which a plurality of ports of an RFIC are connected to a plurality of antenna elements. Meanwhile, FIG. 16B shows a side view in which an RFIC is connected to a plurality of antenna elements on a multilayer substrate.
  • FIG. 17A shows a structure in which the antenna module 1100 in which the first type antenna and the second type antenna are formed as an array antenna is disposed in the electronic device 1000 .
  • 17B is an enlarged view of a plurality of array antenna modules.
  • FIG. 18 illustrates an antenna module coupled in a different coupling structure at a specific location of an electronic device according to embodiments.
  • Electronic devices described in this specification include mobile phones, smart phones, laptop computers, digital broadcasting terminals, personal digital assistants (PDA), portable multimedia players (PMPs), navigation systems, and slate PCs.
  • PDA personal digital assistants
  • PMPs portable multimedia players
  • slate PCs slate PCs.
  • tablet PCs ultrabooks
  • wearable devices for example, watch-type terminals (smartwatch), glass-type terminals (smart glass), HMD (head mounted display), etc. may be included. there is.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an example of an entire wireless AV system including an image display device according to an embodiment of the present specification.
  • the image display device 100 is connected to a wireless AV system (or broadcasting network) and an Internet network.
  • the video display device 100 is, for example, a network TV, a smart TV, an HBBTV, or the like.
  • the image display device 100 may be wirelessly connected to a wireless AV system (or a broadcasting network) through a wireless interface, or may be wirelessly or wiredly connected to an Internet network through an Internet interface.
  • the image display device 100 may be configured to be connected to a server or other electronic device through a wireless communication system.
  • the image display device 100 needs to provide an 802.111 ay communication service operating in a millimeter wave (mmWave) band in order to transmit or receive large-capacity high-speed data.
  • mmWave millimeter wave
  • the mmWave band may be any frequency band of 10 GHz to 300 GHz.
  • the mmWave band may include an 802.11ay band of a 60 GHz band.
  • the mmWave band may include a 5G frequency band of a 28 GHz band or an 802.11ay band of a 60 GHz band.
  • the 5G frequency band may be set to about 24-43 GHz band
  • the 802.11ay band may be set to 57-70 GHz or 57-63 GHz band, but is not limited thereto.
  • the image display device 100 may wirelessly transmit or receive data with an electronic device, such as a set-top box or other electronic device, around the image display device 100 through a wireless interface.
  • the image display device 100 may transmit or receive wireless AV data with a set-top box or other electronic device disposed on the front or lower side of the image display device, for example, a mobile terminal.
  • the video display device 100 includes, for example, a wireless interface 101b, a section filter 102b, an AIT filter 103b, an application data processing unit 104b, a data processing unit 111b, a media player 106b, and an Internet protocol. It includes a processing unit 107b, an Internet interface 108b, and a runtime module 109b.
  • AIT Application Information Table
  • real-time broadcast content may be referred to as linear A/V content.
  • the section filter 102b performs section filtering on four types of data received through the air interface 101b, and transmits the AIT data to the AIT filter 103b, and transmits the Linear AV content to the data processing unit 111b. , stream events and application data are transmitted to the application data processing unit 104b.
  • non-linear A/V content and application data are received through the Internet interface 108b.
  • the non-linear AV content may be, for example, a Content On Demand (COD) application.
  • CDO Content On Demand
  • the non-linear AV content is transmitted to the media player 106b, and application data is transmitted to the runtime module 109b.
  • the runtime module 109b includes, for example, an application manager and a browser as shown in FIG. 1 .
  • the application manager controls the life cycle of the interactive application using, for example, AIT data.
  • the browser performs, for example, a function of displaying and processing an interactive application.
  • the wireless interface for communication between electronic devices may be a WiFi wireless interface, but is not limited thereto.
  • a wireless interface supporting the 802.11 ay standard may be provided for high-speed data transmission between electronic devices.
  • the 802.11 ay standard is a successor standard for raising the throughput of the 802.11ad standard to 20 Gbps or more.
  • An electronic device supporting the 802.11ay wireless interface may be configured to use a frequency band of about 57 to 64 GHz.
  • the 802.11 ay air interface can be configured to provide backward compatibility for the 802.11ad air interface.
  • the electronic device providing the 802.11 ay air interface has coexistence with a legacy device using the same band. can be configured to provide
  • the wireless environment of the 802.11ay standard may be configured to provide coverage of 10 meters or more in an indoor environment, and 100 meters or more in an outdoor environment of a Line of Sight (LOS) channel condition.
  • LOS Line of Sight
  • Electronic devices that support the 802.11ay air interface can be configured to provide VR headset connectivity, support server backups, and support cloud applications that require low latency.
  • the Ultra Short Range (USR) communication scenario which is a close communication scenario, which is a use case of 802.11ay, is a model for fast large-capacity data exchange between two terminals.
  • the USR communication scenario can be configured to require low power consumption of less than 400 mW, while providing fast link setup within 100 msec, transaction time within 1 second, and 10 Gbps data rate at a distance of less than 10 cm. .
  • the smart home usage model may consider the wireless interface between the source device and the sink device to stream 8K UHD content in the home.
  • the source device may be any one of a set-top box, a Blu-ray player, a tablet, and a smart phone
  • the sink device may be any one of a smart TV and a display device, but is not limited thereto.
  • the air interface may be configured to transmit uncompressed 8K UHD streaming (60 fps, 24 bits per pixel, at least 4:2:2) with a coverage of less than 5 m between the leaster device and the sink device.
  • the wireless interface may be configured such that data is transmitted between the electronic devices at a speed of at least 28 Gbps.
  • 2 illustrates a detailed configuration of electronic devices supporting a wireless interface according to the present specification.
  • 2 illustrates a block diagram of an access point 110 (typically a first wireless node) and an access terminal 120 (typically a second wireless node) in a wireless communication system.
  • the access point 110 is a transmitting entity for the downlink and a receiving entity for the uplink.
  • Access terminal 120 is a transmitting entity for the uplink and a receiving entity for the downlink.
  • a "transmitting entity” is an independently operated apparatus or device capable of transmitting data over a wireless channel
  • a “receiving entity” is an independently operated apparatus or device capable of receiving data over a wireless channel. device or device.
  • the set-top box (STB) of FIG. 1 may be an access point 110
  • the electronic device 100 of FIG. 1 may be an access terminal 120 , but is not limited thereto. Accordingly, it should be understood that the access point 110 may alternatively be an access terminal, and the access terminal 120 may alternatively be an access point.
  • the access point 110 includes a transmit data processor 220 , a frame builder 222 , a transmit processor 224 , a plurality of transceivers 226-1 through 226-N and a plurality of antennas ( 230-1 to 230-N).
  • Access point 110 also includes a controller 234 for controlling operations of access point 110 .
  • the access point 110 includes a transmit data processor 220 , a frame builder 222 , a transmit processor 224 , a plurality of transceivers 226-1 through 226-N and a plurality of antennas ( 230-1 to 230-N).
  • Access point 110 also includes a controller 234 for controlling operations of access point 110 .
  • transmit data processor 220 receives data (eg, data bits) from data source 215 and processes the data for transmission. For example, transmit data processor 220 may encode data (eg, data bits) into encoded data, and may modulate the encoded data into data symbols.
  • the transmit data processor 220 may support different modulation and coding schemes (MCSs). For example, transmit data processor 220 may encode data (eg, using low-density parity check (LDPC) encoding) at any one of a plurality of different coding rates.
  • MCSs modulation and coding schemes
  • the transmit data processor 220 transmits encoded data using any one of a plurality of different modulation schemes including, but not limited to, BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM, 64APSK, 128APSK, 256QAM, and 256APSK. can be tampered with.
  • the controller 234 can send a command to the transmit data processor 220 specifying which modulation and coding scheme (MCS) to use (eg, based on channel conditions of the downlink).
  • MCS modulation and coding scheme
  • the transmit data processor 220 may encode and modulate the data from the data source 215 according to the specified MCS. It should be appreciated that the transmit data processor 220 may perform additional processing on the data, such as data scrambling and/or other processing.
  • the transmit data processor 220 outputs the data symbols to the frame builder 222 .
  • Frame builder 222 constructs a frame (also referred to as a packet) and inserts data symbols into the frame's data payload.
  • a frame may include a preamble, a header, and a data payload.
  • the preamble may include a short training field (STF) sequence and a channel estimation (CE) sequence to assist the access terminal 120 in receiving the frame.
  • the header may contain information related to the length of the data and data in the payload, such as the MCS used to encode and modulate the data. This information allows the access terminal 120 to demodulate and decode the data.
  • the data in the payload may be partitioned among a plurality of blocks, each block containing a portion of the data and a guard interval (GI) to assist the receiver in phase tracking.
  • the frame builder 222 outputs the frame to the transmit processor 224 .
  • GI guard interval
  • a transmit processor 224 processes the frame for transmission on the downlink.
  • the transmit processor 224 may support different transmission modes, eg, an orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) transmission mode and a single-carrier (SC) transmission mode.
  • controller 234 may send a command to transmit processor 224 specifying which transmission mode to use, and transmit processor 224 may process the frame for transmission according to the specified transmission mode.
  • the transmit processor 224 may apply a spectral mask to the frame such that the frequency configuration of the downlink signal meets certain spectral requirements.
  • the transmit processor 224 may support multiple-input-multiple-output (MIMO) transmission.
  • the access point 110 has multiple antennas 230-1 through 230-N and multiple transceivers 226-1 through 226-N (eg, one for each antenna).
  • the transmit processor 224 may perform spatial processing on the incoming frames and may provide a plurality of transmit frame streams to a plurality of antennas.
  • Transceivers 226-1 through 226-N receive and process (eg, convert to analog, amplify, filter, and frequency upconvert) respective transmit frame streams to provide antennas 230-1 through 230-N. ) to generate transmission signals for transmission through
  • the access terminal 120 includes a transmit data processor 260, a frame builder 262, a transmit processor 264, a plurality of transceivers 266-1 through 266-M, and a plurality of antennas ( 270-1 through 270-M) (eg, one antenna per transceiver).
  • Access terminal 120 may transmit data to access point 110 on the uplink and/or may transmit data to another access terminal (eg, for peer-to-peer communication).
  • Access terminal 120 also includes a controller 274 for controlling operations of access terminal 120 .
  • Transceivers 266-1 through 266-M receive and process (eg, convert to analog, output of transmit processor 264 ) for transmission via one or more antennas 270-1 through 270-M. amplify, filter, and frequency upconvert).
  • the transceiver 266 may up-convert the output of the transmit processor 264 into a transmit signal having a frequency of a 60 GHz band.
  • the antenna module according to the present specification may be configured to perform a beamforming operation in a 60 GHz band, for example, in a band of about 57 to 63 GHz.
  • the antenna module may be configured to support MIMO transmission while performing beamforming in a 60 GHz band.
  • the antennas 270-1 to 270-M and the transceivers 266-1 to 266-M may be implemented in an integrated form on a multilayer circuit board.
  • one of the antennas 270-1 to 270-M, which operates with vertical polarization, may be vertically disposed inside the multilayer circuit board.
  • the access point 110 includes a receive processor 242 and a receive data processor 244 .
  • transceivers 226 - 1 through 226 -N receive a signal (eg, from access terminal 120 ) and spatially process (eg, frequency downconvert, amplify, filtering and digital conversion).
  • Receive processor 242 receives the outputs of transceivers 226-1 through 226-N and processes the outputs to recover data symbols.
  • access point 110 may receive data (eg, from access terminal 120 ) in a frame.
  • receive processor 242 may detect the start of a frame using the STF sequence within the preamble of the frame.
  • the receiver processor 242 may also use the STF for automatic gain control (AGC) adjustment.
  • AGC automatic gain control
  • Receive processor 242 may also perform channel estimation (eg, using a CE sequence in the preamble of the frame) and perform channel equalization on the received signal based on the channel estimate.
  • Receive data processor 244 receives data symbols from receive processor 242 and an indication of a corresponding MSC scheme from controller 234 .
  • a receive data processor 244 demodulates and decodes the data symbols, recovers the data according to the indicated MSC scheme, stores the recovered data (eg, data bits), and/or a data sink 246 for further processing. ) is printed in
  • the access terminal 120 may transmit data using an OFDM transmission mode or an SC transmission mode.
  • the receive processor 242 may process the received signal according to the selected transmission mode.
  • the transmit processor 264 may support multiple-input-multiple-output (MIMO) transmission.
  • the access point 110 has multiple antennas 230-1 through 230-N and multiple transceivers 226-1 through 226-N (eg, one for each antenna).
  • MIMO multiple-input-multiple-output
  • the access point 110 has multiple antennas 230-1 through 230-N and multiple transceivers 226-1 through 226-N (eg, one for each antenna).
  • the antenna module according to the present specification may be configured to perform a beamforming operation in a 60 GHz band, for example, in a band of about 57 to 63 GHz.
  • the antenna module may be configured to support MIMO transmission while performing beamforming in a 60 GHz band.
  • the antennas 230 - 1 to 230 -M and the transceivers 226 - 1 to 226 -M may be implemented in an integrated form on a multilayer circuit board.
  • one of the antennas 230 - 1 to 230 -M operating with vertical polarization may be vertically disposed inside the multilayer circuit board.
  • each transceiver receives and processes (eg, frequency downconverts, amplifies, filters, and digitally converts) a signal from a respective antenna.
  • Receive processor 242 may perform spatial processing on the outputs of transceivers 226-1 through 226-N to recover data symbols.
  • Access point 110 also includes memory 236 coupled to controller 234 .
  • Memory 236 can store instructions that, when executed by controller 234 , cause controller 234 to perform one or more of the operations described herein.
  • access terminal 120 also includes memory 276 coupled to controller 274 .
  • Memory 276 may store instructions that, when executed by controller 274 , cause controller 274 to perform one or more of the operations described herein.
  • the electronic device supporting the 802.11 ay air interface determines whether a communication medium is available to communicate with another electronic device.
  • the electronic device transmits an RTS-TRN frame including a Request to Send (RTS) part and a first beam training sequence.
  • FIG. 3A shows a Request to Send (RTS) frame and a Clear to Send (CTS) frame according to the present specification.
  • the originating device may use the RTA frame to determine whether a communication medium is available for transmitting one or more data frames to the destination device.
  • the destination device sends a Clear to Send (CTS) frame back to the originating device if the communication medium is available.
  • the originating device sends one or more data frames to the destination device.
  • the destination device sends one or more acknowledgment (“ACK”) frames to the originating device.
  • ACK acknowledgment
  • a frame 300 includes a frame control field 310 , a duration field 312 , a receiver address field 314 , a transmitter address field 316 , and a frame check sequence field 318 . contains the containing RTS portion.
  • frame 300 further includes a beam training sequence field 320 for configuring respective antennas of the destination device and one or more neighboring devices.
  • a CTS frame 350 includes a CTS portion including a frame control field 360 , a duration field 362 , a receiver address field 364 , and a frame check sequence field 366 . do.
  • frame 350 further includes a beam training sequence field 368 for configuring respective antennas of the originating device and one or more neighboring devices.
  • the beam training sequence fields 320 and 368 may conform to a training (TRN) sequence according to IEEE 802.11ad or 802.11ay.
  • the originating device may use the beam training sequence field 368 to configure its antenna to transmit directionally to the destination device.
  • the originating device may use the beam training sequence field to configure their respective antennas to reduce transmission interference at the destination device.
  • the beam training sequence field may be used to configure their respective antennas to generate an antenna radiation pattern with nulls aimed at the destination device.
  • FIG. 3B illustrates a block diagram of a communication system 400 according to an example herein.
  • the first and second devices 410 and 420 may improve communication performance by allowing the main beams to have the same direction.
  • the first and second devices 410 and 420 may form a signal-null having a weak signal strength in a specific direction.
  • the plurality of electronic devices may be configured to perform beamforming through an array antenna.
  • some of a plurality of electronic devices may be configured to communicate with an array antenna of another electronic device through a single antenna.
  • the beam pattern is formed in an omnidirectional pattern.
  • the present invention is not limited thereto. Accordingly, three of the first to fourth devices 410 may be configured to perform beamforming, and the other may be configured not to perform beamforming.
  • only one of the first to fourth devices 410 may be configured to perform beamforming, and the remaining three devices may be configured not to perform beamforming.
  • two of the first to fourth devices 410 may be configured to perform beamforming but the other two may not perform beamforming.
  • all of the first to fourth devices 410 may be configured to perform beamforming.
  • the first device 410 determines that the first device 410 is the intended reception of the CTS-TRN frame 350 based on the address indicated in the receiver address field 364 of the CTS-TRN frame 350 . determine the device. In response to determining that it is the intended receiving device of the CTS-TRN frame 350 , the first device 410 optionally sends its own for directional transmission substantially intended for the second device 420 .
  • the beam training sequence in the beam training sequence field 368 of the received CTS-TRN 350 may be used to configure the antenna. That is, the antenna of the first device 410 substantially has a primary lobe (eg, a highest gain lobe) intended for the second device 420 and non-primary lobes intended for other directions. and generate an antenna radiation pattern.
  • the second device 420 may optionally configure its own antenna for directional reception (eg, primary antenna radiation lobe) for the purpose of the first device 410 . Accordingly, while the antenna of the first device 410 is configured for directional transmission to the second device 420 , and the antenna of the second device 420 is configured for directional reception from the first device 410 . , the first device 410 transmits one or more data frames to the second device 420 . Accordingly, the first and second devices 410 and 420 perform directional transmission/reception (DIR-TX/RX) of one or more data frames through the primary lobe (main beam).
  • DIR-TX/RX directional transmission/reception
  • the first and second devices 410 and 420 partially modify the beam pattern of the third device 430 to reduce interference with the third device 430 by the antenna radiation pattern having non-primary lobes. can make it
  • the third device 430 determines that it is not the intended receiving device of the CTS-TRN frame 350 based on the address indicated in the receiver address field 364 of the CTS-TRN frame 350 . . In response to determining that it is not the intended receiving device of the CTS-TRN frame 350 , the third device 430 is substantially null for the purpose of the second device 420 and the first device 410 . To configure its antenna to generate an antenna radiation pattern having each of the beam training sequence in the beam training sequence field 368 of the received CTS-TRN 350 and The sequence of the beam training sequence field 320 is used. Nulls may be based on the estimated angle of arrival of the previously received RTS-TRN frame 300 and CTS-TRN frame 350 .
  • the third device 430 communicates (eg, (eg, desired BER, SNR, SINR and/or other one or more communications) for the purpose of the first device 410 and the second device 420 . properties) to achieve the estimated interference in these devices 410 and 420 below a defined threshold) create an antenna radiation pattern having the desired signal powers, rejections or gains, respectively.
  • the third device 430 estimates antenna gains in directions toward the first and second devices 410 and 420 , and the third device 430 and the first and second devices 410 and 420 . estimating antenna reciprocity differences (eg, transmit antenna gain minus receive antenna gain) between By calculating each of the above over, you can construct your own antenna transmit radiation pattern.
  • the third device 430 transmits the RTS-TRN frame 300 intended for the fourth device 440 , which the fourth device 440 receives.
  • the third device 430 determines that the first device 410 and the second device 420 determine the duration of the duration fields 312 and 362 of the RTS-TRN frame 300 and the CTS-TRN frame 350 . Keep the antenna configuration with nulls targeting these devices as long as they are communicating based on the duration each indicated in the fields. Since the antenna of the third device 430 is configured to generate nulls for the purpose of the first device 410 and the second device 420 , the RTS-TRN frame 300 by the third device 430 is The transmission may produce reduced interference at the first device 410 and the second device 420 , respectively.
  • electronic devices supporting the 802.11 ay air interface disclosed in this specification may form a signal null direction in a specific direction to reduce interference while matching main beam directions with each other using an array antenna.
  • the plurality of electronic devices may form an initial beam direction through a beam training sequence and change the beam direction through a periodically updated beam training sequence.
  • the array antenna needs to be disposed inside the multilayer substrate on which the RFIC is disposed. In addition, for radiation efficiency, the array antenna needs to be disposed adjacent to the side area inside the multilayer substrate.
  • the RFIC In addition, in order to adapt to a change in a wireless environment, it is necessary to update a beam training sequence between electronic devices. To update the beam training sequence, the RFIC must periodically transmit and receive signals to and from a processor such as a modem. Therefore, in order to minimize the update delay time, the control signal transmission/reception between the RFIC and the modem must also be performed within a short time. To this end, it is necessary to reduce the physical length of the connection path between the RFIC and the modem. To this end, the modem may be disposed on a multi-layer substrate on which the array antenna and the RFIC are disposed.
  • a connection length between the RFIC and the modem may be minimized.
  • a detailed structure will be described with reference to FIG. 5C.
  • FIG. 4 shows an electronic device in which a plurality of antenna modules and a plurality of transceiver circuit modules are disposed according to an embodiment.
  • a home appliance in which a plurality of antenna modules and a plurality of transceiver circuit modules are disposed may be a television, but is not limited thereto.
  • the home appliance in which the plurality of antenna modules and the plurality of transceiver circuit modules are disposed may include any home appliance or display device supporting a communication service in the millimeter wave band.
  • the electronic device 1000 includes a plurality of antenna modules ANT 1 to ANT4, and the antenna modules ANT 1 to ANT4 and a plurality of transceiver circuit modules 1210a to 1210d. ) is included.
  • the plurality of transceiver circuit modules 1210a to 1210d may correspond to the above-described transceiver circuit 1250 .
  • the plurality of transceiver circuit modules 1210a to 1210d may be a part of the transceiver circuit 1250 or a part of a front-end module disposed between the antenna module and the transceiver circuit 1250 .
  • the plurality of antenna modules ANT 1 to ANT4 may be configured as an array antenna in which a plurality of antenna elements are disposed.
  • the number of elements of the antenna modules ANT 1 to ANT4 is not limited to two, three, four, or the like as illustrated.
  • the number of elements of the antenna modules ANT 1 to ANT4 is expandable to 2, 4, 8, 16, or the like.
  • the elements of the antenna modules ANT 1 to ANT4 may be selected in the same number or in different numbers.
  • the plurality of antenna modules ANT 1 to ANT4 may be disposed in different areas of the display or under or on the side of the electronic device.
  • the plurality of antenna modules ANT 1 to ANT4 may be disposed on the upper side, the left side, the lower side, and the right side of the display, but the arrangement is not limited thereto. As another example, the plurality of antenna modules ANT 1 to ANT4 may be disposed at upper left, upper right, lower left, and lower right of the display.
  • the antenna modules ANT 1 to ANT4 may be configured to transmit and receive signals in a specific direction in any frequency band.
  • the antenna modules ANT 1 to ANT4 may operate in any one of a 28 GHz band, a 39 GHz band, and a 64 GHz band.
  • the electronic device may maintain a connection state with different entities through two or more of the antenna modules ANT 1 to ANT4 or may perform a data transmission or reception operation for this.
  • the electronic device corresponding to the display device may transmit or receive data with the first entity through the first antenna module ANT1.
  • the electronic device may transmit or receive data with the second entity through the second antenna module ANT2.
  • the electronic device may transmit or receive data with a mobile terminal (UE) through the first antenna module ANT1.
  • the electronic device may transmit or receive data with a control device such as a set-top box or an access point (AP) through the second antenna module ANT2.
  • UE mobile terminal
  • AP access point
  • Data may be transmitted or received with other entities through other antenna modules, for example, the third antenna module ANT3 and the fourth antenna module ANT4.
  • dual connection or multiple input/output (MIMO) may be performed through at least one of the first and second entities previously connected through the third antenna module ANT3 and the fourth antenna module ANT4.
  • the mobile terminals UE1 and UE2 may be disposed on the front area of the electronic device, and the mobile terminals UE1 and UE2 may be configured to communicate with the first antenna module ANT1.
  • the set-top box (STB) or the AP is disposed in the lower area of the electronic device, and the set-top box (STB) or the AP may be configured to communicate with the second antenna module ANT2, but is limited thereto.
  • the second antenna module ANT2 may include both a first antenna radiating to a lower area and a second antenna radiating to a front area. Accordingly, the second antenna module ANT2 may communicate with the set-top box STB or the AP through the first antenna, and may communicate with any one of the mobile terminals UE1 and UE2 through the second antenna. .
  • any one of the mobile terminals UE1 and UE2 may be configured to perform multiple input/output (MIMO) with an electronic device.
  • UE1 may be configured to perform MIMO while performing beamforming with an electronic device.
  • the electronic device corresponding to the image display device may perform high-speed communication with another electronic device or a set-top box through a WiFi wireless interface.
  • the electronic device may perform high-speed communication in a 60 GHz band through an 802.11 ay wireless interface with another electronic device or a set-top box.
  • the transceiver circuit modules 1210a to 1210d are operable to process a transmission signal and a reception signal in an RF frequency band.
  • the RF frequency band may be any frequency band of a millimeter band, such as a 28 GHz band, a 39 GHz band, and a 64 GHz band, as described above.
  • the transceiver circuit modules 1210a to 1210d may be referred to as RF SUB-MODULEs 1210a to 1210d.
  • the number of RF SUB-MODULEs 1210a to 1210d is not limited to four, and may be changed to an arbitrary number of two or more according to applications.
  • the RF SUB-MODULEs 1210a to 1210d include an up-conversion module and a down-conversion module that converts a signal of an RF frequency band into a signal of an IF frequency band or converts a signal of an IF frequency band into a signal of an RF frequency band.
  • the up-conversion module and the down-conversion module may include a local oscillator (LO) capable of performing up-frequency conversion and down-frequency conversion.
  • LO local oscillator
  • the plurality of RF SUB-MODULEs 1210a to 1210d may transmit a signal from any one of the plurality of transceiver circuit modules to an adjacent transceiver circuit module. Accordingly, the transmitted signal may be configured to be transmitted to all of the plurality of transceiver circuit modules 1210a to 1210d at least once.
  • a data transfer path of a loop structure may be added.
  • adjacent RF SUB-MODULEs 1210b and 1210c can transmit signals in bi-direction.
  • a data transfer path of a feedback structure may be added.
  • at least one SUB-MODULE 1210c can transmit a signal to the remaining SUB-MODULEs 1210a, 1210b, and 1210c in uni-direction.
  • the plurality of RF SUB-MODULEs may include first to fourth RF SUB-MODULEs 1210a to 1210d.
  • the signal from the first RF SUB-MODULE 1210a may be transferred to the adjacent RF SUB-MODULE 1210b and the fourth RF SUB-MODULE 1210d.
  • the second RF SUB-MODULE 1210b and the fourth RF SUB-MODULE 1210d may transmit the signal to the adjacent third RF SUB-MODULE 1210c. In this case, if bidirectional transmission is possible between the second RF SUB-MODULE 1210b and the third RF SUB-MODULE 1210c as shown in FIG.
  • this may be referred to as a loop structure.
  • this may be referred to as a feedback structure.
  • the feedback structure there may be at least two signals transmitted to the third RF SUB-MODULE 1210c.
  • the structure is not limited thereto, and the baseband module may be provided only in a specific module among the first to fourth RF sub-modules 1210a to 1210d depending on the application.
  • the baseband module may not be provided in the first to fourth RF sub-modules 1210a to 1210d, but may be configured as a separate control unit, that is, the baseband processor 1400 .
  • the control signal may be transmitted only by a separate control unit, that is, the baseband processor 1400 .
  • a wireless audio-video (AV) service and/or high-speed data transmission may be provided using an 802.11ay wireless interface as the mmWave wireless interface.
  • 802.11ay wireless interface it is not limited to the 802.11ay wireless interface, and any wireless interface of the 60 GHz band may be applied.
  • a 5G or 6G air interface using a 28 GHz band or a 60 GHz band may be used for high-speed data transmission between electronic devices.
  • FIG. 5A shows a configuration in which a multilayer circuit board on which an array antenna module is disposed and an RFIC are connected in relation to the present specification.
  • an AIP (Antenna In Package) module structure and an antenna module structure implemented on a flexible substrate are shown.
  • the AIP (Antenna In Package) module is for mmWave band communication, and is configured in an RFIC-PCB-antenna integrated type.
  • the array antenna module 1100-1 may be integrally configured with a multi-layer PCB as shown in FIG. 5(a) .
  • the array antenna module 1100-1 configured integrally with the multilayer substrate may be referred to as an AIP module.
  • the array antenna module 1100-1 may be disposed on one side area of a multi-layer substrate.
