WO2022092506A1 - 다층 기판으로 구현된 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기 - Google Patents

다층 기판으로 구현된 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기 Download PDF

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WO2022092506A1
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dielectric layer
dielectric
antenna module
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우승민
서유석
이동익
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엘지전자 주식회사
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    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole

Definitions

  • the present specification relates to an antenna module and an electronic device including the same.
  • a specific implementation relates to an antenna module implemented with a multilayer substrate 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.
  • the transceiver circuit is operatively coupled to the antenna module, and the antenna module may be configured as a multi-layer substrate.
  • the antenna elements of the antenna module in the form of a multi-layer substrate may radiate a radio signal in a direction of one side of the antenna module.
  • a specific antenna structure capable of increasing the gain of the antenna element in such a side radiation structure has not been proposed.
  • Another object of the present invention is to provide a broadband antenna module operating in a millimeter wave band and an electronic device having the same.
  • Another object of the present specification is to improve an antenna gain by improving the directivity of an antenna element operating in a millimeter wave band.
  • Another object of the present specification is to improve an antenna gain by improving the efficiency of an antenna element operating in a millimeter wave band.
  • Another object of the present specification is to improve an antenna gain in a desired direction by using a dielectric and an air gap in a millimeter wave band.
  • Another object of the present specification is to perform wireless communication with various peripheral electronic devices in various directions by disposing antenna modules at different positions under the electronic device.
  • an electronic device having an antenna module includes: a main frame disposed along a peripheral area of the display and disposed to extend along a side area and a rear area of the electronic device; and an antenna module disposed in the inner space of the main frame and configured to radiate a radio signal in a front direction or a lower direction of the electronic device through the main frame.
  • the antenna module may include: a first dielectric layer disposed spaced apart from one side of the antenna substrate in a first direction in which the antenna elements radiate; a second dielectric layer spaced apart from the first dielectric layer in the first direction; and an air gap layer disposed between the first dielectric layer and the second dielectric layer.
  • the first dielectric layer is formed in a first width W1 in the first direction
  • the second dielectric layer is formed in a second width W2 in the first direction
  • the air gap layer may be formed at a specific gap (G) interval in the first direction.
  • the first width W1 is set to be greater than or equal to a first threshold value of a wavelength corresponding to the operating frequency of the antenna element, and the second width W2 is set to be less than or equal to a second threshold value of the wavelength can be
  • the specific gap G interval may be set to be greater than or equal to the third threshold value of the wavelength.
  • the first width W1 is set to be 0.14 times or more of the wavelength
  • the second width is set to 0.61 times or less of the wavelength
  • the specific gap G interval is 0.29 times the wavelength It can be set to more than
  • the first dielectric layer and the second dielectric layer are interconnected through first to fourth side surfaces forming a side region of the antenna module, thereby forming a hexahedral structure having an interior implemented as an air gap layer do.
  • the first dielectric layer forms a rear surface of the hexahedral structure
  • the second dielectric layer forms a front surface of the hexahedral structure
  • a radio signal radiated through the antenna elements is transmitted through a dielectric cavity corresponding to the hexahedral structure. Directivity may be formed in the front direction.
  • a third dielectric layer disposed between the first dielectric layer and the second dielectric layer and configured to be connected to the first to fourth sides of the hexahedral structure may be further included.
  • a third dielectric constant of the third dielectric may be set to a value lower than a first dielectric constant of the first dielectric and a second dielectric constant of the second dielectric.
  • the first dielectric layer may form a first surface of the antenna module
  • the second dielectric layer may be implemented as a main frame coupled to the second surface of the antenna module.
  • the air gap layer may be formed as a space between the front surface of the antenna module and the main frame.
  • the first dielectric layer and the main frame may be interconnected through first to fourth side surfaces forming a side area of the antenna module to form a hexahedral structure having an inside of an air gap layer.
  • the first dielectric layer may form a rear surface of the hexahedral structure
  • the main frame may form a front surface of the hexahedral structure.
  • the directivity of the radio signal radiated through the antenna elements may be formed in the front direction through the dielectric cavity corresponding to the hexahedral structure including the main frame.
  • the second dielectric part of the antenna module may be integrally formed with the front part of the main frame.
  • a beamforming signal radiated through the antenna elements may be radiated through a front portion of the main frame.
  • the second dielectric part of the antenna module may be integrally formed with a side part of the main frame.