  • the first beam B1 may be formed in the side area of the multilayer substrate by using the array antenna module 1100-1 disposed on one side area of the multilayer substrate.
  • the array antenna module 1100 - 2 may be disposed on a multilayer substrate.
  • the arrangement of the array antenna module 1100 - 2 is limited to the structure of FIG. 5A ( b ), it may be arranged on any layer inside the multilayer substrate.
  • the second beam B2 may be formed in the front area of the multilayer substrate by using the array antenna module 1100 - 2 disposed on an arbitrary racer of the multilayer substrate.
  • an array antenna may be disposed on the same PCB in order to minimize the distance between the RFIC and the antenna.
  • the antenna of the AIP module may be implemented in a multi-layer PCB manufacturing process, and may radiate a signal in the vertical/lateral direction of the PCB.
  • a double polarization may be implemented using a patch antenna and a dipole/monopole antenna.
  • the first array antenna 1100-1 of FIG. 5A (a) is disposed on the side area of the multilayer substrate
  • the second array antenna 1100-2 of FIG. 5A(b) is disposed on the side area of the multilayer board. can do.
  • the first beam B1 may be generated through the first array antenna 1100-1
  • the second beam B2 may be generated through the second array antenna 1100-2.
  • the first array antenna 1100-1 and the second array antenna 1100-2 may be configured to have the same polarization.
  • the first array antenna 1100-1 and the second array antenna 1100-2 may be configured to have orthogonal polarization. It might work.
  • the first array antenna 1100-1 operates as a vertically polarized antenna and may also operate as a horizontally polarized antenna.
  • the first array antenna 1100-1 may be a monopole antenna having vertical polarization
  • the second array antenna may be a patch antenna having horizontal polarization.
  • FIG. 5B is a conceptual diagram illustrating an antenna structure having different radiation directions.
  • the radiation direction of the antenna module disposed in the side area of the multilayer substrate corresponds to the side direction.
  • the antenna implemented on the flexible substrate may be configured as a radiating element such as a dipole/monopole antenna. That is, the antenna implemented on the flexible substrate may be end-fire antenna elements.
  • end-fire radiation may be implemented by an antenna radiating in a horizontal direction with the substrate.
  • Such an end-fire antenna may be implemented as a dipole/monopole antenna, a Yagi-dipole antenna, a Vivaldi antenna, a SIW horn antenna, or the like.
  • the Yagi-dipole antenna and the Vivaldi antenna have horizontal polarization characteristics.
  • one of the antenna modules disposed in the image display device presented in this specification requires a vertical polarization antenna. Accordingly, there is a need to provide an antenna structure capable of minimizing an antenna exposure area while operating as a vertically polarized antenna.
  • the radiation direction of the antenna module disposed on the front area of the multilayer substrate corresponds to the front direction.
  • the antenna disposed in the AIP module may be configured as a radiating element such as a patch antenna. That is, the antenna disposed in the AIP module may be broadside antenna elements radiating in the broadside direction.
  • FIG. 5C illustrates a coupling structure of a multilayer substrate and a main substrate according to example embodiments.
  • FIG. 5C( a ) a structure in which an RFIC 1250 and a modem 1400 are integrally formed on a multilayer substrate 1010 is shown.
  • the modem 1400 may be referred to as a baseband processor 1400 .
  • the multilayer substrate 1010 is integrally formed with the main substrate.
  • Such an integrated structure may be applied to a structure in which only one array antenna module is disposed in an electronic device.
  • the multilayer board 1010 and the main board 10120 may be configured to be coupled in a modular manner by a connector.
  • the multilayer substrate 1010 may be configured to interface with the main substrate 1020 through a connector.
  • the RFIC 1250 may be disposed on the multilayer substrate 1010
  • the modem 1400 may be disposed on the main substrate 1020 .
  • the multilayer substrate 1010 may be formed as a separate substrate from the main substrate 1020 and configured to be coupled through a connector.
  • Such a modular structure may be applied to a structure in which a plurality of array antenna modules are disposed in an electronic device.
  • the multi-layer substrate 1010 and the second multi-layer substrate 1020 may be configured to interface with the main board 1020 through a connector connection.
  • the modem 1400 disposed on the main board 1020 is configured to be electrically coupled to the RFICs 1250 and 1250b disposed on the multilayer board 1010 and the second multilayer board 1020 .
  • FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a configuration of a plurality of communication modules disposed under the image display device and corresponding communication modules and communication with other communication modules disposed in the front direction.
  • different communication modules 1100-1 and 1100-2 may be disposed under the image display device 100 .
  • the image display device 100 may communicate with the communication module 1100b disposed below through the antenna module 1100 .
  • Communication may be performed with the second communication module 1100c disposed on the front side through the antenna module 1100 of the image display device 100 .
  • the communication module 1100b may be a set-top box or an access point (AP) that transmits AV data at high speed to the video display device 100 through the 802.11 ay wireless interface, but is limited thereto.
  • the second communication module 1100c may be any electronic device that transmits/receives data to and from the image display device 100 at high speed through the 802.11 ay wireless interface.
  • the antenna module 1100 having a plurality of array antennas forms beams in different directions. Specifically, the antenna module 1100 may form beams in the front direction B1, the downward direction B2, and the lateral direction B3 through different array antennas.
  • the antenna height may increase according to the RFIC driving circuit and the heat dissipation structure. Also, depending on the type of antenna used, the antenna height may increase in the AIP module structure as shown in FIG. 5(a) a.
  • the antenna module structure implemented in the side area of the multilayer substrate as shown in FIG. 5A( b ) may implement the antenna in a low-profile shape.
  • FIGS. 1 to 2 a detailed configuration of the antenna module of FIGS. 5A to 5C that may be disposed inside or on the side of the electronic device of FIGS. 4 and 6 will be described.
  • a communication module including an antenna may be provided. Meanwhile, as the display area of the image display device is recently expanded, the arrangement space of the communication module including the antenna is reduced. Accordingly, the necessity of disposing the antenna inside the multi-layer circuit board on which the communication module is implemented is increasing.
  • a WiFi wireless interface may be considered as an interface for a communication service between electronic devices.
  • a millimeter wave band (mmWave) may be used for high-speed data transmission between electronic devices.
  • mmWave millimeter wave band
  • high-speed data transmission between electronic devices is possible using a wireless interface such as 802.11ay.
  • an array antenna capable of operating in a millimeter wave (mmWave) band may be mounted in the antenna module.
  • electronic components such as an antenna and a transceiver circuit disposed in such an antenna module are configured to be electrically connected.
  • electronic components disposed on different layers may be electrically connected to each other through a multi-layered transmission line, and thus a vertical via structure may be formed.
  • a high frequency band such as a millimeter wave (mmWave) band
  • impedance mismatch between transmission lines and line loss may occur significantly due to the vertical via structure.
  • a plurality of antennas are disposed in the multilayer substrate, there is a problem in that a large amount of line loss may occur according to the formation of a bypass path of the transmission line in order to avoid overlap between the transmission lines.
  • Another object of the present invention is to provide an antenna module having a multilayer impedance converter operating in a millimeter wave band and an electronic device having the same.
  • Another object of the present specification is to solve a problem in which line loss increases due to the formation of a bypass path of a plurality of feed lines that feed a plurality of antenna elements constituting an array antenna of a millimeter wave band.
  • Another object of the present specification is to solve a problem in that impedance mismatch due to vertical vias increases through a multilayer impedance conversion structure between an RFIC and an antenna element disposed on a multilayer substrate type PCB.
  • Another object of the present specification is to provide a broadband feed line structure capable of improving impedance matching characteristics of an antenna element electrically connected to a feed line inside a multi-layered substrate type PCB.
  • 7A and 7B illustrate a comparison of arrangement structures between RF lines and power lines in a configuration in which RFICs corresponding to transceiver circuits are connected to different antennas.
  • connection line When a connection line is formed without a vertical via structure as shown in FIG. 7A , other RF lines or power lines L1 to L4 are connected in the path through which the feed lines F1 to F4 are connected from the RFIC 1250 to the antennas ANT1 to ANT4. can be placed.
  • the RF line or the power lines L1 to L4 should be configured as a detour path to an area where the antennas ANT1 to ANT4 are not disposed.
  • the RF line or the power lines L1 to L4 form a bypass path in the form of a horizontal line.
  • the first type of antennas ANT1 to ANT4 may be disposed on the multilayer substrate or in one layer inside the multilayer substrate.
  • the second type of antennas ANT1b to ANT4b may be disposed on a side surface of the multilayer substrate.
  • the first type of antenna may be an antenna that radiates a signal to the upper or lower side of the multi-layered substrate
  • the second type of antenna may be an antenna that radiates a signal to the side of the multi-layered substrate.
  • the RF lines or power lines L1 to L4 may be disposed through different layers in the region where the antennas ANT1 to ANT4 are disposed without forming a detour path as shown in FIG. 7B . Accordingly, the RF line or the power lines L1 to L4 can be formed in a straight line by moving through the vertical via to another layer in a vertical line without a far detour in the horizontal line. Accordingly, it is possible to reduce the line loss by shortening the length of the feed lines (F1 to F4) and the RF lines (L1 to L4).
  • the first type of antennas of the antennas ANT1 to ANT4 and the second type of antennas ANT1b to ANT4b may be disposed at the lower ends.
  • a structure in which impedance transformers TR1 and TR2 are formed around the vertical via 1130 may be applied to the feed lines F1 to F4 connected to the first type antennas ANT1 to ANT4.
  • the structure in which the impedance converters TR1 and TR2 are formed around the vertical via 1130 may also be applied to the RF lines L1 to L4 connected to the second type antennas ANT1b to ANT4b.
  • the first type of antennas ANT1 to ANT4 may be disposed on the multilayer substrate or in one layer inside the multilayer substrate.
  • the second type of antennas ANT1b to ANT4b may be disposed on a side surface of the multilayer substrate.
  • the first type of antenna may be an antenna that radiates a signal to the upper or lower side of the multi-layered substrate
  • the second type of antenna may be an antenna that radiates a signal to the side of the multi-layered substrate.
  • the transmission lines TL1 and TL2 arranged in different layers are impedance converters TR1 and TR2 in the form of a ⁇ /4 converter centered on the vertical via 1130 .
  • the feed lines F1 to F4 may be formed in a straight line in the direction in which the antennas ANT1 to ANT4 are disposed through the via.
  • performance degradation due to vias may be prevented from occurring by using a structure in which the line width facing the vertical via 1130 becomes thick and then thin again.
  • FIG. 8 shows the configuration of an antenna module composed of a multi-layer substrate according to the present specification. Referring to FIG. 8 , it is a side view of a millimeter wave (mmWave) antenna module 1100 capable of increasing coverage by radiating electromagnetic waves in various directions.
  • mmWave millimeter wave
  • the antenna module 1100 includes a transceiver circuit 1250 , a first transmission line 1120a , a second transmission line 1120b , and a vertical via 1130 . can be configured to Meanwhile, since the antenna module 1100 is implemented with a plurality of multilayer substrates, it may be referred to as an antenna assembly 1100 .
  • the transceiver circuit 1250 may be configured to be disposed on the antenna module 1110 formed of a multilayer substrate.
  • the transceiver circuit 1250 may be disposed on the uppermost layer of the multilayer substrate, but is not limited thereto.
  • the multilayer substrate in the form of a printed circuit board has six layers, but is not limited thereto and may be configured in a number of different layers depending on the application.
  • the RFIC corresponding to the transceiver circuit 1250 is attached to a multi-layer board corresponding to a PCB, and is configured to transmit or receive a signal of a mmWave band through the antennas 1100U, 1100S, and 1100L.
  • the antenna 1100U radiates a signal upward, it may be referred to as an upper antenna, and since the antenna 1100L radiates a signal downward, it may be referred to as a lower antenna. Also, since the antenna 1100S radiates a signal to the side, it may be referred to as a side antenna.
  • the upper antenna 1100U and the lower antenna 1100L may be configured as a first type of radiator to radiate signals in an upper direction and a lower direction that are perpendicular to the multilayer substrate.
  • the upper antenna 1100U and the lower antenna 1100L may be configured as a first type of antenna that radiates a signal in a broadside direction, such as a patch antenna.
  • the side antenna 1100S may be configured as a first type of radiator to radiate a signal in a lateral direction parallel to the multilayer substrate.
  • the side antenna 1100S may be configured as a second type of antenna that radiates a signal in an end-fire direction, such as a dipole antenna or a monopole antenna.
  • the antenna module 1100 is disposed inside the lower antenna 1100L and the multi-layer substrate, and is configured to include a side antenna 1100S configured to radiate a signal in the side direction of the multi-layer substrate.
  • the antenna module 1100 may be configured to further include an upper antenna 1100U.
  • a ground via wall 1130c may be disposed.
  • the side antenna 1100S may be disposed inside the multilayer substrate and configured to radiate signals in a side direction of the multilayer substrate.
  • the ground via wall 1130c may be composed of a plurality of layers disposed on the inside of the multilayer substrate rather than the side antenna 1100S so that the directivity of the signal radiated by the side antenna 1100S in the lateral direction is improved.
  • the ground via wall 1130c may be configured as a vertical connection part interconnecting the via pads of the first and second grounds G1 and G2 and the via pads.
  • the first transmission line 1120a may be disposed on the first layer of the antenna module 1100 and may be configured to be electrically connected to the transceiver circuit 1250 .
  • the second transmission line 1120b may be disposed on the second layer of the antenna module 1100 and configured to be electrically connected to the antenna.
  • the first layer and the second layer are arbitrary layers in the multilayer substrate on which the first transmission line 1120a and the second transmission line 1120b are disposed.
  • the first layer may be the first layer L1 as the uppermost layer
  • the second layer may be the third layer L3 inside the multilayer substrate.
  • the first transmission line 1120a may be disposed on the upper layer of the PCB on which the RFIC 1250 is disposed or may be disposed on the bottom layer of the PCB.
  • the second transmission line 1120b may be disposed on the inner layer of the PCB, but is not limited thereto and may be changed according to application.
  • a feeding line for connecting the RFIC 1250 and the antennas 1100U, 1100S, and 1100L may be disposed on or inside the multilayer substrate.
  • the upper antenna 1100U and the RFIC 1250 are disposed on the uppermost layer of the multilayer substrate, so that they can be directly connected without a vertical via connection.
  • the upper antenna 1100U is disposed on a layer other than the uppermost layer, for example, the second layer L2, it may be connected through a vertical via connection.
  • the lower antenna 1100L may be configured to be connected to the RFIC 1250 through the above-described first transmission line 1120a, the vertical via 1130 and the second transmission line 1120b.
  • the lower antenna 1100L may be configured to be electrically connected to the second transmission line 1120b and the second vertical via 1132 .
  • the lower antenna 1100L may be a lower antenna configured to radiate a signal in a lower direction of the antenna module 1100 .
  • a vertical via 1120 may be configured to vertically connect the first transmission line 1120a and the second transmission line 1120b.
  • the vertical via 1120 is a via pad (VP) and a vertical connection part to connect the feed lines of the upper layer and the lower layer, for example, the first and second transmission lines 1120a and 1120b. , VC).
  • a distance between one end of the via pad VP and the adjacent ground vias 1130a and 1130b may be referred to as a via clearance.
  • the ground vias 1130a and 1130b may be configured to interconnect different grounds, for example, the first ground G1 and the second ground G2.
  • a first ground via 1130a may be formed adjacent to one end of the second transmission line 1120b.
  • a second ground via 1130b may be formed adjacent to the other end of the second transmission line 1120b.
  • the vertical via 1130 including the via pad VP and the vertical connection VC may be referred to as a signal via or a feed via.
  • the impedance of the feed line in the mmWave band may be configured to be lower than 50 ohms in the mmWave band due to the via tolerance between the feed via 1130 and the ground via 1130b composed of the via pad VP and the vertical connection part VC. Accordingly, impedance mismatching between the antennas 1100U, 1100S, and 1100L and the RFIC 1250 may occur.
  • the feed line corresponding to the first transmission line 1120a may be configured as a micro-strip line disposed on the uppermost layer or the lowermost layer of the multilayer substrate corresponding to the PCB.
  • the feed line can be regarded as a microstrip line.
  • the feed line corresponding to the second transmission line 1120b may be configured as a strip line disposed inside the multilayer substrate corresponding to the PCB. As shown in FIG. 8 , a first ground G1 and a second ground G2 are respectively disposed above and below the second transmission line 1120b so that the second transmission line 1120b corresponds to a strip line structure. do.
  • the first transmission line 1120a may be configured as a microstrip line in which an air layer is formed without a dielectric on an upper portion of a conductive line disposed on a dielectric.
  • the second transmission line 1120b may be configured as a strip line in which a dielectric is disposed above and below the conductive line, respectively, and the ground (G1, G2) is disposed above and below each of the dielectrics.
  • the patch antennas corresponding to the upper antenna 1100U and the lower antenna 1100D have a first layer (L1) as the uppermost layer and a sixth layer (L6) as the lowermost layer.
  • L1 serving as a ground of the patch antenna
  • L6 a sixth layer
  • a first ground G1 serving as a ground of the patch antenna and an upper ground of the second transmission line 1120b may be disposed in the second layer L2.
  • a second ground G2 serving as a lower ground of the second transmission line 1120b may be disposed on the fourth layer L4 .
  • a feed line composed of the second transmission line 1120b to feed the lower antenna 1100L may be disposed on the third layer L3.
  • the ground via wall 1130c operating as a reflector of the side antenna 1100S is formed in the second layer (L2) to the fourth layer (L4), the side antenna 1100S is in the feed line arrangement space for feeding the power. restrictions may arise.
  • a plurality of ground vias 1130a , 1130b , and 1130c including a ground via wall 1130c may be disposed inside the multilayer substrate.
  • a side antenna 1100S such as a dipole antenna, may be disposed on any one of the first layers L1 to the sixth layers L6.
  • the side antenna 1100S may be disposed on any one of the second layer L2 to the fourth layer L4 .
  • a feed line for feeding the side antenna 1100S may be formed through an area in which the ground vias 1130a , 1130b , and 1130c are not formed to be connected to the side antenna 1100S.
  • FIG. 9 shows an impedance matching structure having a vertical via connection between the transmission line connecting the RFIC and the antenna disclosed herein.
  • the first impedance converter 1121 of the first transmission line 1120a connected to the vertical via 1130 is configured to have a first width W1 and a first length L1.
  • the second impedance converter 1122 of the second transmission line 1120b connected to the vertical via 1130 may be configured to have a second width W2 and a second length L2 .
  • FIG. 10A shows reflection coefficient characteristics for each frequency according to a ratio (L1/L2) of lengths of the first and second impedance converters.
  • FIG. 10B shows the reflection coefficient characteristics for each frequency according to the ratio (W1/W2) of the widths of the first and second impedance converters.
  • the ratios (L1/L2) of the lengths of the first and second impedance converters are 0.65, 0.85, and 1.20, it shows stable return loss performance of -15 dB or less in the entire band of 57.2 to 70.2GH.
  • the ratio (L1/L2) of the lengths of the first and second impedance converters is 0.45 or 1.35, it can be seen that the impedance matching performance is attenuated because the return loss performance has a value of -15 dB or more in the operating frequency band.
  • the ratio of the first length L1 of the first impedance converter 1121 to the second length L2 of the second impedance converter 1122 may be set in a range between 0.45 and 1.35.
  • the ratios of the widths of the first and second impedance converters (W2/W1) are 0.38, 0.48, and 0.57, it shows stable return loss performance of -15 dB or less in the entire band of 57.2 to 70.2GH.
  • the ratio (W2/W1) of the length of the first and second impedance converters is 0.32 or 0.71, it can be seen that the impedance matching performance is attenuated because the return loss performance has a value of -15 dB or more in the operating frequency band.
  • the ratio of the first width W1 of the first impedance converter 1121 to the second width W2 of the second impedance converter 1122 may be set in a range between 0.32 and 0.71.
  • the vertical via 1130 is essential. Meanwhile, in an antenna operating in a high band such as a mmWave band, mis-matching between the antenna and the transmission line may occur due to the vertical via 1130 implemented on the multilayer substrate of the PCB.
  • the first and second transmission lines 1120a and 1120b connected from both sides with the vertical via 1130 as the center are the first and second impedance converters 1121 and 1122. ) can be configured to have.
  • FIGS. 12A to 12C illustrate a structure of a transmission line connected by vertical vias according to various embodiments of the present disclosure.
  • the first and second transmission lines 1120a and 1120b include first and second impedance converters 1121 and 1122 connected at both sides with the vertical via 1130 as the center, respectively.
  • the first and second impedance converters 1121 and 1122 are formed to have a length of 1/4 of a wavelength corresponding to an operating frequency, and thus may be referred to as a ⁇ /4 converter.
  • 50 ohm impedance matching can be performed over a wide bandwidth by using the first and second impedance converters 1121 and 1122 in the form of ⁇ /4 converters to face each other from both sides around the vertical via 1130. there is.
  • the vertical via 1130 may be modeled as an electrical length corresponding to a load impedance R L and a vertical height h.
  • the electrical length of the vertical via is negligible.
  • the electrical length of the vertical via 1130 inside the antenna module operating in a high frequency band such as mmWave band cannot be ignored.
  • the first and second transmission lines 1120a and 1120b having a characteristic impedance Z 0 that is, 50 ohms, respectively, have a first and a length of ⁇ /4 or less on the left and right sides with respect to the load impedance R L .
  • Second impedance converters 1121 and 1122 may be disposed.
  • the wavelength ⁇ may be ⁇ eff whose length is reduced by the effective dielectric constant e eff of the substrate.
  • the load impedance R L is configured as the vertical via 1130 , but the right scope is not limited to the vertical via 1130 , and may be extended to any connection structure between different transmission lines.
  • the characteristic impedance Z 1 of the first impedance conversion unit 1121 and the characteristic impedance Z 2 of the second impedance conversion unit 1122 may be the same or different.
  • the first and second impedance converters 1121 and 1122 which are ⁇ /4 converters having impedances of Z 1 and Z 2 , are located on different layers.
  • FIG. 11A shows first and second impedance converters 1121 and 1122 with a vertical via 1130 as the center.
  • one impedance converter is disposed on one side of the vertical via 1130 .
  • the ⁇ /4 converter according to the present specification may be three or more multi-stage converters as shown in FIG. 11( b ).
  • the load impedances Z L , R L do not become directly 50 ohms through a single transformer, but are converted through a plurality of impedance converters disposed in the middle.
  • the vertical via 1130 having a load impedance Z L has a characteristic impedance of 50 ohm through a plurality of impedance converters 1121-1 to 1121-3. It can be impedance-converted to Z 0 .
  • the number of the plurality of impedance converters is not limited to three, but may be composed of two or more arbitrary multi-stage impedance converters.
  • each impedance converter may be referred to as a first impedance converter and a second impedance converter.
  • the impedance may be converted into about 40 ohms through the vertical via 1130 having a load impedance of about 30 ohms and the first impedance converter, and then into 50 ohms again through the second impedance converter.
  • the number of impedance converters on one side and the other side of the vertical via 1130 may be configured to be different from each other. 8 to 11 , one of the first and second impedance converters 1120a and 1120b may be configured as a single impedance converter. The other of the first and second impedance converters 1120a and 1120b may include two or more multi-stage impedance converters.
  • the first and second transmission lines TL1 and TL2 are positioned on different layers with respect to the vertical via 1130 and are configured to be interconnected through the vertical via 1130 .
  • the first and second transmission lines TL1 and TL2 connect the plurality of via pads VP1, VP2, ..., VPn and the plurality of vertical connections VC1, VC2, ..., VCn-1. It may be configured to be connected through a vertical via 1130 having a
  • the first and second transmission lines TL1 and TL2 may be implemented without an impedance converter, it is necessary to adjust a via tolerance interval with the ground of FIG. 8 for impedance conversion.
  • the first transmission line TL1 is located in different layers with the second transmission lines TL2 and 1120b including the second impedance converter 1122 and the vertical via 1130 as the center, and the vertical via are configured to be interconnected via 1130 .
  • the first transmission line TL1 includes the second transmission lines TL2 and 1120b including the second impedance converter 1122 , the plurality of via pads VP1 , VP2 , ..., VPn, and the plurality of vertical lines. It may be configured to be connected through a vertical via 1130 having connections VC1, VC2, ..., VCn-1.
  • the first transmission line TL1 may be implemented without an impedance converter, it is necessary to adjust a via tolerance interval with the ground of FIG. 8 for impedance conversion.
  • the second impedance converter 1122 which is a ⁇ /4 converter, is used in the second transmission line TL2.
  • the line impedance of the second impedance converter 1122 may be configured as Z 2 as shown in FIG. 11 . Since the impedance distorted by the vertical via 1130 is considered to be lower than Z 0 , Z 2 ⁇ Z 0 should be. Accordingly, the line width of the second impedance converter 1122 is wider than the line width of the second transmission line TL2 . Meanwhile, the line length of the second impedance converter 1122 may be configured to have a length of ⁇ /4 or less.
  • the configuration of FIG. 12B is not limited, and the second transmission line TL2 is connected to the vertical via 1130 without an impedance converter, and the first transmission line TL1 connects the vertical via 1130 through the impedance converter. It can also be connected via
  • a first impedance converter 1121 that is a ⁇ /4 converter may be further added to the first transmission line TL1 . Since it is considered that the impedance of the first impedance converter 1121 of the first transmission line TL1 facing the vertical via 1130 is lower than Z 0 , Z 1 ⁇ Z 0 should be satisfied. Accordingly, the line width of the second impedance converter 1121 is wider than that of the second transmission line TL2 .
  • the length and width of the first impedance converter 1121 used in the first transmission line TL1 are the same as the length and width of the second impedance converter 1122 used in the second transmission line TL2 according to design matters. It may be configured the same or different from each other.
  • the first transmission lines TL1 and 1120a may be configured as micro strip lines
  • the second transmission lines TL2 and 1120b may be configured as strip lines.
  • the effective permittivity of the micro strip line on which the air layer is formed is lower than the effective permittivity of the strip line. Accordingly, the first width W1 of the first transmission lines TL1 and 1120a may be wider than the second width W1 of the second transmission lines TL2 and 1120b.
  • the first impedance converting unit 1121 may include a first width W1 corresponding to the first impedance in the microstrip line and 1/4 of a wavelength corresponding to the operating frequency. It may consist of a first length L1 of a quarter wavelength.
  • the first impedance converter 1121 may be configured to perform impedance matching between a 50 ohm impedance of the first transmission line 1120a and a second impedance at an upper end region of the vertical via 1130 .
  • the second impedance converter 1122 may include a second width W2 corresponding to the third impedance in the strip line and a second length L2 having a quarter wavelength that is 1/4 of a wavelength corresponding to the operating frequency. .
  • the second impedance converter 1122 may be configured to perform impedance matching between a 50 ohm impedance of the second transmission line 1120b and a fourth impedance at a lower end region of the vertical via 1130 .
  • the first width W1 of the first impedance converter 1121 may be wider than a 50 ohm line width of the first transmission line 1120a. Accordingly, the first impedance of the first impedance converter 1121 may be configured to be smaller than 50 ohms.
  • the second width W2 of the second impedance converter 1122 may be wider than the 50 ohm line width of the second transmission line 1120b and narrower than the first width W1 . Accordingly, the second impedance of the second impedance converter 1122 may be configured to be smaller than 50 ohms. Meanwhile, the second impedance of the second impedance conversion unit 1122 may be configured to be larger than the first impedance of the first impedance conversion unit 1121 .
  • one of the first and second transmission lines 1120a and 1120b may be configured only as a transmission line having 50 ohms without an impedance converter.
  • the first transmission line 1120a may be configured only as a transmission line having 50 ohms without an impedance converter.
  • the first width W1 of the first impedance converter 1121 may be configured to be the same as the 50 ohm line width of the first transmission line 1120a.
  • the second width W2 of the second impedance converter 1122 may be configured to be different (wider) from the 50 ohm line width of the second transmission line 1120b.
  • the second transmission line 1120b may be configured only as a transmission line having 50 ohms without an impedance converter.
  • the second width W2 of the second impedance converter 1122 may be configured to be the same as the 50 ohm line width of the second transmission line 1120b.
  • the first width W1 of the first impedance converter 1121 may be configured to be different (wider) from the 50 ohm line width of the first transmission line 1120a.
  • the multilayer impedance conversion structure may be configured as an asymmetric structure including a different number of impedance transducers centering on the vertical via 1130 .
  • FIG. 13A shows a configuration in which impedance conversion is performed through a plurality of impedance conversion units when a microstrip line is connected to a vertical via.
  • FIG. 13B shows a configuration in which impedance conversion is performed through a plurality of impedance conversion units when a strip line is connected to a vertical via.
  • the first transmission line 1120a may be configured to include a first impedance converter 1121 and a third impedance converter 1123 .
  • the first impedance converter 1121 may be connected to the vertical via 1130 and configured to have a first width W1 and a first length L1 .
  • the third impedance converter 1123 may be connected to one end of the first impedance converter 1121 and may be configured to have a third width W3 and a third length L3.
  • the third impedance converter 1123 may be configured to perform impedance conversion between the first impedance converter 1121 and the first transmission line 1120a of 50 ohm impedance.
  • the third width W3 of the third impedance conversion unit 1123 is narrower than the first width W1 of the first impedance conversion unit 1121 and is wider than the 50 ohm line width of the first transmission line 1120a. can be configured.
  • the second transmission line 1120b may be configured to include a second impedance converter 1122 and a fourth impedance converter 1124 .
  • the second impedance converter 1122 may be connected to the vertical via 1130 and configured to have a second width W2 and a second length L2 .
  • the fourth impedance converter 1124 may be connected to one end of the second impedance converter 1122 and may be configured to have a fourth width W4 and a fourth length L4.
  • the fourth impedance converter 1124 may be configured to perform impedance conversion between the second impedance converter 1122 and the second transmission line 1120b having an impedance of 50 ohms.
  • the fourth width W4 of the fourth impedance converter 1124 is narrower than the second width W2 of the second impedance converter 1122 and wider than the 50ohm line width of the second transmission line 1120b. can be configured.
  • the embodiment of FIG. 13A may be combined with the embodiment of FIG. 9 , such that the microstrip line region may include two or more impedance converters, and the stripline region may include one impedance converter.
  • the embodiment of FIG. 13A may be combined with the embodiment of FIG. 9 so that the microstrip line region may include two or more impedance converters and the stripline region may also include two impedance converters.
  • the embodiment of FIG. 13B may be combined with the embodiment of FIG. 9 , such that the stripline region may include two or more impedance converters and the microstripline region may include one impedance converter.
  • FIG. 14A shows a structure in which vertical vias are spaced apart from each other at the same distance as a ground layer in the multilayer impedance conversion structure according to the present specification.
  • 14B illustrates a structure in which vertical vias are spaced apart from a ground layer at different intervals in each layer in the multilayer impedance transformation structure according to the present specification.
  • the vertical via 1130 connects the micro strip line TL1 disposed on the uppermost layer L1 of the multi-layer substrate and the strip line TL2 disposed inside the multi-layer substrate. It may be configured to connect vertically.
  • the vertical via 1130 may be configured to include a plurality of via pads VP1 , VP2 , ..., VPn and a plurality of vertical connections VC1 , VC2 , ..., VCn-1.
  • Each of the plurality of via pads VP1 , VP2 , ..., VPn disposed on different layers L1 to Ln has a predetermined width and respective ground G1 , G2 , ..., Gn disposed on the same layer.
  • the gap GA may be formed.
  • a distance from the center of the vertical via 1130 to each ground G1 , G2 , ..., Gn disposed on each layer may be defined as a gap.
  • the gap distance from the center of the vertical via 1130 to each ground G1 , G2 , ..., Gn may be the same for each layer.
  • FIG. 14B shows a modified design structure of a via gap for preventing impedance distortion by the vertical via 1130 .
  • a multilayer impedance conversion structure including a feed line and a via is for connecting one or more transmission lines TL1 and TL2 located in different layers.
  • the multilayer impedance conversion structure further adds a vertical via 1130 for physically connecting one or more transmission lines TL1, TL2 located and ground layers G1, G2, ..., n adjacent to the vertical via 1130. is configured to include
  • the vertical via 1130 not connected to the transmission line may be regarded as having only a via pad and a vertical connection portion.
  • the vertical via 1130 having only a via pad and a vertical connection portion may be configured as a ground via connected to the ground.
  • it may be configured to be directly connected to an arbitrary point of the antenna and the vertical via 1130 without being impedance converted into a 50 ohm line.
  • the vertical via 1130 and the second transmission line TL2 may not be connected, but may be directly connected to the lower antenna 1100L.
  • each of the plurality of via pads VP1 , VP2 , ..., VPn has a gap at the same distance as the respective ground G1 , G2 , ..., Gn disposed on the same layer. can be spaced apart from each other.
  • each of the plurality of via pads VP1 , VP2 , ..., VPn and each of the ground G1 , G2 , ..., Gn disposed on the same layer and each other It may be arranged to form a gap of another predetermined width.
  • the impedance may be adjusted by forming the gap gaps, ie, GA1 and GA2, that exist in each layer to have different sizes.
  • GA1 denotes a via gap with the ground of each of the transmission lines TL1 and TL2.
  • GA2 denotes a via gap between the ground and the vertical via 1130 disposed in a vertical region between each of the transmission lines TL1 and TL2.
  • the plurality of via gaps GA1 and GA2 existing in each layer may be different from each other.
  • the relationship between GA1 and GA2 may be set as GA1 ⁇ GA2, but is not limited thereto.
  • the gap of the layer in which the first and second transmission lines TL1 and TL2 are disposed may be configured to be GA1, and the gap interval may be configured to further increase to GA2 in the multilayer substrate.
  • a ground layer may be disposed horizontally adjacent to the vertical via 1130 above and below the second transmission line TL2 to form a strip line over the entire length in the horizontal direction.
  • gap intervals of different predetermined widths are not limited to the configuration of FIG. 14B .
  • the gap of the layer in which the first and second transmission lines TL1 and TL2 are disposed may be configured to be GA2, and the gap spacing may be further reduced to GA1 in the multilayer substrate. Accordingly, the characteristic impedance of the vertical via 1130 in the multi-layer substrate may be decreased and the characteristic impedance of the vertical via 1130 may be increased in the upper or lower portion of the multi-layer substrate.
  • GA3 denotes a distance between the via gaps formed on opposite sides of GA1 and GA2 with respect to the vertical via 1130 .
  • the via gap deformation design structure of FIG. 14B may be used with the ⁇ /4 converter structure of the various embodiments of FIGS. 12A-12C . 8, 9, 12A to 12C, and 14B, each of the plurality of via pads VP1, VP2, ..., VPn disposed on different layers has a respective ground ( It may be arranged to form a gap having a predetermined width different from that of G1, G2, J, Gn).
  • at least one of the first impedance converter 1120a and the second impedance converter 1120b may be implemented with a line width of 50 ohms. Accordingly, by implementing at least one of the first and second transmission lines TL1 and TL2 without an impedance converter, the length of the transmission line may be reduced. Accordingly, it is possible to minimize the line loss of the transmission line in a high frequency band such as the mmWave band.
  • FIG. 15A shows the impedance change of the first structure of the feed line interconnected by vertical vias and the second structure including the multilayer impedance converter on a Smith chart.
  • FIG. 15B shows the return loss and the transmission loss according to the frequency change of the first structure and the second structure of FIG. 15A .
  • the first structure is a structure in which the first and second transmission lines TL1 and TL2 are interconnected by a vertical via 1130 without an impedance converter.
  • the second structure as shown in FIG. 12C , the first and second transmission lines TL1 and TL2 are interconnected by the first and second impedance converters 1121 and 1122 with the vertical via 1130 as the center. am.
  • the impedance characteristic of the first structure is significantly spaced apart from the center corresponding to 50 ohm.
  • the first structure is a structure in which only a feed line including the first and second transmission lines TL1 and TL2 and a vertical via 1130 are present.
  • the impedance characteristic of the second structure is disposed at the center corresponding to 50 ohms, and there is little change according to the frequency change.
  • the second structure is a structure in which the first and second transmission lines TL1 and TL2 are connected by first and second impedance converters 1121 and 1122 having different line widths based on the vertical via 1130 .
  • FIG. 15B (a) shows reflection loss according to frequency change of the first structure and the second structure of FIG. 15A .
  • the return loss for each frequency of the (i) first structure of FIG. 15b(a) is maintained at -10dB or less, but has a value of -15dB or more.
  • the return loss for each frequency of the (ii) second structure of FIG. 15B(a) has a value of -20 dB or less in the band of 57 to 70 GHz. Therefore, in the case of the return loss corresponding to S11, when the multilayer impedance conversion structure according to the present specification is used, there is a performance improvement effect of about 10 dB or more in a band of 57 to 70 GHz.
  • FIG. 15B(b) shows transmission loss according to a change in frequency of the first structure and the second structure of FIG. 15A.
  • the transmission loss for each frequency of the (i) first structure of FIG. 15b(b) has a value of -0.5 dB or more.
  • the frequency-specific transmission loss of the second structure (ii) of FIG. 15B(b) has a value of about 0.2 in the band of 57 to 70 GHz. Therefore, when the multilayer impedance conversion structure according to the present specification is used, there is a performance improvement effect in that the transmission loss corresponding to S21 in the band of 57 to 70 GHz is reduced by more than half.
  • the multilayer impedance conversion structure according to the present specification may be configured such that a plurality of ports of the RFIC are connected to a plurality of antenna elements.
  • FIG. 16A shows a configuration in which a plurality of ports of an RFIC are connected to a plurality of antenna elements.
  • FIG. 16B shows a side view in which an RFIC is connected to a plurality of antenna elements on a multilayer substrate.
  • the line lengths of the first antenna 1100a far from the RFIC 1250 and the second antenna 1100b close to the RFIC are different.
  • the length La of the first microstrip line of the first antenna 1100a may be longer than the length Lb of the microstrip line of the second antenna 1100b.
  • the first antenna 1100a and the second antenna 1100b of FIG. 16 are illustrated as side antennas, the present invention is not limited thereto, and a configuration for adjusting the line length may be applied to the lower antenna or the upper antenna.
  • the length (La) of the first microstrip line of the first antenna 1100a having a longer overall line length to minimize the phase difference between the signals applied to the first antenna 1100a and the second antenna 1100b make it longer. Accordingly, the line loss of the entire line of the first antenna 1100a can be reduced and the phase difference with the second antenna 1100b can be reduced.
  • the effective permittivity becomes lower than that of the structure in which the dielectric is disposed on the upper and lower portions. Accordingly, an electrical length of an RF signal traveling through a feed line implemented as a microstrip line is shorter than an electrical length of an RF signal traveling through a feed line implemented as a stream line. Accordingly, compared to the physical length difference between the first antenna 1100a and the second antenna 1100b, the electrical length difference is reduced.
  • the antenna module 1100 is configured to include a first antenna 1100a and a second antenna 1100b disposed further from the transceiver circuit 1250 than the first antenna 1100a.
  • the transceiver circuit 1250 is connected to the first antenna 1100a through the first micro strip line MSL1 and the first strip line SL1 .
  • the transceiver circuit 1250 is connected to the second antenna 1100b through the second micro-strip line MSL2 and the second strip line SL2.
  • the length of the second micro-strip line MSL2 may be longer than the length of the first micro-strip line MSL1. Accordingly, a difference between the length from the transceiver circuit 1250 to the first antenna 1110a and the length from the transceiver circuit 1250 to the second antenna 1110b may be compensated. Accordingly, compared to the physical length difference between the first antenna 1100a and the second antenna 1100b, the electrical length difference is reduced.
  • the first antenna 1100a and the second antenna 1100b may refer to different antenna elements in the array antenna.
  • the first antenna 1100a and the second antenna 1100b may refer to antenna elements constituting different array antennas.
  • the electronic device may be configured to perform beamforming as shown in FIG. 3B through an array antenna. Meanwhile, the electronic device may use a plurality of array antennas to communicate with a plurality of electronic devices as shown in FIGS. 4 and 6 or perform multiple input/output (MIMO).
  • MIMO multiple input/output
  • the first antenna 1100a and the second antenna 1100b configured of different antenna elements in the array antenna may partially compensate for the difference in physical distance from the RFIC 1250 by making the length of the microstrip line different. .
  • phase difference may still occur from the RFIC 1250 to the first and second antennas 1100a and 1100b.
  • phase values of a phase shifter in each of the antennas 1100a and 1100b may be adjusted to control the phases of signals applied to each of the antennas 1100a and 1100b to be the same.
  • the upper antenna 1100U, the lower antenna 1100L, or the side antenna 1100S of FIG. 8 disclosed herein may be configured as an array antenna.
  • the beam direction may be directed toward the center direction.
  • the beam direction oriented toward the center may be the first beam B1 or the second beam B2 direction of FIG. 18 .
  • beam forming may be performed so that the beam direction is tilted from the center direction to a predetermined direction by changing the phase of the signal applied to each element of each array antenna.
  • the transceiver circuit 1250 may control the phase shifter to change the phase of the signal applied to each antenna element. Accordingly, the direction of the beam-formed signal may be changed by a predetermined angle in the direction of the first beam B1 or the second beam B2 of FIG. 18 . Accordingly, as shown in FIG. 3B , beamforming may be performed so that each electronic device radiates a signal in an optimal direction.
  • FIG. 17A shows a structure in which the antenna module 1100 in which the first type antenna and the second type antenna are formed as an array antenna is disposed in the electronic device 1000 .
  • 17B is an enlarged view of a plurality of array antenna modules.
  • the array antenna is a first array antenna module 1100-1 and a second array antenna module disposed to be spaced apart from each other by a predetermined distance in a first horizontal direction to the first array antenna module 1100-1 and the first array antenna module 1100-1. (1100-2) may be included. Meanwhile, the number of array antennas is not limited to two, but may be implemented as three or more as shown in FIG. 17B . Accordingly, the array antenna may be configured to include the first array antenna module 1100-1 to the third array antenna module 1100-3. For example, at least one of the first array antenna module 1100-1 and the third array antenna module 1100-3 is disposed on the side of the antenna module 1100 to form a beam in the lateral direction B3. can
  • the first array antenna module 1100-1 and the third array antenna module 1100-3 is disposed on the front surface of the antenna module 1100 to form a beam in the front direction B1.
  • the first and second beams may be formed in the front direction B1 using the first arrayed antenna module 1100-1 and the second arrayed antenna module 1100-2, respectively.
  • the processor 1400 corresponding to the modem of FIG. 5C transmits the first beam and the second beam in the first direction and the second direction, respectively, using the first and second array antenna modules 1100-1 and 1100-2, respectively. can be controlled to form. That is, the first beam may be formed in the first direction in the horizontal direction by using the first array antenna module 1100-1.
  • a second beam may be formed in a second direction in a horizontal direction using the second array antenna module 1100 - 2 .
  • the processor 1400 may perform multiple input/output (MIMO) using the first beam in the first direction and the second beam in the second direction.
  • MIMO multiple input/output
  • the processor 1400 may form a third beam in a third direction using the first and second array antenna modules 1100-1 and 1100-2.
  • the processor 1400 may control the transceiver circuit 1250 to synthesize signals received through the first and second array antenna modules 1100-1 and 1100-2.
  • the processor 1400 may control the signals transmitted to the first and second array antenna modules 1100-1 and 1100-2 through the transceiver circuit 1250 to be distributed to each antenna element.
  • the processor 1400 may perform beamforming using a third beam having a narrower beam width than the first beam and the second beam.
  • the processor 1400 performs multiple input/output (MIMO) using the first beam in the first direction and the second beam in the second direction, and a third beam having a narrower beam width than the first and second beams.
  • MIMO multiple input/output
  • the processor 1400 performs multiple input/output (MIMO) using the first beam in the first direction and the second beam in the second direction, and a third beam having a narrower beam width than the first and second beams.
  • MIMO multiple input/output
  • the number of elements of the array antenna is not limited to two, three, four, or the like as shown.
  • the number of elements of the array antenna is expandable to 2, 4, 8, 16, and the like.
  • the array antenna may be configured as a 1x2, 1x3, 1x4, 1x5, or 1x8 array antenna.
  • FIG. 18 shows an antenna module coupled in a different coupling structure at a specific location of an electronic device according to embodiments.
  • the antenna module 1100 may be disposed in a lower region of the display 151 to be substantially horizontal with the display 151 . Accordingly, the beam B1 may be generated in a downward direction of the electronic device through the monopole radiator. Meanwhile, another beam B2 may be generated in the front direction of the electronic device through the patch antenna.
  • the antenna module 1100 may be disposed in a region below the display 151 to be substantially perpendicular to the display 151 . can be placed. Accordingly, the beam B2 may be generated in the front direction of the electronic device through the monopole radiator. Meanwhile, another beam B1 may be generated in a downward direction of the electronic device through the patch antenna.
  • the antenna module 1100 may be disposed inside the rear case 1001 corresponding to the mechanical structure. It may be disposed substantially parallel to the display 151 inside the rear case 1001 . Accordingly, the beam B2 may be generated in a downward direction of the electronic device through the monopole radiator. Meanwhile, another beam B3 may be generated in the rear direction of the electronic device through the patch antenna.
  • the antenna module 1100 disclosed herein includes an antenna element operating in a 60 GHz band, such as a patch radiator, a monopole radiator, a dipole radiator, and any radiator radiating in the upper/lower direction or the lateral direction of the multilayer substrate.
  • the antenna module 1100 may include an antenna element and transmission lines 1120a and 1120b connecting the RFIC 1250 and the antenna element. Meanwhile, a frequency band of a signal radiated through the antenna element and a signal transmitted through the transmission lines 1120a and 1120b may be changed according to applications.
  • the antenna module 1100 may be configured such that a bandwidth (BW) of 13 GHz or more in a 60 GHz band.
  • BW bandwidth
  • the frequency band used is 57 to 70 GHz, because the bandwidth is wide.
  • the antenna module having a multilayer impedance conversion structure can achieve the above object through the following solutions.
  • the antenna module 1100 of FIGS. 1 to 18 disclosed herein is characterized in that it is integrated.
  • a transmission line is implemented using vias and via pads used in the PCB process, and an antenna is placed on the top, bottom or side of the PCB to integrate the multi-layered PCB with the antenna element. can be formed with
  • the antenna module 1100 disclosed herein is It is configured to include first transmission lines TL1 and 1120a , second transmission lines TL2 and 1120b , and a vertical via 1130 .
  • the first transmission lines TL1 and 1120a may be disposed on the first layer of the antenna module 1100 and may be configured to be electrically connected to the transceiver circuit 1250 .
  • the second transmission lines TL2 and 1120b may be disposed on the second layer of the antenna module 1100 and may be configured to be electrically connected to the antennas 1100U, 1100S, and 1100L.
  • the vertical via 1130 may be configured to vertically connect the first transmission lines TL1 and 1120a and the second transmission lines TL2 and 1120b.
  • the first impedance converter 1121 of the first transmission lines TL1 and 1120a connected to the vertical via 1130 may be configured to have a first width W1 and a first length L1 .
  • the second impedance converter 1122 of the second transmission lines TL2 and 1120b connected to the vertical via 1130 may be configured to have a second width W2 and a second length L2 .
  • the width and length of the first and second impedance converters 1121 and 1122 composed of the micro strip line and the strip line having a multilayer impedance structure of the antenna module 1100 may be configured within a predetermined range. Accordingly, it is possible to maintain electrical performance in the mmWave band to minimize line loss while maintaining the bandwidth characteristics of the multilayer impedance structure.
  • first transmission lines TL1 and 1120a may be configured as micro strip lines in which an air layer is formed without a dielectric on an upper portion of a conductive line disposed on a dielectric.
  • the second transmission lines TL2 and 1120b may be configured as strip lines in which dielectrics are disposed above and below the conductive lines, respectively.
  • the ratio (L1/L2) of the first length L1 of the first impedance converter 1121 to the second length L2 of the second impedance converter 1122 may be set in a range of 0.45 to 1.35.
  • the ratio (W2/W1) of the first width W1 of the first impedance conversion unit 1121 and the second width w2 of the second impedance conversion unit 1122 is set in a range between 0.32 and 0.71.
  • an antenna module having a multilayer impedance conversion structure operating in a millimeter wave band and an electronic device including the same have been described.
  • Technical effects of an antenna module having a multilayer impedance conversion structure operating in such a millimeter wave band and an electronic device including the same will be described as follows.
  • an antenna module capable of disposing all the feeders using a small number of layers in a space where it is difficult to arrange all of the feeders.
  • a feed line is connected to all antennas of the mmWave antenna module with extended coverage by minimizing bypass paths, thereby minimizing line loss.
  • both the performance of the return loss (S11) and the performance of the transmission loss (S21) may be improved through impedance matching of the feeder in a broadband of the millimeter wave band.
  • impedance matching characteristics of an antenna element electrically connected to a power supply line inside a multi-layered board type PCB may be improved by configuring different types of impedance conversion units around vertical vias.
  • an impedance converter is formed on at least one side while connecting the micro strip line and the transmission line composed of the strip line with a vertical via, thereby minimizing line loss while performing impedance matching.
  • the computer-readable medium includes all kinds of recording devices in which data readable by a computer system is stored.
  • Examples of computer-readable media include Hard Disk Drive (HDD), Solid State Disk (SSD), Silicon Disk Drive (SDD), ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, etc.
  • HDD Hard Disk Drive
  • SSD Solid State Disk
  • SDD Silicon Disk Drive
  • ROM Read Only Memory
  • RAM compact disc-read only memory
  • CD-ROM Compact Disk
  • magnetic tape floppy disk
  • optical data storage device etc.
  • carrier wave eg, transmission over the Internet
  • the computer may include a control unit of the terminal. Accordingly, the above detailed description should not be construed as restrictive in all respects but as exemplary. The scope of the present specification should be determined by a reasonable interpretation of the appended claims, and all modifications within the equivalent scope of the present specification are included in the scope of this specification.

Landscapes

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Abstract

실시 예에 따른 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기가 제공된다. 상기 전자 기기는 다층 기판(multi-layer substrate)으로 구성된 상기 안테나 모듈에 배치되는 송수신부 회로(transceiver circuit); 상기 안테나 모듈의 제1 레이어에 배치되고, 상기 송수신부 회로와 전기적으로 연결되도록 구성된 제1 전송 선로(transmission line); 상기 안테나 모듈의 제2 레이어에 배치되고, 안테나와 전기적으로 연결되도록 구성된 제2 전송 선로; 및 상기 제1 전송 선로와 상기 제2 전송 선로를 수직하게 연결하도록 구성된 수직 비아(vertical via)를 포함하고, 상기 수직 비아와 연결되는 상기 제1 및 제2 전송 선로 중 적어도 하나는 임피던스 변환부를 구비한다.

Description

다층 임피던스 변환부를 구비한 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기
본 명세서는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기에 관한 것이다. 특정 구현은 다층 임피던스 변환부를 구비한 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기에 관한 것이다.
전자기기(electronic devices)의 기능이 다양화됨에 따라 음악이나 동영상 파일의 재생, 게임, 방송의 수신 등의 복합적인 기능들을 갖춘 멀티미디어 기기(Multimedia player)와 같은 영상표시장치로 구현될 수 있다.
영상표시장치는 영상 컨텐츠를 재생하는 기기로서, 다양한 소스로부터 영상을 수신하여 재생한다. 영상표시장치는 PC(Personal Computer), 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북, TV 등 다양한 기기로 구현된다. 스마트 TV 등과 같은 영상표시장치에서 웹 브라우저와 같은 웹 컨텐츠 제공을 위한 어플리케이션을 제공할 수 있다.
이러한 영상표시장치와 같은 전자 기기가 주변의 전자 기기와 통신을 수행하기 위해, 안테나를 포함하는 통신 모듈이 구비될 수 있다. 한편, 최근 영상표시장치의 디스플레이 영역이 확장됨에 따라 안테나를 포함하는 통신 모듈의 배치 공간이 감소하게 된다. 이에 따라, 통신 모듈이 구현되는 다층 회로 기판 내부에 안테나를 배치할 필요성이 증가하고 있다.
한편, 전자 기기 간에 통신 서비스를 위한 인터페이스로 WiFi 무선 인터페이스가 고려될 수 있다. 이러한 WiFi 무선 인터페이스를 이용하는 경우, 전자 기기 간에 고속 데이터 전송을 위해 밀리미터파 대역(mmWave)을 이용할 수 있다. 특히, 802.11ay와 같은 무선 인터페이스를 이용하여 전자 기기 간에 고속 데이터 전송이 가능하다.
이와 관련하여, 밀리미터파(mmWave) 대역에서 동작할 수 있는 배열 안테나는 안테나 모듈 내에 실장될 수 있다. 하지만, 이러한 안테나 모듈에 배치되는 안테나와 송수신부 회로와 같은 전자 부품은 전기적으로 연결되도록 구성된다. 이와 관련하여, 서로 다른 레이어에 배치되는 전자 부품들은 다층 구조의 전송 선로로 전기적으로 연결될 수 있고, 이에 따라 수직 비아 구조가 형성될 수 있다.
밀리미터파(mmWave) 대역과 같은 높은 주파수 대역에서 수직 비아 구조에 의해 전송 선로 간 임피던스 부정합과 라인 손실이 크게 발생할 수 있다는 문제점이 있다. 또한, 다층 기판 내에 복수의 안테나들이 배치되는 경우 전송 선로 간 중첩을 회피하기 위해 전송 선로의 우회 경로 형성에 따라 라인 손실이 크게 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
본 명세서는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 밀리미터파 대역에서 동작하는 다층 임피던스 변환부를 구비한 안테나 모듈 및 이를 구비하는 전자 기기를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 밀리미터파 대역의 배열 안테나를 구성하는 복수의 안테나 소자들을 급전하는 복수의 급전선의 우회 경로 형성에 따른 라인 손실이 증가하는 문제점을 해결하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 다층 기판 형태의 PCB에 배치되는 RFIC와 안테나 소자 간의 다층 임피던스 변환 구조를 통해 수직 비아에 의한 임피던스 부정합이 증가하는 문제점을 해결하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 다층 기판 형태의 PCB 내부의 급전 라인과 전기적으로 연결되는 안테나 소자의 임피던스 매칭 특성을 향상시킬 수 있는 광대역 급전 라인 구조를 제공하기 위한 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 실시 예에 따른 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기가 제공된다. 상기 전자 기기는 다층 기판(multi-layer substrate)으로 구성된 상기 안테나 모듈에 배치되는 송수신부 회로(transceiver circuit); 상기 안테나 모듈의 제1 레이어에 배치되고, 상기 송수신부 회로와 전기적으로 연결되도록 구성된 제1 전송 선로(transmission line); 상기 안테나 모듈의 제2 레이어에 배치되고, 안테나와 전기적으로 연결되도록 구성된 제2 전송 선로; 및 상기 제1 전송 선로와 상기 제2 전송 선로를 수직하게 연결하도록 구성된 수직 비아(vertical via)를 포함하고, 상기 수직 비아와 연결되는 상기 제1 및 제2 전송 선로 중 적어도 하나는 임피던스 변환부를 구비한다.
실시 예에서, 상기 수직 비아와 연결되는 상기 제1 전송 선로의 제1 임피던스 변환부는 제1 너비(W1)와 제1 길이(L1)를 갖도록 구성되고, 상기 수직 비아와 연결되는 상기 제2 전송 선로의 제2 임피던스 변환부는 제2 너비(W2)와 제2 길이(L2)를 갖도록 구성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 제1 전송 선로는 유전체 상에 배치되는 도전 라인(conductive line)의 상부에 유전체 없이 공기 층(air layer)이 형성되는 마이크로 스트립 라인으로 구성되고, 상기 제2 전송 선로는 도전 라인의 상부와 하부에 각각 유전체가 배치되는 스트립 라인으로 구성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 제1 임피던스 변환부의 상기 제1 길이(L1)와 상기 제2 임피던스 변환부의 상기 제2 길이(L2)의 비율 (L1/L2)은 0.45 내지 1.35 사이의 범위로 설정될 수 있다.
실시 예에서, 상기 제1 임피던스 변환부의 상기 제1 너비(W1)와 상기 제2 임피던스 변환부의 상기 제2 너비(w2)의 비율 (W2/W1)은 0.32 내지 0.71 사이의 범위로 설정될 수 있다.