  • the antenna module may be coupled to an inner frame attached to a rear surface of the display and a side portion of the main frame.
  • a beamforming signal radiated through the antenna elements may be radiated through a side surface of the main frame.
  • the second dielectric part of the antenna module may be integrally formed with a side part of the main frame.
  • the antenna module may be coupled to a support frame attached to a rear portion of the main frame and a side portion of the main frame.
  • a beamforming signal radiated through the antenna elements may be radiated through a side surface of the main frame.
  • the antenna module may be coupled to the rear surface of the display through a joint portion. At a point on one side region where the first dielectric layer and the second dielectric layer of the antenna module are interconnected, the antenna module may be coupled to the inner frame disposed on the rear surface of the display through the coupling part.
  • the second dielectric part is integrally formed with the front part of the main frame, and the first beamforming signal formed through the first array antenna is configured to be radiated through the front part of the main frame.
  • antenna module a second antenna module in which a second dielectric part is integrally formed with the side surface of the main frame, and configured so that a second beamforming signal formed through the second array antenna is radiated through the side surface of the main frame.
  • the first dielectric layer is formed of a first curved portion having a first curvature of a first shape, or the second dielectric layer is formed of a second curved portion having a second curvature of a second shape, so that the antenna Directivity toward the front of the module can be improved.
  • the first dielectric layer and the second dielectric layer may be configured to be interconnected on a side surface.
  • the second dielectric layer may be disposed to be inclined at a predetermined angle with respect to the first dielectric layer, so that the directing direction of a radio signal radiated through the second dielectric layer of the antenna module may be changed by a predetermined angle.
  • the antenna module may further include a transceiver circuit disposed on the rear surface of the multilayer substrate and electrically connected to the antenna elements to apply a radio frequency (RF) signal.
  • the transceiver circuit may control the antenna elements to radiate a beamforming radio signal through the antenna module by applying signals having different phases to the antenna elements.
  • the antenna substrate may be composed of a multi-layer substrate composed of a plurality of dielectric layers and conductive layers.
  • the antenna elements may be disposed on the multi-layer substrate or inside the multi-layer substrate, and may be configured to radiate a beam-forming signal through a side surface of the multi-layer substrate.
  • the antenna module includes: an antenna substrate on which a plurality of antenna elements are disposed; a first dielectric layer disposed to be spaced apart from one side of the antenna substrate in a first direction in which the antenna elements radiate; a second dielectric layer spaced apart from the first dielectric layer in the first direction; and an air gap layer disposed between the first dielectric layer and the second dielectric layer.
  • the first dielectric layer may be formed in a first width W1 in the first direction
  • the second dielectric layer may be formed in a second width W2 in the first direction.
  • the air gap layer may be formed at a specific gap (G) interval in the first direction.
  • the first dielectric layer and the second dielectric layer are interconnected through first to fourth side surfaces forming a side region of the antenna module, thereby forming a hexahedral structure having an interior implemented as an air gap layer can do.
  • the first dielectric layer may form a rear surface of the hexahedral structure
  • the second dielectric layer may form a front surface of the hexahedral structure.
  • Directivity of a radio signal radiated through the antenna elements may be formed in a front direction through a dielectric cavity corresponding to the hexahedral structure.
  • a broadband antenna module adopting a dielectric module structure to which a multilayer dielectric structure operating in a millimeter wave band is applied, and an electronic device having the same.
  • a dielectric module structure to which a multilayer dielectric structure is applied may be implemented to improve directivity of an antenna element, thereby improving an antenna gain.
  • the efficiency of the antenna element may be improved, thereby improving the antenna gain.
  • the antenna module to which the dielectric module structure is applied by disposing the antenna module to which the dielectric module structure is applied at different positions under the electronic device, it is possible to perform wireless communication with various peripheral electronic devices in various directions.
  • 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 shows an external configuration of a display device having a display panel according to the present specification.
  • 7B is a perspective view of the display device of FIG. 7A for each configuration.
  • FIG. 8A is a side view of an inner frame coupled to a display panel and a main frame of an electronic device according to the present specification, and a support frame coupled thereto.
  • FIG. 8B is a side view illustrating a coupling member coupled to a support frame for coupling an inner frame and a main frame of an electronic device according to the present specification.
  • FIG. 9A shows a side view of an antenna module according to the present specification.