실시 예에서, 상기 제1 임피던스 변환부는 상기 마이크로 스트립 라인에서 제1 임피던스에 해당하는 상기 제1 너비(W1)와 동작 주파수에 해당하는 파장의 1/4인 4반파장(quarter wavelength)의 상기 제1 길이(L1)로 구성되고, 상기 제1 전송 선로의 50ohm 임피던스와 상기 수직 비아의 상단부(upper end region)에서의 제2 임피던스 사이의 임피던스 매칭을 수행하도록 구성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 제2 임피던스 변환부는 상기 스트립 라인에서 제3 임피던스에 해당하는 상기 제2 너비(W2)와 동작 주파수에 해당하는 파장의 1/4인 4반파장의 상기 제2 길이(L2)로 구성되고, 상기 제2 전송 선로의 50ohm 임피던스와 상기 수직 비아의 하단부(lower end region)에서의 제4 임피던스 사이의 임피던스 매칭을 수행하도록 구성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 제1 임피던스 변환부의 상기 제1 너비(W1)는 상기 제1 전송 선로의 50ohm 선폭(line width)보다 더 넓게 구성되고, 상기 제2 임피던스 변환부의 상기 제2 너비(W2)는 상기 제2 전송 선로의 50ohm 선폭(line width)보다 더 넓고 상기 제1 너비(W1)보다 더 좁게 구성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 제1 임피던스 변환부의 상기 제1 너비(W1)는 상기 제1 전송 선로의 50ohm 선폭과 동일하게 구성되고, 상기 제2 임피던스 변환부의 상기 제2 너비(W2)는 상기 제2 전송 선로의 50ohm 선폭과 다르게 구성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 제2 임피던스 변환부의 상기 제2 너비(W2)는 상기 제2 전송 선로의 50ohm 선폭과 동일하게 구성되고, 상기 제1 임피던스 변환부의 상기 제1 너비(W1)는 상기 제1 전송 선로의 50ohm 선폭과 다르게 구성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 제1 전송 선로는 상기 수직 비아와 연결되고, 제1 너비(W1)와 제1 길이(L1)를 갖도록 구성되는 상기 제1 임피던스 변환부; 및 상기 제1 임피던스 변환부의 일 단부와 연결되고, 제3 너비(W3)와 제3 길이(L3)를 갖도록 구성되어, 상기 제1 임피던스 변환부와 50ohm 임피던스의 상기 제1 전송 선로 간의 임피던스 변환을 수행하는 제3 임피던스 변환부를 포함할 수 있다. 상기 제3 너비(W3)는 제1 너비(W1)보다 더 좁고 상기 제1 전송 선로의 50ohm 선폭보다 더 넓게 구성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 제2 전송 선로는 상기 수직 비아와 연결되고, 제2 너비(W2)와 제2 길이(L2)를 갖도록 구성되는 상기 제2 임피던스 변환부; 및 상기 제2 임피던스 변환부의 일 단부와 연결되고, 제4 너비(W4)와 제4 길이(L4)를 갖도록 구성되어, 상기 제2 임피던스 변환부와 50ohm 임피던스의 상기 제2 전송 선로 간의 임피던스 변환을 수행하는 제4 임피던스 변환부를 포함할 수 있다. 상기 제4 너비(W4)는 제2 너비(W2)보다 더 좁고 상기 제2 전송 선로의 50ohm 선폭보다 더 넓게 구성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 안테나는 상기 제2 전송 선로와 제2 수직 비아를 통해 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 상기 안테나는 상기 안테나 모듈의 하부 방향(lower direction)으로 신호를 방사하도록 구성되는 하부 안테나(lower antenna)인 것을 특징으로 한다.
실시 예에서, 상기 수직 비아는 상기 다층 기판의 최 상부 층에 배치된 상기 마이크로 스트립 라인과 상기 다층 기판의 내부에 배치된 스트립 라인을 수직하게 연결하도록 복수의 비아 패드와 복수의 수직 연결부를 포함할 수 있다. 서로 다른 레이어에 배치된 상기 복수의 비아 패드 각각은 동일한 레이어에 배치되는 각각의 그라운드와 소정 너비의 갭이 형성되도록 배치될 수 있다.
실시 예에서, 상기 서로 다른 레이어에 배치된 상기 복수의 비아 패드 각각은 동일한 레이어에 배치되는 각각의 그라운드와 서로 다른 소정 너비의 갭이 형성되도록 배치될 수 있다. 상기 제1 임피던스 변환부 및 상기 제2 임피던스 변환부 중 적어도 하나는 50ohm 선폭으로 구현될 수 있다.
실시 예에서, 상기 안테나 모듈은 상기 하부 안테나; 상기 다층 기판 내부에 배치되고, 상기 다층 기판의 측면 방향(side direction)으로 신호를 방사하도록 구성된 측면 안테나(side antenna); 및 상기 측면 안테나보다 상기 다층 기판의 내측에 배치되고, 서로 다른 그라운드 레이어를 수직하게 연결하도록 구성된 그라운드 비아 월을 더 포함할 수 있다.
실시 예에서, 상기 그라운드 비아 월은 상기 측면 안테나가 방사하는 신호의 측면 방향으로의 지향성이 개선되도록 상기 측면 안테나보다 상기 다층 기판의 내측에 배치되는 복수의 레이어로 구성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 안테나 모듈은 제1 안테나 및 상기 제1 안테나보다 상기 송수신부 회로에서 더 멀리 배치된 제2 안테나를 포함할 수 있다. 상기 송수신부 회로는 제1 마이크로 스트립 라인 및 제1 스트립 라인을 통해 상기 제1 안테나와 연결되고, 제2 마이크로 스트립 라인 및 제2 스트립 라인을 통해 상기 제2 안테나와 연결되도록 구성될 수 있다. 상기 제2 마이크로 스트립 라인의 길이가 상기 제1 마이크로 스트립 라인의 길이보다 더 길게 구성될 수 있다. 따라서, 상기 송수신부 회로에서 상기 제1 안테나까지의 길이와 상기 송수신부 회로에서 상기 제2 안테나까지의 길이 차이를 보상할 수 있다.
본 명세서의 다른 양상에 따른 안테나 모듈은 상기 안테나 모듈의 제1 레이어에 배치되고, 송수신부 회로와 전기적으로 연결되도록 구성된 제1 전송 선로(transmission line); 상기 안테나 모듈의 제2 레이어에 배치되고, 안테나와 전기적으로 연결되도록 구성된 제2 전송 선로; 및 상기 제1 전송 선로와 상기 제2 전송 선로를 수직하게 연결하도록 구성된 수직 비아(vertical via)를 포함한다.
실시 예에서, 상기 수직 비아와 연결되는 상기 제1 전송 선로의 제1 임피던스 변환부는 제1 너비(W1)와 제1 길이(L1)를 갖도록 구성되고, 상기 수직 비아와 연결되는 상기 제2 전송 선로의 제2 임피던스 변환부는 제2 너비(W2)와 제2 길이(L2)를 갖도록 구성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 제1 전송 선로는 유전체 상에 배치되는 도전 라인(conductive line)의 상부에 유전체 없이 공기 층(air layer)이 형성되는 마이크로 스트립 라인으로 구성되고, 상기 제2 전송 선로는 도전 라인의 상부와 하부에 각각 유전체가 배치되는 스트립 라인으로 구성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 제1 임피던스 변환부의 상기 제1 길이(L1)와 상기 제2 임피던스 변환부의 상기 제2 길이(L2)의 비율 (L1/L2)은 0.45 내지 1.35 사이의 범위로 설정될 수 있다.
실시 예에서, 상기 제1 임피던스 변환부의 상기 제1 너비(W1)와 상기 제2 임피던스 변환부의 상기 제2 너비(w2)의 비율 (W2/W1)은 0.32 내지 0.71 사이의 범위로 설정될 수 있다.
이와 같은 밀리미터파 대역에서 동작하는 다층 임피던스 변환 구조를 구비하는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
실시 예에 따르면, 급전선이 모두 배치되기 어려운 공간에서 적은 개수의 레이어를 사용하여 모든 급전선들을 배치할 수 있는 안테나 모듈을 제공할 수 있다.
실시 예에 따르면, 커버리지를 확장시킨 mmWave 안테나 모듈의 모든 안테나에 급전선을 우회 경로를 최소화하여 연결시켜, 라인 손실을 최소화할 수 있다.
실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역의 광대역에서 급전선의 임피던스 정합을 통해 반사손실(S11) 성능과 전달손실(S21) 성능을 모두 향상시킬 수 있다.
실시 예에 따르면, 수직 비아를 중심으로 서로 다른 형태의 임피던스 변환부를 구성하여, 다층 기판 형태의 PCB 내부의 급전 라인과 전기적으로 연결되는 안테나 소자의 임피던스 매칭 특성을 향상시킬 수 있다.
실시 예에 따르면, 마이크로 스트립 라인 및 스트립 라인으로 구성된 전송 선로 간을 수직 비아로 연결하면서 적어도 일 측에 임피던스 변환부를 형성하여, 임피던스 정합을 수행하면서 라인 손실을 최소화할 수 있다.
실시 예에 따르면, 서로 다른 레이어의 전송 선로 간을 연결하는 수직 비아와 인접 그라운드 간의 갭 간격을 조절하여, 임피던스 정합을 수행하면서 라인 손실을 최소화할 수 있다.
본 명세서의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 명세서의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 명세서의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 명세서의 일실시예에 따른 영상표시기기를 포함한 전체 무선 AV 시스템의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 명세서에 따른 무선 인터페이스를 지원하는 전자 기기들의 상세 구성을 나타낸다.
도 3a는 본 명세서에 따른 RTS (Request to Send) 프레임 및 CTS(Clear to Send) 프레임을 나타낸다.
도 3b는 본 명세서의 일 예시에 따른 통신 시스템(400)의 블록도를 예시한다.
도 4는 일 실시 예에 따른 복수의 안테나 모듈과 복수의 송수신부 회로 모듈이 배치되는 전자 기기를 나타낸다.
도 5a는 본 명세서와 관련하여 배열 안테나 모듈이 배치되는 다층 회로 기판과 RFIC가 연결된 구성을 나타낸다.
도 5b는 서로 다른 방사 방향을 갖는 안테나 구조를 나타낸 개념도이다.
도 5c는 실시 예들에 따른 다층 기판과 메인 기판의 결합 구조를 나타낸 것이다.
도 6은 영상표시기기 하부에 배치되는 복수의 통신 모듈과 해당 통신 모듈의 구성과 전면 방향에 배치되는 다른 통신 모듈과의 통신을 수행하는 개념도이다.
도 7a 및 도 7b는 송수신부 회로(transceiver circuit)에 해당하는 RFIC가 서로 다른 안테나와 연결되는 구성에서 RF 라인 및 전력 라인 간의 배치 구조를 비교한 것이다.
도 8은 본 명세서에 따른 다층 기판으로 구성되는 안테나 모듈의 구성을 나타낸다.
도 9는 본 명세서에서 개시되는 RFIC와 안테나를 연결하는 전송 선로 간 수직 비아 연결을 갖는 임피던스 정합 구조를 나타낸다
도 10a는 제1 및 제2 임피던스 변환부의 길이의 비율 (L1/L2)에 따른 주파수 별 반사 계수 특성을 나타낸다. 또한, 도 10b는 제1 및 제2 임피던스 변환부의 너비의 비율 (W1/W2)에 따른 주파수 별 반사 계수 특성을 나타낸다
도 11은 전술한 문제를 해결하기 위해 본 명세서에서 제안하는 임피던스 변환 구조의 등가 회로를 나타낸다.
도 12a 내지 도 12c는 다양한 실시 예들에 따른 수직 비아에 의해 연결된 전송 선로 구조를 나타낸다.
도 13a는 마이크로 스트립 라인에서 수직 비아로 연결 시 복수의 임피던스 변환부를 통해 임피던스 변환하는 구성을 나타낸다.
도 13b는 스트립 라인에서 수직 비아로 연결 시 복수의 임피던스 변환부를 통해 임피던스 변환하는 구성을 나타낸다.
도 14a는 본 명세서에 따른 다층 임피던스 변환 구조에서 수직 비아가 각 레이어에 그라운드 층과 동일한 간격으로 이격된 구조를 나타낸다.
도 14b는 본 명세서에 따른 다층 임피던스 변환 구조에서 수직 비아가 각 레이어에 그라운드 층과 서로 다른 간격으로 이격된 구조를 나타낸다.
도 15a는 수직 비아에 의해 상호 연결된 급전선의 제1 구조와 다층 임피던스 변환부를 구비한 제2 구조의 임피던스 변화를 스미스 차트(Smith chart) 상에서 나타낸 것이다. 한편, 도 15b는 도 15a의 제1 구조와 제2 구조의 주파수 변화에 따른 반사 손실과 전달 손실을 나타낸 것이다.
도 16a는 RFIC의 복수의 포트들이 복수의 안테나 소자들과 연결된 구성을 나타낸다. 한편, 도 16b는 다층 기판 상에서 RFIC가 복수의 안테나 소자들과 연결된 측면도를 나타낸다.
도 17a는 제1 타입 안테나와 제2 타입 안테나가 배열 안테나로 형성된 안테나 모듈(1100)이 전자 기기(1000)에 배치된 구조를 나타낸다. 도 17b는 복수의 배열 안테나 모듈을 확대한 도면이다.
도 18은 실시 예들에 따른 전자 기기의 특정 위치에서 서로 다른 결합 구조로 결합된 안테나 모듈을 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 명세서의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 설명되는 전자 기기에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 PC(slate PC), 태블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultrabook), 웨어러블 디바이스(wearable device, 예를 들어, 워치형 단말기 (smartwatch), 글래스형 단말기 (smart glass), HMD(head mounted display)) 등이 포함될 수 있다.
그러나, 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 구성은 이동 단말기에만 적용 가능한 경우를 제외하면, 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터, 디지털 사이니지 등과 같은 고정 단말기에도 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 명세서의 일실시예에 따른 영상표시기기를 포함한 전체 무선 AV 시스템의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 영상표시기기(100)는 무선 AV 시스템 (또는 방송 네트워크) 및 인터넷 네트워크와 연결되어 있다. 상기 영상표시기기(100)는 예를 들어, 네트워크 TV, 스마트 TV, HBBTV 등이다.
한편, 영상표시기기(100)는 무선 인터페이스를 통해 무선 AV 시스템 (또는 방송 네트워크)와 무선으로 연결되거나 또는 인터넷 인터페이스를 통해 인터넷 네트워크와 무선 또는 유선으로 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 영상표시기기(100)는 무선 통신 시스템을 통해 서버 또는 다른 전자 기기와 연결되도록 구성될 수 있다. 일 예로, 영상표시기기(100)는 대용량 고속 데이터를 송신 또는 수신하기 위해 밀리미터파 (mmWave) 대역에서 동작하는 802.111 ay 통신 서비스를 제공할 필요가 있다.
mmWave 대역은 10GHz ~ 300GHz의 임의의 주파수 대역일 수 있다. 본원에서 mmWave 대역은 60GHz 대역의 802.11ay 대역을 포함할 수 있다. 또한, mmWave 대역은 28GHz 대역의 5G 주파수 대역 또는 60GHz 대역의 802.11ay 대역을 포함할 수 있다. 5G 주파수 대역은 약 24~43GHz 대역으로 설정되고, 와 802.11ay 대역은 57~70GHz 또는 57~63GHz 대역으로 설정될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 영상표시기기(100)는 무선 인터페이스를 통해 영상표시기기(100) 주변의 전자 기기, 예컨대 셋톱박스 또는 다른 전자 기기와 무선으로 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다. 일 예로, 영상표시기기(100)는 영상표시기기의 전면 또는 하부에 배치되는 셋톱 박스 또는 다른 전자 기기, 예컨대 이동 단말기와 무선 AV 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다.
영상표시기기(100)는 예를 들어, 무선 인터페이스(101b), 섹션 필터(102b), AIT 필터(103b), 어플리케이션 데이터 처리부(104b), 데이터 처리부(111b), 미디어 플레이어(106b), 인터넷 프로토콜 처리부(107b), 인터넷 인터페이스(108b), 그리고 런타임 모듈(109b)을 포함한다.
방송 인터페이스(101b)를 통해, AIT(Application Information Table) 데이터, 실시간 방송 컨텐트, 어플리케이션 데이터, 그리고 스트림 이벤트가 수신된다. 한편, 상기 실시간 방송 컨텐트는, 리니어 에이브이 컨텐트 (Linear A/V Content)로 명명할 수도 있다.
섹션 필터(102b)는, 무선 인터페이스(101b)를 통해 수신된 4가지 데이터에 대한 섹션 필터링을 수행하여 AIT 데이터는 AIT 필터(103b)로 전송하고, 리니어 에이브이 컨텐트는 데이터 처리부(111b)로 전송하고, 스트림 이벤트 및 어플리케이션 데이터는 어플리케이션 데이터 처리부(104b)로 전송한다.
한편, 인터넷 인터페이스(108b)을 통해, 논 리니어 에이브이 컨텐트(Non-Linear A/V Content) 및 어플리케이션 데이터가 수신된다. 논 리니어 에이브이 컨텐트는 예를 들어, COD(Content On Demand) 어플리케이션이 될 수도 있다. 논 리니어 에이브이 컨텐트는, 미디어 플레이어(106b)로 전송되며, 어플리케이션 데이터는 런타임 모듈(109b)로 전송된다.
나아가, 상기 런타임 모듈(109b)은 도 1에 도시된 바와 같이 예를 들어, 어플리케이션 매니저 및 브라우저를 포함한다. 상기 어플리케이션 매니저는, 예컨대 AIT 데이터를 이용하여 인터랙티브 어플리케이션에 대한 라이프 싸이클을 컨트롤 한다. 그리고, 브라우저는, 예컨대 인터랙티브 어플리케이션을 표시하고 처리하는 기능을 수행한다.
이하에서는 전술한 영상표시기기와 같은 전자 기기에서 무선 인터페이스를 제공하기 위한 안테나를 구비하는 통신 모듈에 대해 상세하게 설명한다. 이와 관련하여, 전자 기기 간에 통신을 위한 무선 인터페이스는 WiFi 무선 인터페이스일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 전자 기기 간에 고속 데이터 전송을 위해 802.11 ay 표준을 지원하는 무선 인터페이스가 제공될 수 있다.
802.11 ay 표준은 802.11ad 표준의 스루풋(throughput)을 20Gbps이상으로 올리기 위한 후속 표준이다. 802.11ay 무선 인터페이스를 지원하는 전자 기기는 약 57 내지 64GHz의 주파수 대역을 사용하도록 구성될 수 있다. 802.11 ay 무선 인터페이스는 802.11ad 무선 인터페이스에 대한 backward compatibility를 제공하도록 구성될 수 있다 한편, 802.11 ay 무선 인터페이스를 제공하는 전자 기기는 동일 대역을 사용하는 레거시 기기(legacy device)에 대한 공존성(coexistence)를 제공하도록 구성될 수 있다.
802.11ay 표준의 무선 환경과 관련하여, indoor 환경에서는 10미터 이상의 커버리지를 제공하고, LOS(Line of Sight) 채널 조건의 실외(outdoor) 환경에서 100미터 이상의 커버리지를 제공하도록 구성될 수 있다.
802.11ay 무선 인터페이스를 지원하는 전자 기기는 VR 헤드셋 연결성 제공, 서버 백업 지원, 낮은 지연 속도가 필요한 클라우드 어플리케이션을 지원하도록 구성될 수 있다.
802.11ay의 유스 케이스(use case)인 근접 통신 시나리오인 Ultra Short Range(USR) 통신 시나리오는 두 단말 간의 빠른 대용량 데이터 교환을 위한 모델이다. USR 통신 시나리오는 100msec 이내의 빠른 링크 설정(link setup), 1초 이내의 transaction time, 10cm 미만의 초 근접 거리에서 10 Gbps data rate을 제공하면서, 400mW 미만의 낮은 전력 소모를 요구하도록 구성될 수 있다.
802.11ay의 유스 케이스로, 8K UHD Wireless Transfer at Smart Home Usage Model을 고려할 수 있다. 스마트 홈 사용 모델은 가정에서 8K UHD 콘텐츠를 스트리밍하기 위해 소스 장치와 싱크 장치 간 무선 인터페이스를 고려할 수 있다. 이와 관련하여, 소스 장치는 셋톱 박스, 블루 레이 플레이어, 태블릿, 스마트 폰 중 어느 하나이고, 싱크 장치는 스마트 TV, 디스플레이 장치 중 어느 하나일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 관련하여, 소승 장치 및 싱크 장치 간 거리는 5m 미만의 커버리지에서 비 압축 8K UHD 스트리밍(60fps, 픽셀 당 24 비트, 최소 4:2:2)을 전송하도록 무선 인터페이스가 구성될 수 있다. 이를 위해, 최소 28Gbps의 속도로 데이터가 전자 장치 간에 전달되도록 무선 인터페이스가 구성될 수 있다.
이러한 무선 인터페이스를 제공하기 위해, mmWave 대역에서 동작하는 배열 안테나 및 이를 구비하는 전자 기기와 관련된 실시 예들에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 본 명세서는 본 명세서의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
도 2는 본 명세서에 따른 무선 인터페이스를 지원하는 전자 기기들의 상세 구성을 나타낸다. 도 2는 무선 통신 시스템에서 액세스 포인트(110)(일반적으로, 제1 무선 노드) 및 액세스 단말(120)(일반적으로, 제2 무선 노드)의 블록도를 예시한다. 액세스 포인트(110)는 하향링크에 대해 송신 엔티티 및 업링크에 대해 수신 엔티티이다. 액세스 단말(120)은 상향링크에 대해 송신 엔티티 및 다운링크에 대해 수신 엔티티이다. 본원에 사용된 바와 같이, "송신 엔티티"는 무선 채널을 통해 데이터를 송신할 수 있는 독립적으로 동작되는 장치 또는 디바이스이고, "수신 엔티티"는 무선 채널을 통해 데이터를 수신할 수 있는 독립적으로 동작되는 장치 또는 디바이스이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 도 1의 셋톱박스(STB)가 액세스 포인트(110)이고, 도 1의 전자 기기(100)는 액세스 단말(120)일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 액세스 포인트(110)는 대안적으로, 액세스 단말일 수 있고, 액세스 단말(120)은 대안적으로 액세스 포인트일 수 있음을 이해해야 한다.
데이터를 송신하기 위해, 액세스 포인트(110)는 송신 데이터 프로세서(220), 프레임 구축기(222), 송신 프로세서(224), 복수의 트랜시버들(226-1 내지 226-N) 및 복수의 안테나들(230-1 내지 230-N)을 포함한다. 액세스 포인트(110)는 또한 액세스 포인트(110)의 동작들을 제어하기 위한 제어기(234)를 포함한다.
데이터를 송신하기 위해, 액세스 포인트(110)는 송신 데이터 프로세서(220), 프레임 구축기(222), 송신 프로세서(224), 복수의 트랜시버들(226-1 내지 226-N) 및 복수의 안테나들(230-1 내지 230-N)을 포함한다. 액세스 포인트(110)는 또한 액세스 포인트(110)의 동작들을 제어하기 위한 제어기(234)를 포함한다.
동작시에, 송신 데이터 프로세서(220)는 데이터 소스(215)로부터 데이터(예를 들어, 데이터 비트들)를 수신하고, 송신을 위해 데이터를 프로세싱한다. 예를 들어, 송신 데이터 프로세서(220)는 데이터(예를 들어, 데이터 비트들)를 인코딩된 데이터로 인코딩할 수 있고, 인코딩된 데이터를 데이터 심볼들로 변조할 수 있다. 송신 데이터 프로세서(220)는 상이한 MCS들(modulation and coding schemes)을 지원할 수 있다. 예를 들어, 송신 데이터 프로세서(220)는 복수의 상이한 코딩 레이트들 중 임의의 하나에서 (예를 들어, LDPC(low-density parity check) 인코딩을 사용하여) 데이터를 인코딩할 수 있다. 또한, 송신 데이터 프로세서(220)는, BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM, 64APSK, 128APSK, 256QAM 및 256APSK를 포함하지만 이에 제한되는 것은 아닌 복수의 상이한 변조 방식들 중 임의의 하나를 사용하여 인코딩된 데이터를 변조할 수 있다.
제어기(234)는, (예를 들어, 다운링크의 채널 조건들에 기초하여) 어느 MCS(modulation and coding scheme)를 사용할지를 특정하는 커맨드를 송신 데이터 프로세서(220)에 전송할 수 있다. 송신 데이터 프로세서(220)는 데이터 소스(215)로부터의 데이터를 특정된 MCS에 따라 인코딩 및 변조할 수 있다. 송신 데이터 프로세서(220)가, 데이터 스크램블링 및/또는 다른 프로세싱과 같이, 데이터에 대한 추가적인 프로세싱을 수행할 수 있음을 인식해야 한다. 송신 데이터 프로세서(220)는 프레임 구축기(222)에 데이터 심볼들을 출력한다.
프레임 구축기(222)는 프레임(또한 패킷으로 지칭됨)을 구성하고, 그 프레임의 데이터 페이로드에 데이터 심볼들을 삽입한다. 프레임은 프리앰블, 헤더 및 데이터 페이로드를 포함할 수 있다. 프리앰블은 액세스 단말(120)이 프레임을 수신하는 것을 보조하기 위해, STF(short training field) 시퀀스 및 CE(channel estimation) 시퀀스를 포함할 수 있다. 헤더는 데이터의 길이 및 데이터를 인코딩 및 변조하기 위해 사용되는 MCS와 같은 페이로드 내의 데이터와 관련된 정보를 포함할 수 있다. 이러한 정보는 액세스 단말(120)이 데이터를 복조 및 디코딩하도록 허용한다. 페이로드 내의 데이터는 복수의 블록들 사이에서 분할될 수 있고, 각각의 블록은 데이터의 일부 및 GI(guard interval)를 포함하여 수신기가 위상 추적하는 것을 보조할 수 있다. 프레임 구축기(222)는 프레임을 송신 프로세서(224)에 출력한다.
송신 프로세서(224)는 하향링크 상에서의 송신을 위해 프레임을 프로세싱한다. 예를 들어, 송신 프로세서(224)는 상이한 송신 모드들, 예를 들어, OFDM(orthogonal frequency-division multiplexing) 송신 모드 및 SC(single-carrier) 송신 모드를 지원할 수 있다. 이러한 예에서, 제어기(234)는 어느 송신 모드를 사용할 지를 특정하는 커맨드를 송신 프로세서(224)에 전송할 수 있고, 송신 프로세서(224)는 특정된 송신 모드에 따른 송신을 위해 프레임을 프로세싱할 수 있다. 송신 프로세서(224)는, 다운링크 신호의 주파수 구성이 특정 스펙트럼 요건들을 충족하도록 프레임에 스펙트럼 마스크를 적용할 수 있다.
송신 프로세서(224)는 MIMO(multiple-input-multiple-output) 송신을 지원할 수 있다. 이러한 양상들에서, 액세스 포인트(110)는 다수의 안테나들(230-1 내지 230-N) 및 다수의 트랜시버들(226-1 내지 226-N)(예를 들어, 각각의 안테나에 대해 하나)을 포함할 수 있다. 송신 프로세서(224)는 착신 프레임들에 대해 공간 프로세싱을 수행할 수 있고, 복수의 송신 프레임 스트림들을 복수의 안테나들에 제공할 수 있다. 트랜시버들(226-1 내지 226-N)은 각각의 송신 프레임 스트림들을 수신 및 프로세싱(예를 들어, 아날로그로 변환, 증폭, 필터링 및 주파수 상향변환)하여, 안테나들(230-1 내지 230-N)을 통한 송신을 위한 송신 신호들을 각각 생성한다.
데이터를 송신하기 위해, 액세스 단말(120)은 송신 데이터 프로세서(260), 프레임 구축기(262), 송신 프로세서(264), 복수의 트랜시버들(266-1 내지 266-M) 및 복수의 안테나들(270-1 내지 270-M)(예를 들어, 트랜시버 당 하나의 안테나)을 포함한다. 액세스 단말(120)은 업링크 상에서 데이터를 액세스 포인트(110)에 송신할 수 있고 그리고/또는 데이터를 다른 액세스 단말에 (예를 들어, 피어-투-피어 통신을 위해) 송신할 수 있다. 액세스 단말(120)은 또한 액세스 단말(120)의 동작들을 제어하기 위한 제어기(274)를 포함한다.
트랜시버들(266-1 내지 266-M)은 하나 이상의 안테나들(270-1 내지 270-M)을 통한 송신을 위해 송신 프로세서(264)의 출력을 수신 및 프로세싱(예를 들어, 아날로그로 변환, 증폭, 필터링 및 주파수 상향변환)한다. 예를 들어, 트랜시버(266)는 송신 프로세서(264)의 출력을 60 GHz 대역의 주파수를 갖는 송신 신호로 상향 변환할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 따른 안테나 모듈은 60 GHz 대역, 일 예로 약 57 내지 63GHz 대역에서 빔포밍 동작하도록 구성될 수 있다. 또한, 안테나 모듈은 60 GHz 대역에서 빔포밍 동작하면서 MIMO 송신을 지원하도록 구성될 수 있다.
이와 관련하여, 안테나들(270-1 내지 270-M)과 트랜시버들(266-1 내지 266-M)은 다층 회로 기판에 통합된 형태로 구현될 수 있다. 이를 위해, 안테나들(270-1 내지 270-M) 중 수직 편파로 동작하는 안테나는 다층 회로 기판 내부에 수직하게 배치될 수 있다.
데이터를 수신하기 위해, 액세스 포인트(110)는 수신 프로세서(242) 및 수신 데이터 프로세서(244)를 포함한다. 동작시에, 트랜시버들(226-1 내지 226-N)은 신호를 (예를 들어, 액세스 단말(120)로부터) 수신하고, 수신된 신호를 공간 프로세싱(예를 들어, 주파수 하향변환, 증폭, 필터링 및 디지털로 변환)한다.
수신 프로세서(242)는 트랜시버들(226-1 내지 226-N)의 출력들을 수신하고, 출력들을 프로세싱하여 데이터 심볼들을 복원한다. 예를 들어, 액세스 포인트(110)는 프레임에서 (예를 들어, 액세스 단말(120)로부터의) 데이터를 수신할 수 있다. 이러한 예에서, 수신 프로세서(242)는 프레임의 프리앰블 내의 STF 시퀀스를 사용하여 프레임의 시작을 검출할 수 있다. 수신기 프로세서(242)는 또한 AGC(automatic gain control) 조절을 위해 STF를 사용할 수 있다. 수신 프로세서(242)는 또한 (예를 들어, 프레임의 프리앰블 내의 CE 시퀀스를 사용하여) 채널 추정을 수행할 수 있고, 채널 추정에 기초하여 수신된 신호에 대해 채널 등화를 수행할 수 있다.
수신 데이터 프로세서(244)는 수신 프로세서(242)로부터의 데이터 심볼들 및 제어기(234)로부터의 대응하는 MSC 방식의 표시를 수신한다. 수신 데이터 프로세서(244)는 데이터 심볼들을 복조 및 디코딩하여, 표시된 MSC 방식에 따라 데이터를 복원하고, 복원된 데이터(예를 들어, 데이터 비트들)를 저장 및/또는 추가적인 프로세싱을 위해 데이터 싱크(246)에 출력한다.
액세스 단말(120)은 OFDM 송신 모드 또는 SC 송신 모드를 사용하여 데이터를 송신할 수 있다. 이러한 경우에, 수신 프로세서(242)는 선택된 송신 모드에 따라 수신 신호를 프로세싱할 수 있다. 또한 앞서 논의된 바와 같이, 송신 프로세서(264)는 MIMO(multiple-input-multiple-output) 송신을 지원할 수 있다. 이러한 경우에, 액세스 포인트(110)는 다수의 안테나들(230-1 내지 230-N) 및 다수의 트랜시버들(226-1 내지 226-N)(예를 들어, 각각의 안테나에 대해 하나)을 포함한다. 따라서, 본 명세서에 따른 안테나 모듈은 60 GHz 대역, 일 예로 약 57 내지 63GHz 대역에서 빔포밍 동작하도록 구성될 수 있다. 또한, 안테나 모듈은 60 GHz 대역에서 빔포밍 동작하면서 MIMO 송신을 지원하도록 구성될 수 있다.
이와 관련하여, 안테나들(230-1 내지 230-M)과 트랜시버들(226-1 내지 226-M)은 다층 회로 기판에 통합된 형태로 구현될 수 있다. 이를 위해, 안테나들(230-1 내지 230-M) 중 수직 편파로 동작하는 안테나는 다층 회로 기판 내부에 수직하게 배치될 수 있다.
한편, 각각의 트랜시버는 각각의 안테나로부터 신호를 수신 및 프로세싱(예를 들어, 주파수 하향변환, 증폭, 필터링, 및 디지털로 변환)한다. 수신 프로세서(242)는 트랜시버들(226-1 내지 226-N)의 출력들에 대해 공간 프로세싱을 수행하여 데이터 심볼들을 복원할 수 있다.
액세스 포인트(110)는 또한 제어기(234)에 커플링되는 메모리(236)를 포함한다. 메모리(236)는, 제어기(234)에 의해 실행되는 경우, 제어기(234)로 하여금 본원에 설명된 동작들 중 하나 이상을 수행하게 하는 명령들을 저장할 수 있다. 유사하게, 액세스 단말(120)은 또한 제어기(274)에 커플링되는 메모리(276)를 포함한다. 메모리(276)는, 제어기(274)에 의해 실행되는 경우, 제어기(274)로 하여금 본원에 설명된 동작들 중 하나 이상을 수행하게 하는 명령들을 저장할 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 802.11 ay 무선 인터페이스를 지원하는 전자 기기는 다른 전자 기기와 통신하기 위해 통신 매체가 이용가능한지 여부를 결정한다. 이를 위해, 전자 기기는 RTS (Request to Send) 부분 및 제1 빔 트레이닝 시퀀스를 포함하는 RTS-TRN 프레임을 송신한다. 이와 관련하여, 도 3a는 본 명세서에 따른 RTS (Request to Send) 프레임 및 CTS(Clear to Send) 프레임을 나타낸다. 이와 관련하여, 발신 디바이스는, 하나 이상의 데이터 프레임들을 목적지 디바이스로 전송하기 위해 통신 매체가 이용가능한지 여부를 결정하기 위해 RTA 프레임을 사용할 수 있다. RTS 프레임을 수신하는 것에 대한 응답으로, 목적지 디바이스는, 통신 매체가 이용 가능하면 발신 디바이스에 CTS(Clear to Send) 프레임을 다시 전송한다. CTS 프레임을 수신하는 것에 대한 응답으로, 발신 디바이스는 목적지 디바이스에 하나 이상의 데이터 프레임들을 전송한다. 하나 이상의 데이터 프레임들을 성공적으로 수신하는 것에 대한 응답으로, 목적지 디바이스는 발신 디바이스에 하나 이상의 확인응답("ACK") 프레임들을 전송한다.
도 3a (a)를 참조하면, 프레임(300)은 프레임 제어 필드(310), 지속기간 필드(312), 수신기 어드레스 필드(314), 송신기 어드레스 필드(316) 및 프레임 체크 시퀀스 필드(318)를 포함하는 RTS 부분을 포함한다. 개선된 통신 및 간섭 감소 목적을 위해 프레임(300)은 목적지 디바이스 및 하나 이상의 이웃 디바이스들의 각각의 안테나들을 구성하기 위한 빔 트레이닝 시퀀스 필드(320)를 더 포함한다.
도 3a (b)를 참조하면, CTS 프레임(350)은 프레임 제어 필드(360), 지속기간 필드(362), 수신기 어드레스 필드(364) 및 프레임 체크 시퀀스 필드(366)를 포함하는 CTS 부분을 포함한다. 개선된 통신 및 간섭 감소 목적을 위해, 프레임(350)은 발신 디바이스 및 하나 이상의 이웃 디바이스들의 각각의 안테나들을 구성하기 위한 빔 트레이닝 시퀀스 필드(368)를 더 포함한다.
빔 트레이닝 시퀀스 필드(320, 368)는 IEEE 802.11ad 또는 802.11ay에 따른 트레이닝(TRN) 시퀀스를 준수할 수 있다. 발신 디바이스는 목적지 디바이스에 지향적으로 송신하도록 자신의 안테나를 구성하기 위해 빔 트레이닝 시퀀스 필드(368)를 사용할 수 있다. 한편, 발신 디바이스는 목적지 디바이스에서의 송신 간섭을 감소시키기 위해, 자신들 각각의 안테나들을 구성하기 위해 빔 트레이닝 시퀀스 필드를 사용할 수 있다. 이 경우, 목적지 디바이스를 목적으로 하는 널들을 갖는 안테나 방사 패턴을 생성하도록 자신들 각각의 안테나들을 구성하기 위해 빔 트레이닝 시퀀스 필드를 사용할 수 있다.
따라서, 802.11 ay 무선 인터페이스를 지원하는 전자 기기들은 빔 트레이닝 시퀀스에 따라 결정된 빔포밍 패턴으로 상호 간에 낮은 간섭 수준을 갖도록 초기 빔을 형성할 수 있다. 이와 관련하여, 도 3b는 본 명세서의 일 예시에 따른 통신 시스템(400)의 블록도를 예시한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 디바이스(410, 420)는 메인 빔이 방향이 일치되도록 하여 통신 성능을 향상시킬 수 있다. 한편, 제1 및 제2 디바이스(410, 420)는 제3 디바이스(430)와의 간섭을 저감하기 위해, 신호 강도가 약한 신호-널을 특정 방향으로 형성할 수 있다.
이러한 메인 빔 및 신호 널 형성과 관련하여, 본 명세서에 따른 복수의 전자 기기들은 배열 안테나를 통해 빔포밍을 수행하도록 구성될 수 있다. 도 3b를 참조하면, 복수의 전자 기기들 중 일부는 단일 안테나를 통해 다른 전자 기기의 배열 안테나와 통신하도록 구성될 수도 있다. 이와 관련하여, 단일 안테나를 통해 통신하는 경우 빔 패턴은 무지향성 패턴(omnidirectional pattern)으로 형성된다.
도 3b를 참조하면, 제1 내지 제3 디바이스(410 내지 430)이 빔포밍을 수행하고, 제4 디바이스(440)가 빔포밍을 수행하지 않는 것으로 도시되었지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제1 내지 제4 디바이스(410) 중 3개는 빔포밍을 수행하고, 다른 하나는 빔포밍을 수행하지 않도록 구성될 수 있다.
다른 예로 제1 내지 제4 디바이스(410) 중 어느 하나만 빔포밍을 수행하고, 나머지 3개의 디바이스들은 빔포밍을 수행하지 않도록 구성될 수 있다. 또 다른 예로, 제1 내지 제4 디바이스(410) 중 2개는 빔포밍을 수행하도 다른 2개는 빔포밍을 수행하지 않도록 구성될 수 있다. 또 다른 예로, 제1 내지 제4 디바이스(410) 전부가 빔포밍을 수행하도록 구성될 수 있다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 제1 디바이스(410)는, CTS-TRN 프레임(350)의 수신기 어드레스 필드(364)에 표시된 어드레스에 기초하여 자신이 CTS-TRN 프레임(350)의 의도된 수신 디바이스라고 결정한다. 자신이 CTS-TRN 프레임(350)의 의도된 수신 디바이스라고 결정하는 것에 대한 응답으로, 제1 디바이스(410)는 선택적으로, 실질적으로 제2 디바이스(420)를 목적으로 하는 지향성 송신을 위해 자신의 안테나를 구성하도록 수신된 CTS-TRN(350)의 빔 트레이닝 시퀀스 필드(368)의 빔 트레이닝 시퀀스를 사용할 수 있다. 즉, 제1 디바이스(410)의 안테나는 실질적으로 제2 디바이스(420)를 목적으로 하는 1차 로브(예를 들어, 가장 높은 이득 로브) 및 다른 방향들을 목적으로 하는 비-1차 로브들을 갖는 안테나 방사 패턴을 생성하도록 구성된다.
제2 디바이스(420)는 자신이 이전에 수신한 RTS-TRN 프레임(300)의 빔 트레이닝 시퀀스 필드(320)의 빔 트레이닝 시퀀스에 기초하여 제1 디바이스(410)에 대한 방향을 이미 알기 때문에, 제2 디바이스(420)는 선택적으로 제1 디바이스(410)를 목적으로 하는 지향성 수신(예를 들어, 1차 안테나 방사 로브)을 위해 자신의 안테나를 구성할 수 있다. 따라서, 제1 디바이스(410)의 안테나는 제2 디바이스(420)에 대한 지향성 송신을 위해 구성되고, 제2 디바이스(420)의 안테나는 제1 디바이스(410)로부터의 지향성 수신을 위해 구성되는 동안, 제1 디바이스(410)는 하나 이상의 데이터 프레임들을 제2 디바이스(420)에 송신한다. 이에 따라, 제1 및 제2 디바이스(410, 420)는 1차 로브 (메인 빔)을 통해 하나 이상의 데이터 프레임들의 지향성 송신/수신(DIR-TX/RX)을 수행한다.
한편, 제1 및 제2 디바이스(410, 420)는 비-1차 로브들을 갖는 안테나 방사 패턴에 의한 제3 디바이스(430)와 간섭을 저감하기 위해 제3 디바이스(430)의 빔 패턴을 일부 수정하도록 할 수 있다.
이와 관련하여, 제3 디바이스(430)는, CTS-TRN 프레임(350)의 수신기 어드레스 필드(364)에 표시된 어드레스에 기초하여 자신이 CTS-TRN 프레임(350)의 의도된 수신 디바이스가 아니라고 결정한다. 자신이 CTS-TRN 프레임(350)의 의도된 수신 디바이스가 아니라고 결정하는 것에 대한 응답으로, 제3 디바이스(430)는 실질적으로 제2 디바이스(420) 및 제1 디바이스(410)를 목적으로 하는 널들을 각각 갖는 안테나 방사패턴을 생성하도록 자신의 안테나를 구성하기 위해, 수신된 CTS-TRN(350)의 빔 트레이닝 시퀀스 필드(368)의 빔 트레이닝 시퀀스 및 이전에 수신된 RTS-TRN 프레임(300)의 빔 트레이닝 시퀀스 필드(320)의 시퀀스를 사용한다. 널들(nulls)은 이전에 수신된 RTS-TRN 프레임(300) 및 CTS-TRN 프레임(350)의 추정된 도달 각도에 기초할 수 있다. 일반적으로, 제3 디바이스(430)는 제1 디바이스(410) 및 제2 디바이스(420)를 목적으로 하는 (예를 들어, (예를 들어, 원하는 BER, SNR, SINR 및/또는 다른 하나 이상의 통신 속성들을 달성하기 위해) 이러한 디바이스들(410및 420)에서의 추정된 간섭을 정의된 임계치 이하로 달성하기 위해) 원하는 신호 전력들, 거부들 또는 이득들을 각각 갖는 안테나 방사 패턴을 생성한다.
제3 디바이스(430)는, 제1 및 제2 디바이스들(410 및 420)을 향하는 방향들에서 안테나 이득들을 추정하고, 제3 디바이스(430)와 제1 및 제2 디바이스들(410 및 420) 사이의 안테나 상호성 차이들(예를 들어, 송신 안테나 이득 - 수신 안테나 이득)을 추정하고, 제1 및 제2 디바이스들(410 및 420)에서 대응하는 추정된 간섭을 결정하기 위해 하나 이상의 섹터들에 걸쳐 상기의 것들을 각각 계산함으로써, 자신의 안테나 송신 방사 패턴을 구성할 수 있다.
제3 디바이스(430)는, 제4 디바이스(440)가 수신하는, 제4 디바이스(440)에 대해 의도된 RTS-TRN 프레임(300)을 송신한다. 제3 디바이스(430)는, 제1 디바이스(410) 및 제2 디바이스(420)가 RTS-TRN 프레임(300) 및 CTS-TRN 프레임(350)의 지속기간 필드들(312 및 362)의 지속기간 필드들에 각각 표시된 지속기간에 기초하여 통신하고 있는 한 이러한 디바이스들을 목적으로 하는 널들을 갖는 안테나 구성을 유지한다. 제3 디바이스(430)의 안테나는 제1 디바이스(410) 및 제2 디바이스(420)를 목적으로 하는 널들을 생성하도록 구성되기 때문에, 제3 디바이스(430)에 의한 RTS-TRN 프레임(300)의 송신은 제1 디바이스(410) 및 제2 디바이스(420)에서 감소된 간섭을 각각 생성할 수 있다.
따라서, 본 명세서에서 개시되는 802.11 ay 무선 인터페이스를 지원하는 전자 기기들은 배열 안테나를 이용하여 상호 간에 메인 빔 방향을 일치시키면서 간섭 저감을 위해 신호 널 방향을 특정 방향으로 형성할 수 있다. 이를 위해, 복수의 전자 기기들은 빔 트레이닝 시퀀스를 통해 초기 빔 방향을 형성하고, 주기적으로 업데이트되는 빔 트레이닝 시퀀스를 통해 빔 방향을 변경할 수 있다.
전술한 바와 같이, 전자 기기 간에 고속 데이터 통신을 위해 빔 방향을 상호 간에 일치시켜야 한다. 또한, 고속 데이터 통신을 위해 안테나 소자로 전달되는 무선 신호의 손실을 최소화해야 한다. 이를 위해, 배열 안테나는 RFIC가 배치된 다층 기판 내부에 배치될 필요가 있다. 또한, 방사 효율을 위해 배열 안테나는 다층 기판 내부에서 측면 영역에 인접하게 배치될 필요가 있다.
또한, 무선 환경 변화에 적응하기 위해 전자 기기들 간에 빔 트레이닝 시퀀스 업데이트가 필요하다. 빔 트레이닝 시퀀스 업데이트를 위해, RFIC는 모뎀과 같은 프로세서와 주기적으로 신호를 송수신해야 한다. 따라서, 업데이트 지연 시간을 최소화하기 위해 RFIC와 모뎀 간에 제어 신호 송수신도 빠른 시간 내에 이루어져야 한다. 이를 위해, RFIC와 모뎀 간의 연결 경로의 물리적 길이를 감소시킬 필요가 잇다. 이를 위해, 배열 안테나와 RFIC가 배치된 다층 기판에 모뎀이 배치될 수 있다. 또는, 다층 기판에 배열 안테나와 RFIC가 배치되고 메인 기판에 모뎀이 배치되는 구조에서 RFIC와 모뎀 간 연결 길이를 최소화하도록 구성할 수 있다. 이와 관련하여, 상세한 구조는 도 5c에서 설명한다.
이하에서는, 본 명세서에 따른 밀리미터파 대역에서 동작 가능한 배열 안테나를 구비하는 전자 기기에 대해 설명하기로 한다. 이와 관련하여, 도 4는 일 실시 예에 따른 복수의 안테나 모듈과 복수의 송수신부 회로 모듈이 배치되는 전자 기기를 나타낸다. 도 4를 참조하면, 복수의 안테나 모듈과 다수의 송수신부 회로 모듈이 배치되는 가전 기기는 텔레비전(television)일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 명세서에서 다수의 안테나 모듈과 다수의 송수신부 회로 모듈이 배치되는 가전 기기는 밀리미터파 대역에서 통신 서비스를 지원하는 임의의 가전기기 또는 디스플레이 장치를 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 전자 기기(1000)는 복수의 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4), 및 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)과 복수의 송수신부 회로 모듈들(transceiver circuit modules, 1210a 내지 1210d)를 포함한다. 이와 관련하여, 복수의 송수신부 회로 모듈들(1210a 내지 1210d)은 전술한 송수신부 회로(1250)에 해당할 수 있다. 또는, 복수의 송수신부 회로 모듈들(1210a 내지 1210d)은 송수신부 회로(1250)의 일부 구성 또는 안테나 모듈과 송수신부 회로(1250) 사이에 배치되는 프론트 엔드 모듈의 일부 구성일 수 있다.
복수의 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)은 복수의 안테나 소자들이 배치된 배열 안테나로 구성될 수 있다. 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)의 소자 개수는 도시된 바와 같이 2개, 3개, 4개 등에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)의 소자 개수는 2개, 4개, 8개, 16개 등으로 확장 가능하다. 또한, 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)의 소자는 동일한 개수 또는 상이한 개수로 선택될 수 있다. 복수의 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)은 디스플레이의 서로 다른 영역 또는 전자 기기의 하부 또는 측면에 배치될 수 있다. 복수의 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)이 디스플레이의 상부, 좌측, 하부 및 우측에 배치될 수 있지만, 이러한 배치 구조에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 복수의 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)이 디스플레이의 좌측 상부, 우측 상부, 좌측 하부 및 우측 하부에 배치될 수도 있다.
안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)은 임의의 주파수 대역에서 신호를 특정 방향으로 송신 및 수신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)은 28GHz 대역, 39GHz 대역, 및 64GHz 대역 중 어느 하나의 대역에서 동작할 수 있다.
전자 기기는 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4) 중 둘 이상의 모듈을 통해 서로 다른 엔티티와 연결 상태를 유지하거나 이를 위한 데이터 송신 또는 수신 동작을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 디스플레이 장치에 해당하는 전자 기기는 제1 안테나 모듈(ANT1)을 통해 제1 엔티티와 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다. 또한, 전자 기기는 제2 안테나 모듈(ANT2)을 통해 제2 엔티티와 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다. 일 예로, 전자 기기는 제1 안테나 모듈(ANT1)을 통해 이동 단말(mobile terminal, UE)과 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다. 전자 기기는 제2 안테나 모듈(ANT2)을 통해 셋톱 박스 또는 AP (Access Point)와 같은 제어 장치와 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다.
다른 안테나 모듈들, 예컨대 제3 안테나 모듈(ANT3) 및 제4 안테나 모듈(ANT4)을 통해 다른 엔티티와 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다. 다른 예로, 제3 안테나 모듈(ANT3) 및 제4 안테나 모듈(ANT4)을 통해 이전에 연결된 제1 및 제2 엔티티 중 적어도 하나를 통해 이중 연결 또는 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.
이동 단말(UE1, UE2)이 전자 기기의 전면 영역에 배치되고, 이동 단말(UE1, UE2)은 제1 안테나 모듈(ANT1)과 통신하도록 구성될 수 있다. 한편, 셋톱 박스(STB) 또는 AP가 전자 기기의 하부 영역에 배치되고, 셋톱 박스(STB) 또는 AP가 제2 안테나 모듈(ANT2)과 통신하도록 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 한다. 다른 예로, 제2 안테나 모듈(ANT2)이 하부 영역으로 방사하는 제1 안테나와 전면 영역으로 방사하는 제2 안테나를 모두 구비할 수 있다. 따라서, 제2 안테나 모듈(ANT2)은 제1 안테나를 통해 셋톱 박스(STB) 또는 AP와 통신을 수행하고, 제2 안테나를 통해 이동 단말(UE1, UE2) 중 어느 하나와 통신을 수행할 수 있다.
한편, 이동 단말(UE1, UE2) 중 어느 하나는 전자 기기와 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 구성될 수 있다. 일 예로, UE1은 전자 기기와 빔포밍을 수행하면서 MIMO를 수행하도록 구성될 수 있다. 전술한 바와 같이 영상표시장치에 해당하는 전자 기기는 다른 전자 기기 또는 셋톱 박스와 WiFi 무선 인터페이스를 통해 고속 통신을 수행할 수 있다. 일 예로, 전자 기기는 다른 전자 기기 또는 셋톱 박스와 802.11 ay 무선 인터페이스를 통해 60GHz 대역에서 고속 통신을 수행할 수 있다.
한편, 송수신부 회로 모듈들(1210a 내지 1210d)은 RF 주파수 대역에서 송신 신호 및 수신 신호를 처리하도록 동작 가능하다. 여기서, RF 주파수 대역은 전술한 바와 같이 28GHz 대역, 39GHz 대역, 및 64GHz 대역과 같은 밀리미터 대역의 임의의 주파수 대역일 수 있다. 한편, 송수신부 회로 모듈들(1210a 내지 1210d)은 RF SUB-MODULE (1210a 내지 1210d)로 지칭될 수 있다. 이때, RF SUB-MODULE (1210a 내지 1210d)의 개수는 4개에 한정되는 것은 아니고, 응용에 따라 2개 이상의 임의의 개수로 변경 가능하다.
또한, RF SUB-MODULE들(1210a 내지 1210d)은 RF 주파수 대역의 신호를 IF 주파수 대역의 신호로 변환하거나 또는 IF 주파수 대역의 신호를 RF 주파수 대역의 신호로 변환하는 상향변환 모듈 및 하향변환 모듈을 구비할 수 있다. 이를 위해, 상향변환 모듈 및 하향변환 모듈은 상향 주파수 변환 및 하향 주파수 변환을 수행할 수 있는 로컬 오실레이터(LO: Local Oscillator)를 구비할 수 있다.
한편, 복수의 RF SUB-MODULE들(1210a 내지 1210d)은 복수의 송수신부 회로 모듈들 중 어느 하나의 모듈에서 인접한 송수신부 회로 모듈로 신호가 전달될 수 있다. 이에 따라, 전달되는 신호가 복수의 송수신부 회로 모듈들(1210a 내지 1210d) 전부에 적어도 한 번 전달되도록 구성될 수 있다.
이를 위해, 루프 구조의 데이터 전달 경로(data transfer path)가 추가될 수 있다. 이와 관련하여, 루프 구조의 전송 경로(P2)를 통해, 인접한 RF SUB-MODULE (1210b, 1210c)은 양방향(bi-direction)으로 신호 전달이 가능하다.
또는, 피드백 구조의 데이터 전달 경로가 추가될 수 있다. 이와 관련하여, 피드백 구조의 데이터 전달 경로를 통해, 적어도 하나의 SUB-MODULE(1210c)은 나머지 SUB-MODULE(1210a, 1210b, 1210c)로 일방향(uni-direction)으로 신호 전달이 가능하다.
복수의 RF SUB-MODULE들은 제1 RF SUB-MODULE 내지 제4 RF SUB-MODULE(1210a 내지 1210d)을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 RF SUB-MODULE(1210a)로부터의 신호는 인접한 RF SUB-MODULE (1210b) 및 제4 RF SUB-MODULE(1210d)로 전달될 수 있다. 또한, 제2 RF SUB-MODULE(1210b) 및 제4 RF SUB-MODULE(1210d)은 상기 신호를 인접한 제3 RF SUB-MODULE(1210c)로 전달될 수 있다. 이때, 제2 RF SUB-MODULE(1210b)과 제3 RF SUB-MODULE(1210c) 간에 도 4와 같이 양방향 전송이 가능하면, 이를 루프 구조로 지칭할 수 있다. 반면에, 제2 RF SUB-MODULE(1210b)과 제3 RF SUB-MODULE(1210c) 간에 일방향 전송만 가능하면, 이를 피드백 구조로 지칭할 수 있다. 한편, 피드백 구조에서는 제3 RF SUB-MODULE(1210c)로 전달되는 신호가 적어도 둘 이상일 수 있다.
하지만, 이러한 구조에 제한되는 것은 아니라, 응용에 따라 기저대역 모듈은 제1 내지 제4 RF sub-module(1210a 내지 1210d) 중 특정 모듈에만 구비될 수 있다. 또는, 응용에 따라 기저대역 모듈은 제1 내지 제4 RF sub-module(1210a 내지 1210d)에 구비되지 않고, 별도의 제어부, 즉 기저대역 프로세서(1400)로 구성될 수 있다. 일 예로, 별도의 제어부, 즉 기저대역 프로세서(1400)에 의해서만 제어 신호 전달이 이루어질 수도 있다.
한편, 도 1과 같은 전자 기기에서, 도 2와 같은 무선 인터페이스를 구비하는 전자기기의 구체적인 구성 및 기능에 대해서 이하에서 설명하기로 한다. 전자 기기 간에 밀리미터파(mmWave) 대역의 통신 서비스를 이용하여 전자 기기 간에 데이터를 송신 또는 수신할 필요가 있다. 이와 관련하여, mmWave 무선 인터페이스로 802.11ay 무선 인터페이스를 이용하여 무선 AV(audio-video) 서비스 및/또는 고속 데이터 전송을 제공할 수 있다. 이 경우, 802.11ay 무선 인터페이스에 한정되는 것은 아니고, 60GHz 대역의 임의의 무선 인터페이스가 적용될 수 있다. 이와 관련하여, 전자 기기 간에 고속 데이터 전송을 위해 28GHz 대역 또는 60GHz 대역을 사용하는 5G 또는 6G 무선 인터페이스가 사용될 수도 있다.