  • FIG. 9B shows a side view and another side view of an antenna module on which an antenna substrate on which antenna elements are formed according to the present specification is disposed.
  • 10A to 10C show the configuration of an antenna module that may be disposed inside the main frame according to the present specification.
  • FIG. 11A shows a DAD structure arranged in a direction in which electromagnetic waves travel through an antenna element.
  • 11B shows an antenna operating mechanism according to electric field distributions in different regions.
  • FIG. 11C shows the propagation direction by the dielectric interface and the antenna operation mechanism accordingly.
  • FIGS. 13A to 13C show simulation results for one antenna element constituting the array antenna.
  • 14A and 14B show an arrangement structure of an antenna module having a DAD structure using a part of a main frame coupled to a display panel as a second dielectric.
  • 15A to 15C show an arrangement structure of a DAD antenna module according to various embodiments.
  • FIG. 16 illustrates a configuration in which a plurality of antenna modules are disposed in an electronic device according to an embodiment of the present specification.
  • 17A shows a structure in which a first dielectric layer is formed into a dielectric lens structure.
  • FIG. 17B illustrates various embodiments of the dielectric lens structure of FIG. 17A .
  • 17C shows the electric field distribution of the antenna module of the DLAD structure.
  • FIG. 18 illustrates dielectric-air gap structures disposed on the front surface of antenna elements having improved directivity according to various embodiments of the present disclosure.
  • 19A shows antenna gain characteristics according to various antenna structures.
  • 19B is a comparison of antenna radiation patterns of i) an antenna structure without a multilayer dielectric structure (antenna only) and iv) an antenna structure with a DLAD structure.
  • FIG. 20 illustrates a configuration in which antenna elements in an antenna module having a DAD structure can be controlled through a transceiver circuit according to an embodiment of the present specification.
  • 21A 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 .
  • 21B is an enlarged view of a plurality of array antenna modules.
  • FIG. 22 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 may 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. may 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.
  • the controller 234 may send a command to the transmit processor 224 specifying which transmission mode to use, and the 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.
  • the receive processor 242 may detect the start of the 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, a 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 at 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 use an array antenna to form a signal null direction in a specific direction to reduce interference while matching main beam directions with each other.
  • 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 1020 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.
  • 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.
  • the transceiver circuit is operatively coupled to the antenna module, and the antenna module may be configured as a multi-layer substrate.
  • the antenna elements of the antenna module in the form of a multi-layer substrate may radiate a radio signal in the direction of one side of the antenna module.
  • a specific antenna structure capable of increasing the gain of the antenna element in such a side radiation structure has not been proposed.
  • Another object of the present invention is to provide a broadband antenna module operating in a millimeter wave band and an electronic device having the same.
  • Another object of the present specification is to improve an antenna gain by improving the directivity of an antenna element operating in a millimeter wave band.
  • Another object of the present specification is to improve an antenna gain by improving the efficiency of an antenna element operating in a millimeter wave band.
  • Another object of the present specification is to improve an antenna gain in a desired direction by using a dielectric and an air gap in a millimeter wave band.
  • Another object of the present specification is to perform wireless communication with various peripheral electronic devices in various directions by disposing antenna modules at different positions under the electronic device.
  • FIG. 7A shows an external configuration of a display device having a display panel according to the present specification.
  • FIG. 7B is a perspective view showing each configuration of the display device of FIG. 7A .
  • OLED organic light emitting diode
  • the display panel applicable to the present invention is not limited to the OLED panel, and a plasma display panel (PDP), a field emission display panel (FED), a liquid crystal display (Liquid Crystal Display, LCD) is also possible.
  • PDP plasma display panel
  • FED field emission display panel
  • LCD liquid crystal display
  • the display device 100 includes a first long side (LS1), a second long side (LS2) opposite to the first long side (LS1), a first long side (LS1) and It may include a first short side (SS1) adjacent to the second long side (LS2) and a second short side (SS2) opposite to the first short side (SS1).
  • LS1 first long side
  • LS2 second long side
  • SS1 first short side
  • SS2 second short side
  • the first short side area SS1 is referred to as a first side area
  • the second short side area SS2 is a second side area facing the first side area.
  • the display device 100 refers to the first long side area LS1 as a third side area adjacent to the first side area and the second side area and positioned between the first side area and the second side area. can do.