4K 이상의 해상도로 영상을 전달하기 위하여 영상표시기기와 같은 전자 기기에서 무선 인터페이스를 제공하는 안테나 및 RFIC (radio frequency integrated chip)에 대한 구체적인 솔루션이 없다는 문제점이 있다. 특히, 영상표시기기와 같은 전자 기기가 건물의 벽에 배치되거나 테이블 위에 배치된 상황을 고려하여, 다른 전자 기기와 무선 AV 데이터를 송신 또는 수신할 필요가 있다. 이를 위해, 안테나 및 RFIC를 영상표시기기의 어느 영역에 배치할지에 대한 구체적인 구성과 안테나 구조가 제시될 필요가 있다.
이와 관련하여, 도 5a는 본 명세서와 관련하여 배열 안테나 모듈이 배치되는 다층 회로 기판과 RFIC가 연결된 구성을 나타낸다. 구체적으로, 본 명세서와 관련하여 AIP (Antenna In Package) 모듈 구조와 가요성 기판에 구현된 안테나 모듈 구조를 나타낸 것이다.
도 5a(a)를 참조하면, AIP (Antenna In Package) 모듈은 mmWave 대역 통신을 위하며, RFIC - PCB - 안테나 통합형으로 구성된다. 이와 관련하여, 배열 안테나 모듈(1100-1)은 도 5(a)와 도시된 바와 같이, 다층 기판(multi-layer PCB)과 일체로 구성될 수 있다. 따라서, 다층 기판과 일체로 구성되는 배열 안테나 모듈(1100-1)을 AIP 모듈로 지칭할 수 있다. 구체적으로, 다층 기판(multi-layer)의 일 측 영역에 배열 안테나 모듈(1100-1)이 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 다층 기판의 일 측 영역에 배치되는 배열 안테나 모듈(1100-1)을 이용하여 다층 기판의 측면 영역으로 제1 빔(B1)을 형성할 수 있다.
반면에, 도 5a(b)를 참조하면, 배열 안테나 모듈(1100-2)은 다층 기판 상에 배치될 수 있다. 배열 안테나 모듈(1100-2)의 배치는 도 5a(b)의 구조에 한정되는 것이 이나라, 다층 기판 내부의 임의의 레이어 상에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 다층 기판의 임의의 레이서 상에 배치되는 배열 안테나 모듈(1100-2)을 이용하여 다층 기판의 전면 영역으로 제2 빔(B2)을 형성할 수 있다. 이와 관련하여, 배열 안테나 모듈이 일체로 형성되는 AIP 모듈은 RFIC와 안테나 간의 거리를 최소화하기 위해, 동일 PCB에 배열 안테나(array antenna)가 배치될 수 있다.
한편, AIP 모듈의 안테나는 다층(multi-layer) PCB 제조 공정으로 구현될 수 있고, PCB의 수직/측면 방향으로 신호를 방사할 수 있다. 이와 관련하여, 패치 안테나, 다이폴/모노폴 안테나를 이용하여 이중 편파를 구현할 수 있다. 따라서, 도 5a(a)의 제1 배열 안테나(1100-1)를 다층 기판의 측면 영역에 배치하고, 도 5a(b)의 제2 배열 안테나(1100-2)를 다층 기판의 측면 영역에 배치할 수 있다. 이에 따라, 제1 배열 안테나(1100-1)를 통해 제1 빔(B1)을 생성하고, 제2 배열 안테나(1100-2)를 통해 제2 빔(B2)을 생성할 수 있다.
제1 배열 안테나(1100-1)와 제2 배열 안테나(1100-2)는 동일 편파를 갖도록 구성될 수 있다. 또는, 제1 배열 안테나(1100-1)와 제2 배열 안테나(1100-2)는 직교 편파를 갖도록 구성될 수 있다. 동작할 수도 있다. 이와 관련하여, 제1 배열 안테나(1100-1)는 수직 편파 안테나로 동작하고, 수평 편파 안테나로 동작할 수도 있다. 일 예로, 제1 배열 안테나(1100-1)는 수직 편파를 갖는 모노폴 안테나이고, 제2 배열 안테나는 수평 편파를 갖는 패치 안테나일 수 있다.
한편, 도 5b는 서로 다른 방사 방향을 갖는 안테나 구조를 나타낸 개념도이다.
도 5a(a) 및 도 5b(a)를 참조하면, 다층 기판의 측면 영역에 배치된 안테나 모듈의 방사 방향은 측면 방향에 해당한다. 이와 관련하여, 가요성 기판에 구현된 안테나는 다이폴/모노폴 안테나와 같은 방사 소자로 구성될 수 있다. 즉, 가요성 기판에 구현된 안테나는 end-fire antenna elements일 수 있다.
이와 관련하여, end-fire radiation은 기판과 수평 방향으로 방사하는 안테나에 의해 구현될 수 있다. 이러한 end-fire antenna는 다이폴/모노폴 안테나, 야기-다이폴 안테나, 비발디 안테나, SIW horn 안테나 등으로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 야기-다이폴 안테나와 비발디 안테나는 수평 편파 특성을 갖는다. 한편, 본 명세서에서 제시되는 영상표시기기에 배치되는 안테나 모듈 중 하나는 수직 편파 안테나가 필요하다. 따라서, 수직 편파 안테나로 동작하면서 안테나 노출 부위를 최소화할 수 있는 안테나 구조가 제시될 필요가 있다.
도 5a(b) 및 도 5b(a)를 참조하면, 다층 기판의 전면 영역에 배치된 안테나 모듈의 방사 방향은 전면 방향에 해당한다. 이와 관련하여, AIP 모듈에 배치된 안테나는 패치 안테나와 같은 방사 소자로 구성될 수 있다. 즉, AIP 모듈에 배치된 안테나는 broadside 방향으로 방사하는 broadside antenna elements일 수 있다.
한편, 배열 안테나가 내부에 배치되는 다층 기판은 메인 기판과 일체로 형성되거나 또는 메인 기판과 커넥터에 의해 모듈형으로 결합되도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 5c는 실시 예들에 따른 다층 기판과 메인 기판의 결합 구조를 나타낸 것이다. 도 5c(a)를 참조하면, 다층 기판(1010)에 RFIC(1250)와 모뎀(1400)이 일체로 형성된 구조를 나타낸다. 모뎀(1400)은 기저대역 프로세서(1400)로 지칭될 수 있다. 이에 따라 다층 기판(1010)은 메인 기판과 일체로 형성된다. 이러한 일체형 구조는 전자 기기에 하나의 배열 안테나 모듈만 배치되는 구조에 적용될 수 있다.
반면에, 다층 기판(1010)과 메인 기판(10120)은 커넥터에 의해 모듈형으로 결합되도록 구성될 수 있다. 도 5c(b)를 참조하면, 이와 관련하여, 다층 기판(1010)은 커넥터를 통해 메인 기판(1020)과 인터페이스 되도록 구성될 수 있다. 경우, 다층 기판(1010)에 RFIC(1250)가 배치되고, 메인 기판(1020)에 모뎀(1400)이 배치될 수 있다. 이에 따라 다층 기판(1010)은 메인 기판(1020)과 별도의 기판으로 형성되고, 커넥터를 통해 결합되도록 구성될 수 있다.
이러한 모듈형 구조는 전자 기기에 복수의 배열 안테나 모듈이 배치되는 구조에 적용될 수 있다. 도 5c(b)를 참조하면, 다층 기판(1010)과 제2 다층 기판(1020)이 메인 기판(1020)과 커넥터 연결을 통해 인터페이스 되도록 구성될 수 있다. 메인 기판(1020)에 배치된 모뎀(1400)은 다층 기판(1010)과 제2 다층 기판(1020)에 배치된 RFIC(1250, 1250b)과 전기적으로 결합되도록 구성된다.
한편, AIP 모듈이 영상표시기기와 같은 전자 기기의 하부에 배치되는 경우, 하부 방향 및 전면 방향에 배치되는 다른 통신 모듈들 통신을 수행할 필요가 있다. 이와 관련하여, 도 6은 영상표시기기 하부에 배치되는 복수의 통신 모듈과 해당 통신 모듈의 구성과 전면 방향에 배치되는 다른 통신 모듈과의 통신을 수행하는 개념도이다. 도 6(a)를 참조하면, 영상표시기기(100)의 하부에 서로 다른 통신 모듈(1100-1, 1100-2)이 배치될 수 있다. 도 6(b)를 참조하면, 영상표시기기(100)는 안테나 모듈(1100)을 통해 하부에 배치된 통신 모듈(1100b)과 통신을 수행할 수 있다. 영상표시기기(100)의 안테나 모듈(1100)을 통해 전면에 배치된 제2 통신 모듈(1100c)과 통신을 수행할 수 있다. 또한, 영상표시기기(100)의 안테나 모듈(1100)을 통해 측면에 배치된 제3 통신 모듈(1100d)과 통신을 수행할 수 있다.
이와 관련하여, 통신 모듈(1100b)은 802.11 ay 무선 인터페이스를 통해 영상표시기기(100)로 고속으로 AV 데이터를 전달하는 셋톱 박스 또는 AP (Access point)일 수 있지만, 이에 한정되는 것이다. 한편, 제2 통신 모듈(1100c)은 802.11 ay 무선 인터페이스를 통해 영상표시기기(100)와 고속으로 데이터를 송수신하는 임의의 전자 기기일 수 있다. 한편, 전면, 하부 및 측면에 배치되는 통신 모듈들(1100b, 1100c,1100d)과 무선 통신을 수행하기 위해, 복수의 배열 안테나들을 구비하는 안테나 모듈(1100)은 서로 다른 방향으로 빔을 형성한다. 구체적으로, 안테나 모듈(1100)은 서로 다른 배열 안테나를 통해 전면 방향(B1), 하부 방향(B2) 및 측면 방향(B3)으로 빔을 형성할 수 있다.
한편, 도 5a(a)와 같은 AIP 모듈 구조에서 RFIC 구동 회로, 방열 구조에 따라 안테나 높이가 증가할 수 있다. 또한, 사용되는 안테나 타입에 따라 도 5(a) a와 같은 AIP 모듈 구조에서 안테나 높이가 증가할 수 있다. 반면에, 도 5a(b)와 같은 다층 기판에 측면 영역에 구현된 안테나 모듈 구조는 안테나를 low-profile 형상으로 구현할 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 2와 같은 전자 기기에서, 도 4 및 도 6의 전자 기기의 내부 또는 측면에 배치될 수 있는 도 5a 내지 도 5c의 안테나 모듈의 구체적인 구성에 대해서 설명한다.
영상표시장치와 같은 전자 기기가 주변의 전자 기기와 통신을 수행하기 위해, 안테나를 포함하는 통신 모듈이 구비될 수 있다. 한편, 최근 영상표시장치의 디스플레이 영역이 확장됨에 따라 안테나를 포함하는 통신 모듈의 배치 공간이 감소하게 된다. 이에 따라, 통신 모듈이 구현되는 다층 회로 기판 내부에 안테나를 배치할 필요성이 증가하고 있다.
한편, 전자 기기 간에 통신 서비스를 위한 인터페이스로 WiFi 무선 인터페이스가 고려될 수 있다. 이러한 WiFi 무선 인터페이스를 이용하는 경우, 전자 기기 간에 고속 데이터 전송을 위해 밀리미터파 대역(mmWave)을 이용할 수 있다. 특히, 802.11ay와 같은 무선 인터페이스를 이용하여 전자 기기 간에 고속 데이터 전송이 가능하다.
이와 관련하여, 밀리미터파(mmWave) 대역에서 동작할 수 있는 배열 안테나는 안테나 모듈 내에 실장될 수 있다. 하지만, 이러한 안테나 모듈에 배치되는 안테나와 송수신부 회로와 같은 전자 부품은 전기적으로 연결되도록 구성된다. 이와 관련하여, 서로 다른 레이어에 배치되는 전자 부품들은 다층 구조의 전송 선로로 전기적으로 연결될 수 있고, 이에 따라 수직 비아 구조가 형성될 수 있다.
밀리미터파(mmWave) 대역과 같은 높은 주파수 대역에서 수직 비아 구조에 의해 전송 선로 간 임피던스 부정합과 라인 손실이 크게 발생할 수 있다는 문제점이 있다. 또한, 다층 기판 내에 복수의 안테나들이 배치되는 경우 전송 선로 간 중첩을 회피하기 위해 전송 선로의 우회 경로 형성에 따라 라인 손실이 크게 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
본 명세서는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 본 명세서는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 밀리미터파 대역에서 동작하는 다층 임피던스 변환부를 구비한 안테나 모듈 및 이를 구비하는 전자 기기를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 밀리미터파 대역의 배열 안테나를 구성하는 복수의 안테나 소자들을 급전하는 복수의 급전선의 우회 경로 형성에 따른 라인 손실이 증가하는 문제점을 해결하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 다층 기판 형태의 PCB에 배치되는 RFIC와 안테나 소자 간의 다층 임피던스 변환 구조를 통해 수직 비아에 의한 임피던스 부정합이 증가하는 문제점을 해결하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 다층 기판 형태의 PCB 내부의 급전 라인과 전기적으로 연결되는 안테나 소자의 임피던스 매칭 특성을 향상시킬 수 있는 광대역 급전 라인 구조를 제공하기 위한 것이다.
도 7a 및 도 7b는 송수신부 회로(transceiver circuit)에 해당하는 RFIC가 서로 다른 안테나와 연결되는 구성에서 RF 라인 및 전력 라인 간의 배치 구조를 비교한 것이다.
도 7a와 같이 수직 비아 구조 없이 연결 라인이 형성되는 경우, RFIC(1250)에서 안테나(ANT1 내지 ANT4)로 급전선(F1 내지 F4)이 연결되는 경로에 다른 RF 라인이나 전력 라인(L1 내지 L4)이 배치될 수 있다. 이 경우, RF 라인이나 전력 라인(L1 내지 L4)은 안테나(ANT1 내지 ANT4)가 배치되지 않은 영역으로 우회 경로로 구성되어야 한다. 일 예로, RF 라인이나 전력 라인(L1 내지 L4)이 수평 라인의 형태로 우회 경로를 형성한다. 이와 관련하여, 제1 타입의 안테나(ANT1 내지 ANT4)가 다층 기판 상에 또는 다층 기판의 내부의 일 레이어에 배치될 수 있다. 제2 타입의 안테나(ANT1b 내지 ANT4b)가 다층 기판의 측면에 배치될 수 있다. 제1 타입의 안테나는 다층 기판의 상부 또는 하부로 신호를 방사하는 안테나이고 제2 타입의 안테나는 다층 기판의 측면으로 신호를 방사하는 안테나일 수 있다.
반면에, 도 7b와 같이 우회 경로를 형성하지 않고, 안테나(ANT1 내지 ANT4)가 배치된 영역에서 다른 레이어를 통해 RF 라인이나 전력 라인(L1 내지 L4)이 배치될 수 있다. 이에 따라, 수평 라인으로 멀리 우회하지 않고 수직 라인으로 다른 레이어로 수직 비아를 통해 이동하여, RF 라인이나 전력 라인(L1 내지 L4)이 직선으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 급전선(F1 내지 F4) 및 RF 라인(L1 내지 L4)의 길이를 단축시켜 라인 손실을 감소시킬 수 있다.
이와 관련하여, 안테나(ANT1 내지 ANT4)의 제1 타입의 안테나이고 하단부에 제2 타입의 안테나(ANT1b 내지 ANT4b)가 배치될 수도 있다. 수직 비아(1130)를 중심으로 임피던스 변환부(impedance transformer, TR1, TR2)가 형성되는 구조는 제1 타입의 안테나(ANT1 내지 ANT4)에 연결되는 급전선(F1 내지 F4)에 적용될 수 있다. 또한, 수직 비아(1130)를 중심으로 임피던스 변환부(TR1, TR2)가 형성되는 구조는 제2 타입의 안테나(ANT1b 내지 ANT4b)에 연결되는 RF 라인(L1 내지 L4)에도 적용될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 타입의 안테나(ANT1 내지 ANT4)가 다층 기판 상에 또는 다층 기판의 내부의 일 레이어에 배치될 수 있다. 제2 타입의 안테나(ANT1b 내지 ANT4b)가 다층 기판의 측면에 배치될 수 있다. 제1 타입의 안테나는 다층 기판의 상부 또는 하부로 신호를 방사하는 안테나이고 제2 타입의 안테나는 다층 기판의 측면으로 신호를 방사하는 안테나일 수 있다.
본 명세서의 실시 예에 따르면, 도 7b의 라인 연결 구조에서 서로 다른 레이어 배치된 전송 선로(TL1, TL2)는 수직 비아(1130)를 중심으로 λ/4변환기 형태의 임피던스 변환부(TR1, TR2)가 형성된다. 이에 따라, 급전선(F1 내지 F4)이 비아를 통해 안테나(ANT1 내지 ANT4)가 배치된 방향으로 직선으로 형성될 수 있다. 이 경우, 수직 비아(1130)를 중심으로 마주보는 라인 폭이 두꺼워졌다가 다시 얇아지는 구조를 이용하여 비아에 의한 성능 열화가 생기지 않도록 할 수 있다.
본 명세서에 따른 다층 기판(multi-layer substrate)으로 구성되는 안테나 모듈에서, 수직 비아를 고려한 임피던스 변환 구조에 대해 설명한다. 도 8은 본 명세서에 따른 다층 기판으로 구성되는 안테나 모듈의 구성을 나타낸다. 도 8을 참조하면, 여러 방향으로 전자기파를 방사하여 커버리지(coverage)를 증가시킬 수 있는 밀리미터파 (millimeter wave, mmWave) 안테나 모듈(1100)의 측면도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 안테나 모듈(1100)은 송수신부 회로(transceiver circuit, 1250), 제1 전송 선로(transmission line, 1120a), 제2 전송 선로(1120b) 및 수직 비아(1130)를 포함하도록 구성될 수 있다. 한편, 안테나 모듈(1100)은 복수의 다층 기판으로 구현되므로 안테나 어셈블리(1100)로 지칭될 수도 있다.
송수신부 회로(1250)는 다층 기판으로 구성된 안테나 모듈(1110)에 배치되도록 구성될 수 있다. 송수신부 회로(1250)는 다층 기판의 최 상부 층에 배치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 8을 참조하면, 인쇄회로 기판(printed circuit board) 형태의 다층 기판은 6층(layer)로 되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 다양한 층 수로 구성될 수 있다. 송수신부 회로(1250)에 해당하는 RFIC는 PCB에 해당하는 다층 기판에 부착되며, 안테나(1100U, 1100S, 1100L)를 통해 mmWave 대역의 신호를 송신하거나 수신하도록 구성된다. 이와 관련하여, 안테나(1100U)는 상부로 신호를 방사하므로 상부 안테나로 지칭하고 안테나(1100L)는 하부로 신호를 방사하므로 하부 안테나로 지칭할 수 있다. 또한, 안테나(1100S)는 측면으로 신호를 방사하므로 측면 안테나로 지칭할 수 있다.
상부 안테나(1100U)와 하부 안테나(1100L)는 다층 기판에 수직한 방향인 상부 방향 및 하부 방향으로 신호를 방사하도록 제1 타입의 방사체로 구성될 수 있다. 상부 안테나(1100U)와 하부 안테나(1100L)는 패치 안테나와 같이 broadside 방향으로 신호를 방사하는 제1 타입의 안테나로 구성될 수 있다. 반면에, 측면 안테나(1100S)는 다층 기판에 평행한 방향인 측면 방향으로 신호를 방사하도록 제1 타입의 방사체로 구성될 수 있다. 측면 안테나(1100S)는 다이폴 안테나 또는 모노폴 안테나와 같이 end-fire 방향으로 신호를 방사하는 제2 타입의 안테나로 구성될 수 있다.
따라서, 안테나 모듈(1100)은 하부 안테나(1100L) 및 다층 기판 내부에 배치되고, 상기 다층 기판의 측면 방향(side direction)으로 신호를 방사하도록 구성된 측면 안테나(side antenna, 1100S)를 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 안테나 모듈(1100)은 상부 안테나(1100U)를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
측면 안테나(1100S)의 지향성(directivity)을 향상시키기 위해, 그라운드 비아 월(1130c)이 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 전술한 바와 같이 측면 안테나(1100S)는 다층 기판 내부에 배치되고, 다층 기판의 측면 방향(side direction)으로 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 그라운드 비아 월(1130c)은 측면 안테나(1100S)가 방사하는 신호의 측면 방향으로의 지향성이 개선되도록 측면 안테나(1100S)보다 다층 기판의 내측에 배치되는 복수의 레이어로 구성될 수 있다. 다시 말해, 그라운드 비아 월(1130c)은 제1 및 제2 그라운드(G1, G2)의 비아 패드와 비아 패드를 상호 연결하는 수직 연결부로 구성될 수 있다.
한편, 제1 전송 선로(1120a)는 안테나 모듈(1100)의 제1 레이어에 배치되고, 송수신부 회로(1250)와 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 제2 전송 선로(1120b)는 안테나 모듈(1100)의 제2 레이어에 배치되고, 안테나와 전기적으로 연결되도록 구성 구성될 수 있다. 여기서, 제1 레이어 및 제2 레이어는 제1 전송 선로(1120a)와 제2 전송 선로(1120b)가 배치되는 다층 기판 내의 임의의 레이어이다. 일 예로 도 8을 참조하면, 제1 레이어는 최 상부 층인 제1 층(L1)일 수 있고, 제2 레이어는 다층 기판 내부의 제3 층(L3)일 수 있다. 이에 따라, 제1 전송 선로(1120a)는 RFIC(1250)가 배치되는 PCB 상단 레이어에 배치되거나 또는 PCB 하단 레이어에 배치될 수 있다. 한편, 제2 전송 선로(1120b)는 PCB 내부 레이어에 배치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다.
한편, RFIC(1250)와 안테나(1100U, 1100S, 1100L)를 연결하기 위한 급전선(feeding line)이 다층 기판 상에 배치되거나 다층 기판 내부에 배치될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 상부 안테나(1100U)와 RFIC(1250)는 다층 기판의 최 상부 층에 배치되므로 수직 비아 연결 없이 직접 연결될 수 있다. 한편, 상부 안테나(1100U)가 최 상부 층이 아닌 다른 층, 예컨대 제2 층(L2)에 배치되면 수직 비아 연결을 통해 연결될 수 있다.
한편, 하부 안테나(1100L)는 전술한 제1 전송 선로(1120a), 수직 비아(1130) 및 제2 전송 선로(1120b)에 의해 RFIC(1250)와 연결되도록 구성될 수 있다. 하부 안테나(1100L)는 제2 전송 선로(1120b)와 제2 수직 비아(1132)를 통해 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 하부 안테나(1100L)는 안테나 모듈(1100)의 하부 방향(lower direction)으로 신호를 방사하도록 구성되는 하부 안테나일 수 있다.
수직 비아(vertical via, 1120)는 제1 전송 선로(1120a)와 제2 전송 선로(1120b)를 수직하게 연결하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 상부 층과 하부 층의 급전 선, 예컨대 제1 및 제2 전송 선로(1120a, 1120b)를 연결하기 위해 수직 비아(1120)는 비아 패드(via pad, VP)와 수직 연결부(vertical connection part, VC)로 구성될 수 있다. 한편, 비아 패드(VP)의 일 단부와 인접한 그라운드 비아(1130a, 1130b)와의 간격을 비아 공차(via clearance)로 지칭할 수 있다.
그라운드 비아(1130a, 1130b)는 서로 다른 그라운드, 예컨대 제1 그라운드(G1)와 제2 그라운드(G2)를 상호 연결하도록 구성될 수 있다. 제2 전송 선로(1120b)의 일 단부에 인접하게 제1 그라운드 비아(1130a)가 형성될 수 있다. 또한, 제2 전송 선로(1120b)의 타 단부에 인접하게 제2 그라운드 비아(1130b)가 형성될 수 있다.
비아 패드(VP)와 수직 연결부(VC)로 구성된 수직 비아(1130)는 시그널 비아 또는 급전 비아로 지칭될 수 있다. 비아 패드(VP)와 수직 연결부(VC)로 구성된 급전 비아(1130)와 그라운드 비아(1130b)와의 비아 공차에 의해 mmWave 대역에서 급전선의 임피던스를 50ohm보다 낮게 구성할 수 있다. 이에 따라, 안테나(1100U, 1100S, 1100L)와 RFIC(1250) 간의 임피던스 부정합(mis-matching)이 발생할 수 있다.
한편, 제1 전송 선로(1120a)에 해당하는 급전선은 PCB에 해당하는 다층 기판의 최 상부 층 또는 최 하부 층에 배치되는 마이크로 스트립 라인(micro-strip line)으로 구성될 수 있다. 이 경우, 급전선이 다층 기판의 최 상부 층 또는 최 하부 층에 배치되지 않더라도 급전선의 상부 또는 하부에 그라운드가 배치되지 않으면 급전선이 마이크로 스트립 라인이라고 간주할 수 있다. 반면에, 제2 전송 선로(1120b)에 해당하는 급전선은 PCB에 해당하는 다층 기판 내부에 배치되는 스트립 라인(strip line)으로 구성될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 전송 선로(1120b)의 상부와 하부에 각각 제1 그라운드(G1) 및 제2 그라운드(G2)가 배치되어 제2 전송 선로(1120b)는 스트립 라인 구조에 해당한다.
따라서, 제1 전송 선로(1120a)는 유전체 상에 배치되는 도전 라인(conductive line)의 상부에 유전체 없이 공기 층(air layer)이 형성되는 마이크로 스트립 라인으로 구성될 수 있다. 한편, 제2 전송 선로(1120b)는 도전 라인의 상부와 하부에 각각 유전체가 배치되고, 각각의 유전체의 상부와 하부에 그라운드(G1, G2)가 배치되는 스트립 라인으로 구성될 수 있다.
안테나 및 급전선 배치 구조와 관련하여, 도 8을 참조하면 상부 안테나(1100U)와 하부 안테나(1100D)에 해당하는 패치 안테나는 최 상부 층인 제1 층(L1)과 최 하부 층인 제6 층(L6)에 배치될 수 있다. 패치 안테나의 그라운드 및 제2 전송 선로(1120b)의 상부 그라운드로 동작하는 제1 그라운드(G1)가 제2 층(L2)에 배치될 수 있다. 한편, 제2 전송 선로(1120b)의 하부 그라운드로 동작하는 제2 그라운드(G2)가 제4 층(L4)에 배치될 수 있다.
하부 안테나(1100L)를 급전하도록 제2 전송 선로(1120b)로 구성된 급전선이 제3 층(L3)에 배치될 수 있다. 이 경우, 제3 층(L3)에 배치된 측면 안테나(1100S)를 급전하는 급전선 배치 공간에 제약이 발생할 수 있다. 특히, 측면 안테나(1100S)의 반사체(reflector)로 동작하는 그라운드 비아 월(1130c)이 제2 층(L2) 내지 제4 층(L4)에 형성되면 측면 안테나(1100S)를 급전하는 급전선 배치 공간에 제약이 발생할 수 있다. 그라운드 비아 월(1130c)을 포함하여 복수의 그라운드 비아(1130a, 1130b, 1130c)가 다층 기판 내부에 배치될 수 있다.
이러한 배치 공간 제약 조건을 완화하기 위해, 다이폴 안테나와 같은 측면 안테나(1100S)가 제1 층(L1) 내지 제6 층(L6) 중 임의의 층에 배치될 수 있다. 또는, 측면 안테나(1100S)가 제2 층(L2) 내지 제4 층(L4) 중 임의의 층에 배치될 수 있다. 이 경우, 측면 안테나(1100S)를 급전하는 급전선은 그라운드 비아(1130a, 1130b, 1130c)가 형성되지 않은 영역을 통해 형성되어 측면 안테나(1100S)와 연결될 수 있다.
한편, 본 명세서에서 개시되는 RFIC와 안테나를 연결하는 전송 선로 간 수직 비아 연결을 갖는 임피던스 정합 구조에 대해 상세하게 설명한다. 이와 관련하여, 도 9는 본 명세서에서 개시되는 RFIC와 안테나를 연결하는 전송 선로 간 수직 비아 연결을 갖는 임피던스 정합 구조를 나타낸다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 수직 비아(1130)와 연결되는 제1 전송 선로(1120a)의 제1 임피던스 변환부(1121)는 제1 너비(W1)와 제1 길이(L1)를 갖도록 구성될 수 있다. 수직 비아(1130)와 연결되는 제2 전송 선로(1120b)의 제2 임피던스 변환부(1122)는 제2 너비(W2)와 제2 길이(L2)를 갖도록 구성될 수 있다.