  • the second long side area LS2 is adjacent to the first side area and the second side area, is located between the first side area and the second side area, and is a fourth side area opposite to the third side area. it can be said
  • the first direction is a direction parallel to the long side (Long Side, LS1, LS2) of the display panel 110
  • the second direction (Second Direction, DR2) is the short side ( Short Side, SS1, SS2) may be in a parallel direction
  • the third direction DR3 may be a direction perpendicular to the first direction DR1 and/or the second direction DR2.
  • the side on which the display device 100 displays an image may be referred to as a front side or a front side.
  • the side from which the image cannot be observed may be referred to as a rear or rear surface.
  • the side of the first long side LS1 may be referred to as an upper side or an upper surface
  • the side of the second long side LS2 may be referred to as a lower side or a lower side.
  • the side of the first short side SS1 may be referred to as a right side or a right side
  • the side of the second short side SS2 may be referred to as a left side or a left side.
  • the first long side LS1 , the second long side LS2 , the first short side SS1 , and the second short side SS2 may be referred to as edges of the display device 100 . Also, a point where the first long side LS1 , the second long side LS2 , the first short side SS1 , and the second short side SS2 meet may be referred to as a corner.
  • the point where the first long side LS1 and the first short side SS1 meet is the first corner C1
  • the point where the first long side LS1 and the second short side SS2 meet is the second corner C2
  • the point where the second short side SS2 and the second long side LS2 meet is the third corner C3
  • the point where the second long side LS2 and the first short side SS1 meet is the fourth corner C4
  • a direction from the first short side SS1 to the second short side SS2 or from the second short side SS2 to the first short side SS1 may be referred to as a left-right direction LR or a horizontal direction DR1 .
  • a direction from the first long side LS1 to the second long side LS2 or from the second long side LS2 to the first long side LS1 may be referred to as a vertical direction UD or a vertical direction DR2 .
  • the direction from the front to the rear or the direction from the rear to the front may be referred to as the front-back direction DR3 or the thickness direction FB.
  • the front-rear direction DR3 may be a direction perpendicular to the left-right direction DR1 and/or the vertical direction DR2.
  • the display panel 110 is provided on the front surface of the display device 100 and may display an image.
  • the display panel 110 may display an image by outputting red, green or blue (RGB) colors for each pixel according to timing of a plurality of pixels.
  • the display panel 110 may be divided into an active area in which an image is displayed and a de-active area in which an image is not displayed.
  • the display panel 110 may be a thin flat panel.
  • the display panel 110 may be an organic light emitting diode (OLED) panel.
  • OLED organic light emitting diode
  • the active matrix type organic light emitting display panel includes an organic light emitting diode (hereinafter, referred to as "OLED") that emits light by itself, and has advantages of fast response speed, luminous efficiency, luminance, and viewing angle.
  • the main frame 130 may be disposed behind the display panel 110 .
  • the main frame 130 may be coupled to the display panel 110 .
  • the main frame 130 and/or other structures adjacent thereto may include a protruding part, a sliding part, a coupling part, and the like.
  • the main frame 130 may include a bottom frame 131 .
  • the bottom frame 131 may be disposed at a lower end of the main frame 130 .
  • the bottom frame 131 may be separated from or combined with the main frame 130 .
  • the main frame 130 and the bottom frame 131 may cover a front part and a side surface of the display panel 110 .
  • the inner plate 150 may be disposed behind the display panel 110 .
  • the inner plate 150 may be disposed between the display panel 110 and the main frame 130 .
  • the front surface of the inner plate 150 may face the display panel 110 .
  • the other surface of the inner plate 150 may be fastened to the main frame 130 .
  • the inner plate 150 may face the support plate 170 mounted on the rear surface of the display panel 110 .
  • the inner plate 150 may be connected or coupled to the support plate 170 through the coupling member 190 .
  • the coupling member 190 may couple the inner plate 150 and the support plate 170 .
  • the coupling member 190 may be formed or fixed to the rear surface of the support plate 170 and the front surface of the inner plate 150 .
  • the display device may include a plurality of frames coupled to the display panel.
  • FIG. 8A is a side view of an inner frame coupled to a display panel and a main frame of an electronic device according to the present specification, and a support frame coupled thereto.
  • FIG. 8B is a side view illustrating a coupling member coupled to a support frame coupling the inner frame and the main frame of the electronic device according to the present specification.
  • FIGS. 8A and 8B the cut-away portion A-A′ in FIG. 7A is schematically illustrated.