한편, 본 명세서에서 개시되는 임피던스 정합 구조에서 제1 임피던스 변환부(1121)와 제2 임피던스 변환부(1122)의 치수는 소정 범위 내에서 설정될 수 잇다. 이와 관련하여, 도 10a는 제1 및 제2 임피던스 변환부의 길이의 비율 (L1/L2)에 따른 주파수 별 반사 계수 특성을 나타낸다. 또한, 도 10b는 제1 및 제2 임피던스 변환부의 너비의 비율 (W1/W2)에 따른 주파수 별 반사 계수 특성을 나타낸다
도 10a를 참조하면, 제1 및 제2 임피던스 변환부의 길이의 비율 (L1/L2)이 0.65, 0.85, 1.20인 경우 57.2 내지 70.2GH의 전 대역에서 -15 dB 이하의 안정적인 반사손실 성능을 나타낸다. 하지만, 제1 및 제2 임피던스 변환부의 길이의 비율 (L1/L2)이 0.45 또는 1.35이 되면 반사손실 성능이 동작주파수 대역에서 -15dB 이상의 값을 가지므로 임피던스 정합 성능이 감쇠됨을 알 수 있다.
따라서, 도 8, 도 9 및 도 10a를 참조하면, 제1 임피던스 변환부(1121)의 제1 길이(L1)와 제2 임피던스 변환부(1122)의 제2 길이(L2)의 비율 (L1/L2)은 0.45 내지 1.35 사이의 범위로 설정될 수 있다.
도 10b를 참조하면, 제1 및 제2 임피던스 변환부의 너비의 비율 (W2/W1)이 0.38, 0.48, 0.57인 경우 57.2 내지 70.2GH의 전 대역에서 -15 dB 이하의 안정적인 반사손실 성능을 나타낸다. 하지만, 제1 및 제2 임피던스 변환부의 길이의 비율 (W2/W1)이 0.32 또는 0.71이 되면 반사손실 성능이 동작주파수 대역에서 -15dB 이상 이상의 값을 가지므로 임피던스 정합 성능이 감쇠됨을 알 수 있다.
따라서, 도 8, 도 9 및 도 10b를 참조하면, 제1 임피던스 변환부(1121)의 제1 너비(W1)와 제2 임피던스 변환부(1122)의 제2 너비(W2)의 비율 (W2/W1)은 0.32 내지 0.71 사이의 범위로 설정될 수 있다.
한편, 본 명세서에서 제안하는 마이크로 스트립 라인-스트립 라인 급전 구조를 구성하기 위해, 수직 비아(1130)가 필수적으로 필요하다. 한편, mmWave 대역과 같은 높은 대역에서 동작하는 안테나에서 PCB의 다층 기판에 구현되는 수직 비아(1130)에 의한 안테나와 전송 선로 간 부정합(mis-matching)이 발생할 수 있다.
이러한 안테나와 전송 선로 간 부정합을 개선하기 위한, 수직 비아(1130)를 중심으로 양 측에서 연결되는 제1 및 제2 전송 선로(1120a, 1120b)는 제1 및 제2 임피던스 변환부(1121, 1122)를 구비하도록 구성될 수 있다.
도 11은 전술한 문제를 해결하기 위해 본 명세서에서 제안하는 임피던스 변환 구조의 등가 회로를 나타낸다. 한편, 도 12a 내지 도 12c는 다양한 실시 예들에 따른 수직 비아에 의해 연결된 전송 선로 구조를 나타낸다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 제1 및 제2 전송 선로(1120a, 1120b)는 수직 비아(1130)를 중심으로 양 측에서 연결되는 제1 및 제2 임피던스 변환부(1121, 1122)를 각각 포함한다.
도 8 내지 도 11을 참조하면, 제1 및 제2 임피던스 변환부(1121, 1122)는 동작 주파수에 해당하는 파장의 1/4 길이로 형성되므로 λ/4변환기로 지칭할 수 있다. 이와 같이 수직 비아(1130)를 중심으로 양 측에서 서로 마주보도록 λ/4변환기 형태의 제1 및 제2 임피던스 변환부(1121, 1122)를 사용하여, 넓은 대역폭에 걸쳐 50ohm 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
도 8 내지 도 11을 참조하면, 수직 비아(1130)은 부하 임피던스(load impedance) RL과 수직 높이(vertical height, h)에 해당하는 전기적 길이로 모델링될 수 있다. 안테나 모듈이 저주파수 대역에서 동작하면 수직 비아의 전기적 길이는 무시할 수 있다. 하지만, mmWave 대역과 같은 높은 주파수 대역에서 동작하는 안테나 모듈 내부의 수직 비아(1130)의 전기적 길이는 무시할 수 없다. 이에 따라, 특성 임피던스 Z0, 즉 50ohm을 갖는 제1 및 제2 전송 선로(1120a, 1120b)는 각각 부하 임피던스(RL)을 중심으로 좌측과 우측에 λ/4 이하의 길이로 구성된 제1 및 제2 임피던스 변환부(1121, 1122)가 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 파장(λ)는 기판(substrate)의 유효 유전율(eeff)에 의해 길이가 감소한 λeff가 될 수 있다. 실시 예에서는 부하 임피던스(RL)를 수직 비아(1130)로 구성하였으나 권리 범위는 수직 비아(1130)에 한정되지 않고, 서로 다른 전송 선로 간 임의의 연결 구조로 확장될 수 있다.
제1 임피던스 변환부(1121)의 특성 임피던스(characteristic impedance) Z1과 제2 임피던스 변환부(1122)의 특성 임피던스 Z2는 같거나 다를 수 있다. Z1과 Z2의 임피던스를 갖는 λ/4변환기인 제1 및 제2 임피던스 변환부(1121, 1122)는 서로 다른 레이어에 위치한다.
도 11(a)는 수직 비아(1130)를 중심으로 제1 및 제2 임피던스 변환부(1121, 1122)로 구성된다. 도 11(a)를 참조하면, 수직 비아(1130)를 중심으로 일 측에는 하나의 임피던스 변환기가 배치된다. 한편, 본 명세서에 따른 λ/4 변환기는 도 11(b)와 같은 3개 이상의 다단 변환기로 될 수 있다.
다단 변환기는 부하 임피던스(ZL, RL)가 단일 변환기(single transformer)를 거쳐 바로 50ohm이 되는 것이 아니라, 중간에 배치되는 복수의 임피던스 변환부를 거쳐서 변환된다. 도 8 내지 도 10 및 도 11(b)를 참조하면, 부하 임피던스(ZL)를 갖는 수직 비아(1130)는 복수의 임피던스 변환부(1121-1 내지 1121-3)을 통해 50ohm을 갖는 특성 임피던스 Z0로 임피던스 변환될 수 있다.
이와 관련하여, 복수의 임피던스 변환부의 개수는 3개에 한정되는 것이 아니라 2개 이상의 임의의 다단 임피던스 변환기로 구성될 수 있다. 2개의 임피던스 변환기로 구성되는 경우, 각각의 임피던스 변환기를 제1 및 제2 임피던스 변환기로 지칭할 수 있다. 약 30ohm의 부하 임피던스를 갖는 수직 비아(1130)과 제1 임피던스 변환기를 통해 약 40ohm으로 임피던스 변환되고, 다시 제2 임피던스 변환기를 통해 50ohm으로 임피던스 변환될 수 있다.
한편, 수직 비아(1130)를 중심으로 일 측과 타 측에 임피던스 변환부의 개수가 서로 다르게 구성될 수도 있다. 도 8 내지 도 11을 참조하면, 제1 및 제2 임피던스 변환부(1120a, 1120b) 중 하나는 하나의 단일 임피던스 변환기로 구성될 수 있다. 제1 및 제2 임피던스 변환부(1120a, 1120b) 중 다른 하나는 둘 이상의 다단 임피던스 변환기로 구성될 수 있다.
도 12a를 참조하면, 제1 및 제2 전송 선로(TL1, TL2)가 수직 비아(1130)를 중심으로 서로 다른 레이어에 위치하고, 수직 비아(1130)를 통해 상호 연결되도록 구성된다. 다시 말해, 제1 및 제2 전송 선로(TL1, TL2)가 복수의 비아 패드(VP1, VP2,..., VPn) 및 복수의 수직 연결부(VC1, VC2,..., VCn-1)를 갖는 수직 비아(1130)를 통해 연결되도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 전송 선로(TL1, TL2)가 임피던스 변환부 없이 구현될 수도 있지만, 임피던스 변환을 위해 도 8의 그라운드와의 비아 공차 간격을 조절할 필요가 있다.
도 12b를 참조하면, 제1 전송 선로(TL1)가 제2 임피던스 변환부(1122)를 갖는 제2 전송 선로(TL2, 1120b)와 수직 비아(1130)를 중심으로 서로 다른 레이어에 위치하고, 수직 비아(1130)를 통해 상호 연결되도록 구성된다. 다시 말해, 제1 전송 선로(TL1)가 제2 임피던스 변환부(1122)를 갖는 제2 전송 선로(TL2, 1120b)와 복수의 비아 패드(VP1, VP2,..., VPn) 및 복수의 수직 연결부(VC1, VC2,..., VCn-1)를 갖는 수직 비아(1130)를 통해 연결되도록 구성될 수 있다. 제1 전송 선로(TL1)가 임피던스 변환부 없이 구현될 수도 있지만, 임피던스 변환을 위해 도 8의 그라운드와의 비아 공차 간격을 조절할 필요가 있다.
도 12b에 도시된 수직 비아(1130)에 의해 왜곡된 임피던스를 Z0로 다시 정합하기 위해 제2 전송 선로(TL2)에 λ/4변환기인 제2 임피던스 변환부(1122)를 사용한다. 이 경우, 제2 임피던스 변환부(1122)의 라인 임피던스는 도 11과 같이 Z2로 구성될 수 있다. 수직 비아(1130)에 의해 왜곡된 임피던스가 Z0 보다 낮다고 간주되므로, Z2 <Z0 가 되어야 한다. 따라서, 제2 임피던스 변환부(1122)의 선폭이 제2 전송 선로(TL2)의 선폭보다 더 넓다. 한편, 제2 임피던스 변환부(1122)의 라인 길이는 λ/4 이하의 길이를 갖도록 구성될 수 있다.
한편, 도 12b의 구성에 한정되는 것은 아니고, 제2 전송 선로(TL2)가 임피던스 변환부 없이 수직 비아(1130)와 연결되고 제1 전송 선로(TL1)가 임피던스 변환부를 통해 수직 비아(1130)를 통해 연결될 수도 있다.
도 12c를 참조하면, 제1 전송 선로(TL1)에 λ/4변환기인 제1 임피던스 변환부(1121)가 더 추가될 수 있다. 제1 전송 선로(TL1)의 제1 임피던스 변환부(1121)가 수직 비아(1130)을 바라보는 임피던스가 Z0 보다 낮다고 간주되므로, Z1 <Z0 가 되어야 한다. 따라서, 제2 임피던스 변환부(1121)의 선폭이 제2 전송 선로(TL2)의 선폭보다 더 넓다. 제1 전송 선로(TL1)에 사용된 제1 임피던스 변환부(1121)의 길이와 너비는 설계 사항에 따라 제2 전송 선로(TL2)에 사용된 제2 임피던스 변환부(1122)의 길이와 너비와 동일하거나 또는 서로 다르게 구성될 수 있다.
한편, 도 8 내지 도 11 및 도 12c를 참조하면, 제1 전송 선로(TL1, 1120a)는 마이크로 스트립 라인으로 구성되고, 제2 전송 선로(TL2, 1120b)는 스트립 라인으로 구성될 수 있다. 상부에 공기 층이 형성된 마이크로 스트립 라인의 유효 유전율(effective permittivity)가 스트립 라인의 유효 유전율보다 더 낮다. 따라서, 제1 전송 선로(TL1, 1120a)의 제1 너비(W1)기 제2 전송 선로(TL2, 1120b)의 제2 너비(W1)보다 더 넓게 구성될 수 있다.
도 8 내지 도 11 및 도 12c를 참조하면, 제1 임피던스 변환부(1121)는 마이크로 스트립 라인에서 제1 임피던스에 해당하는 제1 너비(W1)와 동작 주파수에 해당하는 파장의 1/4인 4반파장(quarter wavelength)의 제1 길이(L1)로 구성될 수 있다. 제1 임피던스 변환부(1121)는 제1 전송 선로(1120a)의 50ohm 임피던스와 수직 비아(1130)의 상단부(upper end region)에서의 제2 임피던스 사이의 임피던스 매칭을 수행하도록 구성될 수 있다.
제2 임피던스 변환부(1122)는 스트립 라인에서 제3 임피던스에 해당하는 제2 너비(W2)와 동작 주파수에 해당하는 파장의 1/4인 4반파장의 제2 길이(L2)로 구성될 수 있다. 제2 임피던스 변환부(1122)는 제2 전송 선로(1120b)의 50ohm 임피던스와 수직 비아(1130)의 하단부(lower end region)에서의 제4 임피던스 사이의 임피던스 매칭을 수행하도록 구성될 수 있다.
제1 임피던스 변환부(1121)의 제1 너비(W1)는 제1 전송 선로(1120a)의 50ohm 선폭(line width)보다 더 넓게 구성될 수 있다. 따라서, 제1 임피던스 변환부(1121)의 제1 임피던스는 50ohm보다 더 작은 값으로 구성될 수 있다.
제2 임피던스 변환부(1122)의 제2 너비(W2)는 제2 전송 선로(1120b)의 50ohm 선폭(line width)보다 더 넓고 제1 너비(W1)보다 더 좁게 구성될 수 있다. 따라서, 제2 임피던스 변환부(1122)의 제2 임피던스는 50ohm보다 더 작은 값으로 구성될 수 있다. 한편, 제2 임피던스 변환부(1122)의 제2 임피던스는 제1 임피던스 변환부(1121)의 제1 임피던스보다 더 큰 값으로 구성될 수 있다.
도 8 내지 도 11 및 도 12b를 참조하면, 제1 및 제2 전송 선로(1120a, 1120b) 중 하나는 임피던스 변환부 없이 50ohm을 갖는 전송 라인으로만 구성될 수 있다. 일 예로, 제1 전송 선로(1120a)가 임피던스 변환부 없이 50ohm을 갖는 전송 라인으로만 구성될 수 있다. 이를 위해, 제1 임피던스 변환부(1121)의 제1 너비(W1)는 제1 전송 선로(1120a)의 50ohm 선폭과 동일하게 구성될 수 있다. 이 경우, 제2 임피던스 변환부(1122)의 제2 너비(W2)는 제2 전송 선로(1120b)의 50ohm 선폭과 다르게 (더 넓게) 구성될 수 있다.
다른 예로, 제2 전송 선로(1120b)가 임피던스 변환부 없이 50ohm을 갖는 전송 라인으로만 구성될 수 있다. 이를 위해, 제2 임피던스 변환부(1122)의 제2 너비(W2)는 제2 전송 선로(1120b)의 50ohm 선폭과 동일하게 구성될 수 있다. 이 경우, 제1 임피던스 변환부(1121)의 제1 너비(W1)는 제1 전송 선로(1120a)의 50ohm 선폭과 다르게 (더 넓게) 구성될 수 있다.
본 명세서의 또 다른 실시 예에 따른 다층 임피던스 변환 구조는 수직 비아(1130)를 중심으로 서로 다른 개수의 임피던스 변환기로 구성되는 비대칭 구조(asymmetric structure)로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 13a는 마이크로 스트립 라인에서 수직 비아로 연결 시 복수의 임피던스 변환부를 통해 임피던스 변환하는 구성을 나타낸다. 한편, 도 13b는 스트립 라인에서 수직 비아로 연결 시 복수의 임피던스 변환부를 통해 임피던스 변환하는 구성을 나타낸다.
도 13a를 참조하면, 제1 전송 선로(1120a)는 제1 임피던스 변환부(1121) 및 제3 임피던스 변환부(1123)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 임피던스 변환부(1121)는 수직 비아(1130)와 연결되고, 제1 너비(W1)와 제1 길이(L1)를 갖도록 구성될 수 있다. 제3 임피던스 변환부(1123)는 제1 임피던스 변환부(1121)의 일 단부와 연결되고, 제3 너비(W3)와 제3 길이(L3)를 갖도록 구성될 수 있다. 제3 임피던스 변환부(1123)는 제1 임피던스 변환부(1121)와 50ohm 임피던스의 제1 전송 선로(1120a) 간의 임피던스 변환을 수행하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 제3 임피던스 변환부(1123)의 제3 너비(W3)는 제1 임피던스 변환부(1121)의 제1 너비(W1)보다 더 좁고 제1 전송 선로(1120a)의 50ohm 선폭보다 더 넓게 구성될 수 있다.
도 13b를 참조하면, 제2 전송 선로(1120b)는 제2 임피던스 변환부(1122) 및 제4 임피던스 변환부(1124)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제2 임피던스 변환부(1122)는 수직 비아(1130)와 연결되고, 제2 너비(W2)와 제2 길이(L2)를 갖도록 구성될 수 있다. 제4 임피던스 변환부(1124)는 제2 임피던스 변환부(1122)의 일 단부와 연결되고, 제4 너비(W4)와 제4 길이(L4)를 갖도록 구성될 수 있다. 제4 임피던스 변환부(1124)는 제2 임피던스 변환부(1122)와 50ohm 임피던스의 제2 전송 선로(1120b) 간의 임피던스 변환을 수행하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 제4 임피던스 변환부(1124)의 제4 너비(W4)는 제2 임피던스 변환부(1122)의 제2 너비(W2)보다 더 좁고 제2 전송 선로(1120b)의 50ohm 선폭보다 더 넓게 구성될 수 있다.
도 13a의 실시예는 도 9의 실시예와 결합하여 마이크로 스트립 라인 영역은 2개 이상의 임피던스 변환부로 구성되고 스트립 라인 영역은 1개의 임피던스 변환부로 구성될 수 있다. 다른 예로, 도 13a의 실시예는 도 9의 실시예와 결합하여 마이크로 스트립 라인 영역은 2개 이상의 임피던스 변환부로 구성되고 스트립 라인 영역도 2개의 임피던스 변환부로 구성될 수 있다.
한편, 도 13b의 실시 예는 도 9의 실시예와 결합하여 스트립 라인 영역은 2개 이상의 임피던스 변환부로 구성되고 마이크로 스트립 라인 영역은 1개의 임피던스 변환부로 구성될 수도 있다.
본 명세서에 따른 다층 임피던스 변환 구조에서 수직 비아(1130)의 각 레이어에는 그라운드 층이 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 14a는 본 명세서에 따른 다층 임피던스 변환 구조에서 수직 비아가 각 레이어에 그라운드 층과 동일한 간격으로 이격된 구조를 나타낸다. 도 14b는 본 명세서에 따른 다층 임피던스 변환 구조에서 수직 비아가 각 레이어에 그라운드 층과 서로 다른 간격으로 이격된 구조를 나타낸다.
도 8, 도 14a 및 도 14b를 참조하면, 수직 비아(1130)는 다층 기판의 최 상부 층(L1)에 배치된 마이크로 스트립 라인(TL1)과 다층 기판의 내부에 배치된 스트립 라인(TL2)을 수직하게 연결하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 수직 비아(1130)는 복수의 비아 패드(VP1, VP2,..., VPn) 및 복수의 수직 연결부(VC1, VC2,..., VCn-1)를 포함하도록 구성될 수 있다. 서로 다른 레이어(L1 내지 Ln)에 배치된 복수의 비아 패드(VP1, VP2,..., VPn) 각각은 동일한 레이어에 배치되는 각각의 그라운드(G1, G2,..., Gn)와 소정 너비의 갭(GA)이 형성되도록 배치될 수 있다.
이와 관련하여, 각 레이어마다 수직 비아(1130)의 중심으로부터 각 레이어에 배치된 각각의 그라운드(G1, G2,..., Gn)까지의 거리를 갭이라고 정의할 수 있다. 도 14a를 참조하면, 수직 비아(1130)의 중심으로부터 각각의 그라운드(G1, G2,..., Gn)까지의 갭 간격은 각 층마다 동일하게 구성될 수 있다.
도 14b는 수직 비아(1130)에 의해 임피던스가 왜곡되는 것을 방지하기 위한 비아 갭의 변형 설계 구조를 나타낸다. 도 14b를 참조하면, 급전선과 비아로 이루어진 다층 임피던스 변환 구조는 서로 다른 레이어에 위치한 하나 이상의 전송 선로(TL1, TL2)를 연결하기 위한 것이다. 다층 임피던스 변환 구조는 위치한 하나 이상의 전송 선로(TL1, TL2) 간을 물리적으로 연결하기 위한 수직 비아(1130)와 수직 비아(1130)에 인접한 그라운드 층(G1, G2,..., n)을 더 포함하도록 구성된다.
하나의 전송 선로만으로 구성된 경우, 전송 선로와 연결되지 않은 수직 비아(1130)는 비아 패드와 수직 연결부만 있는 것으로 간주될 수 있다. 일 예로, 비아 패드와 수직 연결부만 있는 수직 비아(1130)는 그라운드와 연결된 그라운드 비아로 구성될 수 있다. 또는, 50ohm 라인으로 임피던스 변환되지 않고 안테나의 임의의 지점과 수직 비아(1130)과 직접 연결되도록 구성될 수도 있다. 이와 관련하여, 도 8 및 도 14b를 참조하면, 수직 비아(1130)와 제2 전송 선로(TL2)와 연결되지 않고 하부 안테나(1100L)과 직접 연결될 수도 있다.
도 8 및 도 14b를 참조하면, 복수의 비아 패드(VP1, VP2,..., VPn) 각각은 동일한 레이어에 배치되는 각각의 그라운드(G1, G2,..., Gn)와 동일한 간격의 갭으로 상호 이격될 수 있다. 반면에, 도 8 및 도 14b를 참조하면, 복수의 비아 패드(VP1, VP2,..., VPn) 각각은 동일한 레이어에 배치되는 각각의 그라운드(G1, G2,..., Gn)와 서로 다른 소정 너비의 갭으로 이 형성되도록 배치될 수 있다.
도 14b를 참조하면, 비아 공차(via clearance) 변형의 실시 예와 같이, 각 레이어마다 존재하는 갭 간격, 즉 GA1과 GA2를 서로 다른 크기로 형성하여 임피던스를 조절할 수 있다. GA1은 각 전송 선로(TL1, TL2)의 그라운드와의 비아 갭(via gap)을 의미한다. 반면에, GA2는 각 전송 선로(TL1, TL2) 사이의 수직 영역 내에 배치되는 수직 비아(1130)와 그라운드 간의 비아 갭을 의미한다. 각 레이어마다 존재하는 복수의 비아 갭(GA1, GA2)는 서로 다를 수 있다. 일 예로, G A1과 GA2의 관계는 GA1 < GA2로 설정될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
전술한 바와 같이, 제1 및 제2 전송 선로(TL1, TL2)가 배치된 레이어의 갭은 GA1으로 구성되고 다층 기판의 내부에서 갭 간격은 GA2로 더 증가하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 제2 전송 선로(TL2)의 상부와 하부에 그라운드 층이 수직 비아(1130)와 수평 방향으로 인접하게 배치되어 수평 방향으로 전체 길이에 걸쳐 스트립 라인으로 구성될 수 있다. 하지만, 서로 다른 소정 너비의 갭 간격은 도 14b의 구성에 한정되는 것은 아니다.
다른 예로, 제1 및 제2 전송 선로(TL1, TL2)가 배치된 레이어의 갭은 GA2로 구성되고 다층 기판의 내부에서 갭 간격은 GA1으로 더 감소하도록 구성될 수도 있다. 이에 따라, 다층 기판 내부에서 수직 비아(1130)의 특성 임피던스를 감소하도록 하고, 다층 기판의 상부 또는 하부에서 수직 비아(1130)의 특성 임피던스가 증가하도록 구성할 수도 있다.
한편, GA3은 수직 비아(1130)을 기준으로 G A1과 GA2의 반대 측의 형성된 비아 갭의 간격을 의미한다. GA3의 값을 GA1과 GA2의 값과 다르게 하여 비대칭 구조를 형성하여 임피던스 조절 성능을 더 향상시킬 수도 있다.
도 14b의 비아 갭 변형 설계 구조를 도 12a 내지 도 12c의 다양한 실시예의 λ/4 변환기 구조와 함께 사용할 수 있다. 도 8, 도 9, 도 12a 내지 도 12c 및 도 14b를 참조하면, 서로 다른 레이어에 배치된 복수의 비아 패드(VP1, VP2,..., VPn) 각각은 동일한 레이어에 배치되는 각각의 그라운드(G1, G2,쪋, Gn)와 서로 다른 소정 너비의 갭이 형성되도록 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 임피던스 변환부(1120a) 및 제2 임피던스 변환부(1120b) 중 적어도 하나는 50ohm 선폭으로 구현될 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 전송 선로(TL1, TL2) 중 적어도 하나를 임피던스 변환부 없이 구현하여, 전송 선로 길이를 감소시킬 수 있다. 따라서, mmWave 대역과 같은 고주파수 대역에서 전송 선로의 라인 손실을 최소화할 수 있다.
본 명세서에 따른 다층 임피던스 변환 구조의 전기적 특성에 대해 설명하면 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 15a는 수직 비아에 의해 상호 연결된 급전선의 제1 구조와 다층 임피던스 변환부를 구비한 제2 구조의 임피던스 변화를 스미스 차트(Smith chart) 상에서 나타낸 것이다. 한편, 도 15b는 도 15a의 제1 구조와 제2 구조의 주파수 변화에 따른 반사 손실과 전달 손실을 나타낸 것이다.
도 15a와 관련하여, 제1 구조는 도 12a와 같이 제1 및 제2 전송 선로(TL1, TL2)가 임피던스 변환부 없이 수직 비아(1130)에 의해 상호 연결된 구조이다. 반면에, 제2 구조는 도 12c와 같이 제1 및 제2 전송 선로(TL1, TL2)가 수직 비아(1130)를 중심으로 제1 및 제2 임피던스 변환부(1121, 1122)에 의해 상호 연결된 구조이다.
도 12a, 도 12c 및 도 15a를 참조하면, 스미스 차트 상에서 도시된 바와 같이 제1 구조의 임피던스 특성은 50ohm에 해당하는 중심에서 상당히 이격되게 된다. 제1 구조는 제1 및 제2 전송 선로(TL1, TL2)로 이루어진 급전선과 수직 비아(1130)만 있는 구조이다. 반면에, 제2 구조의 임피던스 특성은 50ohm에 해당하는 중심에 배치되고 주파수 변화에 따른 변화도 적다. 제2 구조는 제1 및 제2 전송 선로(TL1, TL2)가 수직 비아(1130)를 중심으로 서로 다른 선폭을 갖는 제1 및 제2 임피던스 변환부(1121, 1122)에 의해 연결된 구조이다.
도 15b(a)는 도 15a의 제1 구조와 제2 구조의 주파수 변화에 따른 반사 손실(reflection loss)를 나타낸 것이다. 도 15b(a)의 (i)제1 구조의 주파수 별 반사 손실은 -10dB 이하를 유지하지만 -15dB 이상의 값을 갖는다. 반면에, 도 15b(a)의 (ii)제2 구조의 주파수 별 반사 손실은 57 내지 70GHz의 대역에서 -20dB 이하의 값을 갖는다. 따라서, S11에 해당하는 반사 손실의 경우 본 명세서에 따른 다층 임피던스 변환 구조 사용 시 57 내지 70GHz의 대역에서 약 10 dB 이상의 성능 개선 효과가 있다.
한편, 도 15b(b)는 도 15a의 제1 구조와 제2 구조의 주파수 변화에 따른 전달 손실(transmission loss)를 나타낸 것이다. 도 15b(b)의 (i)제1 구조의 주파수 별 전달 손실은 -0.5dB 이상의 값을 갖는다. 반면에, 도 15b(b)의 (ii)제2 구조의 주파수 별 전달 손실은 57 내지 70GHz의 대역에서 약 0.2 정도의 값을 갖는다. 따라서, 본 명세서에 따른 다층 임피던스 변환 구조 사용 시 57 내지 70GHz의 대역에서 S21에 해당하는 전달 손실이 절반 이상으로 감소하는 성능 개선 효과가 있다.
한편, 본 명세서에 따른 다층 임피던스 변환 구조는 RFIC의 복수의 포트들이 복수의 안테나 소자들과 연결되도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 16a는 RFIC의 복수의 포트들이 복수의 안테나 소자들과 연결된 구성을 나타낸다. 한편, 도 16b는 다층 기판 상에서 RFIC가 복수의 안테나 소자들과 연결된 측면도를 나타낸다.
도 16a 및 도 16b를 참조하면, 배열 안테나(1100a, 1100b)에서 RFIC(1250)에서 멀리 있는 제1 안테나(1100a)와 RFIC에서 가까이 있는 제2 안테나(1100b)의 라인 길이는 상이하다. 이 경우, 제1 안테나(1100a)의 제1 마이크로 스트립 라인의 길이(La)가 제2 안테나(1100b)의 마이크로 스트립 라인의 길이(Lb)보다 더 길게 구성할 수 있다. 도 16의 제1 안테나(1100a)와 제2 안테나(1100b)는 측면 안테나로 도시되었지만, 이에 한정되는 것은 아니고 하부 안테나 또는 상부 안테나에도 라인 길이를 조절하는 구성이 적용 가능하다.
제1 안테나(1100a) 및 제2 안테나(1100b)로 인가되는 신호의 위상(phase) 차이를 최소화하도록 더 긴 전체 라인 길이를 갖는 제1 안테나(1100a)의 제1 마이크로 스트립 라인의 길이(La)를 더 길게 구성한다. 이에 따라, 제1 안테나(1100a)의 전체 라인의 라인 손실을 감소시키고 제2 안테나(1100b)와의 위상 차이를 감소시킬 수 있다. 이와 관련하여, 마이크로 스트립 라인의 상부 영역은 공기 중에 노출되기 때문에 상부와 하부에 유전체가 배치된 구조에 비해 유효 유전율이 낮아지게 된다. 따라서, 마이크로 스트립 라인으로 구현된 급전선을 통해 진행하는 RF 신호의 전기적 길이는 스트림 라인으로 구현된 급전선을 통해 진행하는 RF 신호의 전기적 길이보다 더 짧게 된다. 이에 따라, 제1 안테나(1100a)와 제2 안테나(1100b) 간의 물리적 길이 차이에 비해, 전기적 길이 차이는 감소하게 된다.
전술한 기술적 구성과 관련하여, 안테나 모듈(1100)은 제1 안테나(1100a) 및 제1 안테나(1100a) 보다 송수신부 회로(1250)에서 더 멀리 배치된 제2 안테나(1100b)를 포함하도록 구성될 수 있다. 송수신부 회로(1250)는 제1 마이크로 스트립 라인(MSL1) 및 제1 스트립 라인(SL1)을 통해 제1 안테나(1100a) 와 연결된다. 또한, 송수신부 회로(1250)는 제2 마이크로 스트립 라인(MSL2) 및 제2 스트립 라인(SL2)을 통해 제2 안테나(1100b)와 연결된다.
이와 관련하여, 제2 마이크로 스트립 라인(MSL2)의 길이가 제1 마이크로 스트립 라인(MSL1)의 길이보다 더 길게 구성될 수 있다. 이에 따라, 송수신부 회로(1250)에서 제1 안테나(1110a)까지의 길이와 송수신부 회로(1250)에서 상기 제2 안테나(1110b)까지의 길이 차이를 보상할 수 있다. 따라서, 제1 안테나(1100a)와 제2 안테나(1100b) 간의 물리적 길이 차이에 비해, 전기적 길이 차이는 감소하게 된다.
제1 안테나(1100a)와 제2 안테나(1100b)는 배열 안테나 내의 서로 다른 안테나 소자를 지칭할 수 있다. 다른 예로, 제1 안테나(1100a)와 제2 안테나(1100b)는 서로 다른 배열 안테나를 구성하는 안테나 소자를 지칭할 수도 있다. 전자 기기는 배열 안테나를 통해 도 3b와 같이 빔 포밍을 수행하도록 구성될 수 있다. 한편, 전자 기기는 복수의 배열 안테나들을 이용하여 도 4 및 도 6과 같이 복수의 전자 기기들과 통신을 수행하거나 또는 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.
일 예로, 배열 안테나 내의 서로 다른 안테나 소자로 구성되는 제1 안테나(1100a)와 제2 안테나(1100b)는 RFIC(1250)와의 물리적 거리 차이를 마이크로 스트립 라인의 길이를 상이하게 하여 일부 보상할 수 있다.
한편, 마이크로 스트립 라인의 길이를 달리하여 거리 차이를 보상하여도 여전히 RFIC(1250)에서 제1 및 제2 안테나(1100a, 1100b)까지의 전기적 길이 차이, 즉 위상 차가 발생할 수 있다. 이러한 위상 차를 보상하기 위해 각 안테나(1100a, 1100b)에 위상 변위기(phase shifter)의 위상 값을 조정하여 각 안테나(1100a, 1100b)에 인가되는 신호의 위상을 동일하게 제어할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 개시되는 도 8의 상부 안테나(1100U), 하부 안테나(1100L) 또는 측면 안테나(1100S)는 배열 안테나로 구성될 수 있다. 각각의 배열 안테나에 인가되는 신호의 위상을 동일하게 하여 빔 방향이 중심 방향을 지향하도록 할 수 있다. 이와 관련하여, 중심 방향을 지향하는 빔 방향은 도 18의 제1 빔(B1) 또는 제2 빔(B2) 방향일 수 있다.
반면에, 각각의 배열 안테나의 각각의 소자에 인가되는 신호의 위상을 달리하여 빔 방향이 중심 방향에서 소정 방향으로 틸트되도록 빔 포밍을 수행할 수 있다. 이를 위해, 송수신부 회로(1250)는 각 안테나 소자에 인가되는 신호의 위상이 가변되도록 위상 변위기를 제어할 수 있다. 이에 따라, 빔 포밍된 신호의 방향은 도 18의 제1 빔(B1) 또는 제2 빔(B2) 방향에서 소정 각도만큼 변경될 수 있다. 이에 따라, 도 3b에 도시된 바와 같이 각 전자 디바이스가 최적의 방향으로 신호를 방사하도록 빔 포밍을 수행할 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 다층 임피던스 구조로 구현되는 측면 안테나(1100S) 또는 하부 안테나(1100L)는 배열 안테나로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 17a는 제1 타입 안테나와 제2 타입 안테나가 배열 안테나로 형성된 안테나 모듈(1100)이 전자 기기(1000)에 배치된 구조를 나타낸다. 도 17b는 복수의 배열 안테나 모듈을 확대한 도면이다.
도 1 내지 도 17b를 참조하면, 배열 안테나는 제1 배열 안테나 모듈(1100-1) 및 제1 배열 안테나 모듈(1100-1)에 제1 수평 방향으로 소정 간격 이격되어 배치되는 제2 배열 안테나 모듈(1100-2)을 포함할 수 있다. 한편, 배열 안테나의 개수는 2개에 한정되는 것은 아니고 도 17b와 같이 3개 이상으로 구현될 수도 있다. 따라서, 배열 안테나는 제1 배열 안테나 모듈(1100-1) 내지 제3 배열 안테나 모듈(1100-3)을 포함하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 제1 배열 안테나 모듈(1100-1) 및 제3 배열 안테나 모듈(1100-3) 중 적어도 하나는 안테나 모듈(1100)의 측면에 배치되어 측면 방향(B3)으로 빔을 형성하도록 구성될 수 있다.
다른 예로, 제1 배열 안테나 모듈(1100-1) 및 제3 배열 안테나 모듈(1100-3) 중 적어도 하나는 안테나 모듈(1100)의 전면에 배치되어 전면 방향(B1)으로 빔을 형성하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 배열 안테나 모듈(1100-1) 및 제2 배열 안테나 모듈(1100-2)을 이용하여 전면 방향(B1)으로 각각 제1 빔 및 제2 빔을 형성할 수 있다. 도 5c의 모뎀에 해당하는 프로세서(1400)는 제1 및 제2 배열 안테나 모듈(1100-1, 1100-2)을 각각 이용하여 각각 제1 빔 및 제2 빔을 제1 방향 및 제2 방향으로 형성하도록 제어할 수 있다. 즉, 제1 배열 안테나 모듈(1100-1)을 이용하여 수평 방향에서 제1 방향으로 제1 빔을 형성할 수 있다. 또한, 제2 배열 안테나 모듈(1100-2)을 이용하여 수평 방향에서 제2 방향으로 제2 빔을 형성할 수 있다. 이와 관련하여, 프로세서(1400)는 제1 방향의 제1 빔 및 제2 방향의 제2 빔을 이용하여 다중 입출력(MIMO)를 수행할 수 있다.
프로세서(1400)는 제1 및 제2 배열 안테나 모듈(1100-1, 1100-2)을 이용하여 제3 방향으로 제3 빔을 형성할 수 있다. 이와 관련하여, 프로세서(1400)는 제1 및 제2 배열 안테나 모듈(1100-1, 1100-2)를 통해 수신되는 신호가 합성되도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 또한, 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)를 통해 제1 및 제2 배열 안테나 모듈(1100-1, 1100-2)로 전달되는 신호가 각각의 안테나 소자로 분배되도록 제어할 수 있다. 프로세서(1400)는 제1 빔 및 제2 빔보다 좁은 빔 폭을 갖는 제3 빔을 이용하여 빔 포밍을 수행할 수 있다.
한편, 프로세서(1400)는 제1 방향의 제1 빔 및 제2 방향의 제2 빔을 이용하여 다중 입출력(MIMO)를 수행하고, 제1 빔 및 제2 빔보다 좁은 빔 폭을 갖는 제3 빔을 이용하여 빔 포밍을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 전자 기기 주변의 다른 전자 기기로부터 수신되는 제1 신호 및 제2 신호 품질이 임계치 이하이면, 제3 빔을 이용하여 빔 포밍을 수행할 수 있다.
배열 안테나의 소자 개수는 도시된 바와 같이 2개, 3개, 4개 등에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 배열 안테나의 소자 개수는 2개, 4개, 8개, 16개 등으로 확장 가능하다. 이에 따라, 배열 안테나는 1x2, 1x3, 1x4, 1x5, 쪋, 1x8 배열 안테나로 구성될 수 있다.
한편, 도 18은 실시 예들에 따른 전자 기기의 특정 위치에서 서로 다른 결합 구조로 결합된 안테나 모듈을 나타낸다. 도 18(a)를 참조하면, 안테나 모듈(1100)은 디스플레이(151) 하부 영역에 디스플레이(151)와 실질적으로 수평하게 배치될 수 있다. 이에 따라, 모노폴 방사체를 통해 전자 기기의 하부 방향으로 빔(B1)을 생성할 수 있다. 한편, 패치 안테나를 통해 전자 기기의 전면 방향으로 다른 빔(B2)를 생성할 수 있다.
도 18(b)를 참조하면, 안테나 모듈(1100)은 디스플레이(151) 하부 영역에 디스플레이(151)와 실질적으로 수직하게 배치될 수 있다. 배치될 수 있다. 이에 따라, 모노폴 방사체를 통해 전자 기기의 전면 방향으로 빔(B2)을 생성할 수 있다. 한편, 패치 안테나를 통해 전자 기기의 하부 방향으로 다른 빔(B1)를 생성할 수 있다.
도 18(c)를 참조하면, 안테나 모듈(1100)은 기구 구조에 해당하는 후면 케이스(1001)의 내부에 배치될 수도 있다. 후면 케이스(1001)의 내부에 디스플레이(151)와 실질적으로 평행하게 배치될 수 있다. 이에 따라, 모노폴 방사체를 통해 전자 기기의 하부 방향으로 빔(B2)을 생성할 수 있다. 한편, 패치 안테나를 통해 전자 기기의 후면 방향으로 다른 빔(B3)을 생성할 수 있다.
이상에서는 본 명세서의 일 양상에 따른 다층 임피던스 변환 구조를 구비한 안테나 모듈이 구비된 전자 기기에 대해 설명하였다. 이하에서는 본 명세서의 다른 양상에 따른 다층 임피던스 변환 구조를 구비한 안테나 모듈에 대해 도 1 내지 도 18을 참조하여 설명한다.
본 명세서에서 개시되는 안테나 모듈(1100)은 60GHz 대역에서 동작하는 안테나 소자, 예컨대 패치 방사체, 모노폴 방사체, 다이폴 방사체를 포함하여 다층 기판의 상부/하부 방향 또는 측면 방향으로 방사하는 임의의 방사체를 포함할 수 있다. 안테나 모듈(1100)은 안테나 소자와 RFIC(1250)와 안테나 소자 간을 연결하는 전송 선로(1120a, 1120b)을 포함할 수 있다. 한편, 안테나 소자를 통해 방사되는 신호와 전송 선로(1120a, 1120b)를 통해 전달되는 신호의 주파수 대역은 응용에 따라 변경 가능하다.
이와 관련하여, 밀리미터파 대역 (예컨대, 10GHz ~ 300GHz)에서 PCB에 해당하는 다층 기판의 서로 다른 레이어에 배치된 안테나와 RFIC를 전송 선로로 연결할 필요가 있다. 또한, 본 명세서는 다층 기판의 서로 다른 레이어의 급전선을 상호 연결하는 전송 선로 구조를 제시하기 위한 것이다. 일 예로, 안테나 모듈(1100)은 60GHz 대역에서 대역폭(bandwidth, BW)이 13GHz 이상이 되도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, IEEE 802.11ay의 경우 사용 주파수 대역이 57~70GHz로 대역폭이 넓기 때문이다.
이러한 목적을 달성하기 위해, 본 명세서에 따른 다층 임피던스 변환 구조를 구비한 안테나 모듈은 다음과 같은 해결 수단을 통해 전술한 목적을 달성할 수 있다. 본 명세서에서 개시되는 도 1 내지 도 18의 안테나 모듈(1100)은 일체형인 것을 특징으로 한다. 일 예로, PCB 공정에서 사용되는 비아(via)와 비아 패드(via pad)를 이용하여 전송 선로를 구현하고, 안테나를 PCB의 상부, 하부 또는 측면에 배치하여, 다층 기판인 PCB와 안테나 소자를 일체로 형성할 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 안테나 모듈(1100)은 제1 전송 선로(TL1, 1120a), 제2 전송 선로(TL2, 1120b) 및 수직 비아(1130)를 포함하도록 구성된다. 제1 전송 선로(TL1, 1120a)는 안테나 모듈(1100)의 제1 레이어에 배치되고, 송수신부 회로(1250)와 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 제2 전송 선로(TL2, 1120b)는 안테나 모듈(1100)의 제2 레이어에 배치되고, 안테나(1100U, 1100S, 1100L)와 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 수직 비아(1130)는 제1 전송 선로(TL1, 1120a)와 제2 전송 선로(TL2, 1120b)를 수직하게 연결하도록 구성될 수 있다.
수직 비아(1130)와 연결되는 제1 전송 선로(TL1, 1120a)의 제1 임피던스 변환부(1121)는 제1 너비(W1)와 제1 길이(L1)를 갖도록 구성될 수 있다. 수직 비아(1130)와 연결되는 제2 전송 선로(TL2, 1120b)의 제2 임피던스 변환부(1122)는 제2 너비(W2)와 제2 길이(L2)를 갖도록 구성될 수 있다.
안테나 모듈(1100)의 다층 임피던스 구조의 마이크로 스트립 라인과 스트립 라인으로 구성되는 제1 및 제2 임피던스 변환부(1121, 1122)의 너비와 길이는 소정 범위 내로 구성될 수 있다. 이에 따라, 다층 임피던스 구조의 대역폭 특성을 유지하면서 라인 손실이 최소화되도록 mmWave 대역에서 전기적 성능을 유지할 수 있다.
이와 관련하여, 제1 전송 선로(TL1, 1120a)는 유전체 상에 배치되는 도전 라인(conductive line)의 상부에 유전체 없이 공기 층(air layer)이 형성되는 마이크로 스트립 라인으로 구성될 수 있다. 제2 전송 선로(TL2, 1120b)는 도전 라인의 상부와 하부에 각각 유전체가 배치되는 스트립 라인으로 구성될 수 있다.
제1 임피던스 변환부(1121)의 제1 길이(L1)와 제2 임피던스 변환부(1122)의 제2 길이(L2)의 비율 (L1/L2)은 0.45 내지 1.35 사이의 범위로 설정될 수 있다. 또한, 제1 임피던스 변환부(1121)의 제1 너비(W1)와 제2 임피던스 변환부(1122)의 제2 너비(w2)의 비율 (W2/W1)은 0.32 내지 0.71 사이의 범위로 설정될 수 있다.
이상에서는 밀리미터파 대역에서 동작하는 다층 임피던스 변환 구조를 구비하는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기에 대해 살펴보았다. 이와 같은 밀리미터파 대역에서 동작하는 다층 임피던스 변환 구조를 구비하는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
이와 같은 밀리미터파 대역에서 동작하는 다층 임피던스 변환 구조를 구비하는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
실시 예에 따르면, 급전선이 모두 배치되기 어려운 공간에서 적은 개수의 레이어를 사용하여 모든 급전선들을 배치할 수 있는 안테나 모듈을 제공할 수 있다.
실시 예에 따르면, 커버리지를 확장시킨 mmWave 안테나 모듈의 모든 안테나에 급전선을 우회 경로를 최소화하여 연결시켜, 라인 손실을 최소화할 수 있다.
실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역의 광대역에서 급전선의 임피던스 정합을 통해 반사손실(S11) 성능과 전달손실(S21) 성능을 모두 향상시킬 수 있다.
실시 예에 따르면, 수직 비아를 중심으로 서로 다른 형태의 임피던스 변환부를 구성하여, 다층 기판 형태의 PCB 내부의 급전 라인과 전기적으로 연결되는 안테나 소자의 임피던스 매칭 특성을 향상시킬 수 있다.
실시 예에 따르면, 마이크로 스트립 라인 및 스트립 라인으로 구성된 전송 선로 간을 수직 비아로 연결하면서 적어도 일 측에 임피던스 변환부를 형성하여, 임피던스 정합을 수행하면서 라인 손실을 최소화할 수 있다.
실시 예에 따르면, 서로 다른 레이어의 전송 선로 간을 연결하는 수직 비아와 인접 그라운드 간의 갭 간격을 조절하여, 임피던스 정합을 수행하면서 라인 손실을 최소화할 수 있다.
본 명세서의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 명세서의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 명세서의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다. 전술한 본 명세서와 관련하여, 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 및 이를 제어하는 전자 기기의 설계 및 이의 구동은 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 판독될 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 단말기의 제어부를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 명세서의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 명세서의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 명세서의 범위에 포함된다.

Claims (20)

  1. 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기에 있어서,
    다층 기판(multi-layer substrate)으로 구성된 상기 안테나 모듈에 배치되는 송수신부 회로(transceiver circuit);
    상기 안테나 모듈의 제1 레이어에 배치되고, 상기 송수신부 회로와 전기적으로 연결되도록 구성된 제1 전송 선로(transmission line);
    상기 안테나 모듈의 제2 레이어에 배치되고, 안테나와 전기적으로 연결되도록 구성된 제2 전송 선로; 및
    상기 제1 전송 선로와 상기 제2 전송 선로를 수직하게 연결하도록 구성된 수직 비아(vertical via)를 포함하고,
    상기 수직 비아와 연결되는 상기 제1 전송 선로는 제1 너비(W1)와 제1 길이(L1)를 갖도록 구성되는 제1 임피던스 변환부를 구비하고,
    상기 수직 비아와 연결되는 상기 제2 전송 선로의 제2 너비(W2)와 제2 길이(L2)를 갖도록 구성되는 제2 임피던스 변환부를 구비하는, 전자 기기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전송 선로는 유전체 상에 배치되는 도전 라인(conductive line)의 상부에 유전체 없이 공기 층(air layer)이 형성되는 마이크로 스트립 라인으로 구성되고,
    상기 제2 전송 선로는 도전 라인의 상부와 하부에 각각 유전체가 배치되는 스트립 라인으로 구성되는, 전자 기기.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 임피던스 변환부의 상기 제1 길이(L1)와 상기 제2 임피던스 변환부의 상기 제2 길이(L2)의 비율 (L1/L2)은 0.45 내지 1.35 사이의 범위로 설정되는, 전자 기기.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 임피던스 변환부의 상기 제1 너비(W1)와 상기 제2 임피던스 변환부의 상기 제2 너비(w2)의 비율 (W2/W1)은 0.32 내지 0.71 사이의 범위로 설정되는, 전자 기기.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 임피던스 변환부는,
    상기 마이크로 스트립 라인에서 제1 임피던스에 해당하는 상기 제1 너비(W1)와 동작 주파수에 해당하는 파장의 1/4인 4반파장(quarter wavelength)의 상기 제1 길이(L1)로 구성되고,
    상기 제1 전송 선로의 50ohm 임피던스와 상기 수직 비아의 상단부(upper end region)에서의 제2 임피던스 사이의 임피던스 매칭을 수행하는, 전자 기기.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 임피던스 변환부는,
    상기 스트립 라인에서 제3 임피던스에 해당하는 상기 제2 너비(W2)와 동작 주파수에 해당하는 파장의 1/4인 4반파장의 상기 제2 길이(L2)로 구성되고,
    상기 제2 전송 선로의 50ohm 임피던스와 상기 수직 비아의 하단부(lower end region)에서의 제4 임피던스 사이의 임피던스 매칭을 수행하는, 전자 기기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 임피던스 변환부의 상기 제1 너비(W1)는 상기 제1 전송 선로의 50ohm 선폭(line width)보다 더 넓게 구성되고,
    상기 제2 임피던스 변환부의 상기 제2 너비(W2)는 상기 제2 전송 선로의 50ohm 선폭(line width)보다 더 넓고 상기 제1 너비(W1)보다 더 좁게 구성되는, 전자 기기.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 임피던스 변환부의 상기 제1 너비(W1)는 상기 제1 전송 선로의 50ohm 선폭과 동일하게 구성되고, 상기 제2 임피던스 변환부의 상기 제2 너비(W2)는 상기 제2 전송 선로의 50ohm 선폭과 다르게 구성되는, 전자 기기.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 임피던스 변환부의 상기 제2 너비(W2)는 상기 제2 전송 선로의 50ohm 선폭과 동일하게 구성되고, 상기 제1 임피던스 변환부의 상기 제1 너비(W1)는 상기 제1 전송 선로의 50ohm 선폭과 다르게 구성되는, 전자 기기.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전송 선로는,
    상기 수직 비아와 연결되고, 제1 너비(W1)와 제1 길이(L1)를 갖도록 구성되는 상기 제1 임피던스 변환부; 및
    상기 제1 임피던스 변환부의 일 단부와 연결되고, 제3 너비(W3)와 제3 길이(L3)를 갖도록 구성되어, 상기 제1 임피던스 변환부와 50ohm 임피던스의 상기 제1 전송 선로 간의 임피던스 변환을 수행하는 제3 임피던스 변환부를 포함하고,
    상기 제3 너비(W3)는 제1 너비(W1)보다 더 좁고 상기 제1 전송 선로의 50ohm 선폭보다 더 넓게 구성되는, 전자 기기.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 전송 선로는,
    상기 수직 비아와 연결되고, 제2 너비(W2)와 제2 길이(L2)를 갖도록 구성되는 상기 제2 임피던스 변환부; 및
    상기 제2 임피던스 변환부의 일 단부와 연결되고, 제4 너비(W4)와 제4 길이(L4)를 갖도록 구성되어, 상기 제2 임피던스 변환부와 50ohm 임피던스의 상기 제2 전송 선로 간의 임피던스 변환을 수행하는 제4 임피던스 변환부를 포함하고,
    상기 제4 너비(W4)는 제2 너비(W2)보다 더 좁고 상기 제2 전송 선로의 50ohm 선폭보다 더 넓게 구성되는, 전자 기기.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 안테나는 상기 제2 전송 선로와 제2 수직 비아를 통해 전기적으로 연결되고,
    상기 안테나는 상기 안테나 모듈의 하부 방향(lower direction)으로 신호를 방사하도록 구성되는 하부 안테나(lower antenna)인 것을 특징으로 하는, 전자 기기.
  13. 제2 항에 있어서,
    상기 수직 비아는 상기 다층 기판의 최 상부 층에 배치된 상기 마이크로 스트립 라인과 상기 다층 기판의 내부에 배치된 스트립 라인을 수직하게 연결하도록 복수의 비아 패드와 복수의 수직 연결부를 포함하고,
    서로 다른 레이어에 배치된 상기 복수의 비아 패드 각각은 동일한 레이어에 배치되는 각각의 그라운드와 소정 너비의 갭이 형성되도록 배치되는, 전자 기기.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 서로 다른 레이어에 배치된 상기 복수의 비아 패드 각각은 동일한 레이어에 배치되는 각각의 그라운드와 서로 다른 소정 너비의 갭이 형성되도록 배치되고,
    상기 제1 임피던스 변환부 및 상기 제2 임피던스 변환부 중 적어도 하나는 50ohm 선폭으로 구현되는, 전자 기기.
  15. 제12 항에 있어서,
    상기 안테나 모듈은,
    상기 하부 안테나; 및
    상기 다층 기판 내부에 배치되고, 상기 다층 기판의 측면 방향(side direction)으로 신호를 방사하도록 구성된 측면 안테나(side antenna)를 포함하는, 전자 기기.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 측면 안테나보다 상기 다층 기판의 내측에 배치되고, 서로 다른 그라운드 레이어를 수직하게 연결하도록 구성된 그라운드 비아 월을 더 포함하고,
    상기 그라운드 비아 월은 상기 측면 안테나가 방사하는 신호의 측면 방향으로의 지향성이 개선되도록 상기 측면 안테나보다 상기 다층 기판의 내측에 배치되는 복수의 레이어로 구성되는, 전자 기기.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 안테나 모듈은 제1 안테나 및 상기 제1 안테나보다 상기 송수신부 회로에서 더 멀리 배치된 제2 안테나를 포함하고,
    상기 송수신부 회로는 제1 마이크로 스트립 라인 및 제1 스트립 라인을 통해 상기 제1 안테나와 연결되고, 제2 마이크로 스트립 라인 및 제2 스트립 라인을 통해 상기 제2 안테나와 연결되고,
    상기 제2 마이크로 스트립 라인의 길이가 상기 제1 마이크로 스트립 라인의 길이보다 더 길게 구성되어, 상기 송수신부 회로에서 상기 제1 안테나까지의 길이와 상기 송수신부 회로에서 상기 제2 안테나까지의 길이 차이를 보상하는, 전자 기기.
  18. 안테나 모듈에 있어서,
    상기 안테나 모듈의 제1 레이어에 배치되고, 송수신부 회로와 전기적으로 연결되도록 구성된 제1 전송 선로(transmission line);
    상기 안테나 모듈의 제2 레이어에 배치되고, 안테나와 전기적으로 연결되도록 구성된 제2 전송 선로; 및
    상기 제1 전송 선로와 상기 제2 전송 선로를 수직하게 연결하도록 구성된 수직 비아(vertical via)를 포함하고,
    상기 수직 비아와 연결되는 상기 제1 전송 선로의 제1 임피던스 변환부는 제1 너비(W1)와 제1 길이(L1)를 갖도록 구성되고, 상기 수직 비아와 연결되는 상기 제2 전송 선로의 제2 임피던스 변환부는 제2 너비(W2)와 제2 길이(L2)를 갖도록 구성되는, 안테나 모듈.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 제1 전송 선로는 유전체 상에 배치되는 도전 라인(conductive line)의 상부에 유전체 없이 공기 층(air layer)이 형성되는 마이크로 스트립 라인으로 구성되고,
    상기 제2 전송 선로는 도전 라인의 상부와 하부에 각각 유전체가 배치되는 스트립 라인으로 구성되는, 전자 기기.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 제1 임피던스 변환부의 상기 제1 길이(L1)와 상기 제2 임피던스 변환부의 상기 제2 길이(L2)의 비율 (L1/L2)은 0.45 내지 1.35 사이의 범위로 설정되고,
    상기 제1 임피던스 변환부의 상기 제1 너비(W1)와 상기 제2 임피던스 변환부의 상기 제2 너비(w2)의 비율 (W2/W1)은 0.32 내지 0.71 사이의 범위로 설정되는, 안테나 모듈.
PCT/KR2021/009362 2020-09-08 2021-07-20 다층 임피던스 변환부를 구비한 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기 WO2022055122A1 (ko)

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