  • Edges LSB1 and LSE1 or edges formed on the first long side LS1 of the main frame 130 may be refracted at least once.
  • the edges LSB1 and LSE1 of the main frame 130 are bent toward the front F of the main frame 130 and then are bent at 90 degrees (degrees) toward the inside of the main frame 130 .
  • the eleventh wall LSB1 of the first long side LS1 may be bent at 90 degrees from the body 130a of the main frame 130 .
  • the twelfth wall LSE1 of the first long side LS1 faces the body 130b of the main frame 130 from the eleventh wall LSB1 of the first long side LS1 toward the inside of the main frame 130 . It may be bent at 90 degrees.
  • the first coupling member 190a may be coupled to the second coupling member 190b.
  • the first coupling member 190a may face or contact the inner plate 150 .
  • the second coupling member 190b may face or contact the support plate 170 .
  • the extended area 93a of the first coupling member 190a is disposed between the extended area 93b of the second coupling member 190b and the inner plate 150 . can be placed.
  • One surface of the extension region 93a of the first coupling member 190a may face or contact the inner plate 150 .
  • the other surface of the extension region 93a of the first coupling member 190a may be spaced apart from the support plate 170 .
  • the other surface of the extended area 93a of the first coupling member 190a may face or come into contact with the other surface of the extended area 93b of the second coupling member 190b. While the display panel 110 is inserted into the main frame 130 , the extended area 93b of the second coupling member 190b is disposed between the extended area 93a of the first coupling member 190a and the support plate 170 . can be placed.
  • One surface of the extended region 93b of the second coupling member 190b may face or come into contact with the support plate 170 .
  • the other surface of the extended region 93b of the second coupling member 190b may be spaced apart from the inner plate 150 .
  • the other surface of the extended region 93b of the second coupling member 190b may face or come into contact with the other surface of the extended region 93a of the first coupling member 190a. That is, the first coupling member 190a and the second coupling member 190b may be coupled in a hook manner. Accordingly, the display panel 110 may maintain a constant distance from the main frame 130 . A phenomenon in which the central region of the display panel 110 is tilted toward the front can be prevented in advance.
  • the inner plate 150 may include a plurality of bead shapes.
  • the bead shape may protrude toward the display panel 110 . Since the inner plate 150 includes a plurality of bead shapes (B), a distance between the display panel 110 and the main frame 130 may be constantly maintained, and rigidity may be secured.
  • An antenna module may be provided in the main frame of the image display device having the above-described configuration and structure, that is, the electronic device to perform wireless communication with the surrounding electronic device.
  • FIG. 9A shows a side view of an antenna module according to the present specification.
  • 9B shows a side view and another side view of an antenna module on which an antenna substrate on which antenna elements are formed according to the present specification is disposed.
  • FIGS. 10A to 10C show the configuration of an antenna module that may be disposed inside the main frame according to the present specification.
  • 10A shows a structure in which the antenna module 1100 is integrally formed with the front part 132 of the main frame 130 .
  • the beamforming radio signal B1 radiated through the antenna module 1100 may be radiated in a front direction of the electronic device to perform wireless communication with the electronic device disposed in the front direction.
  • FIG. 10B shows a structure in which the antenna module 1100 is integrally formed with the side part 133 of the main frame 130 and is attached to the inner frame 170 .
  • FIG. 10C shows a structure in which the antenna module 1100 is integrally formed with the side part 133 of the main frame 130 and is attached to the support frame 150 .
  • the beamforming radio signals B2 and B3 radiated through the antenna module 1100 are radiated in the lower direction of the electronic device to perform wireless communication with the electronic device disposed in the lower direction.
  • the electronic device 1000 disclosed herein may be configured to include a display 110 , a main frame 130 , and an antenna module 1100 .
  • the display 110 may be disposed on the front of the electronic device and configured to display information.
  • the main frame 130 may be disposed along a peripheral area of the display 110 disposed on the front side and may be disposed to extend along a side area and a rear area of the electronic device.
  • the main frame 130 may be configured to include a front area (front portion) 132 , a side area (side portion) 133 , and a back area (rear portion) 134 .
  • the antenna module 1100 may be disposed in the inner space of the main frame 130 and may be configured to radiate a radio signal in a front direction or a lower direction of the electronic device through the main frame 130 .
  • some of the outer structures of the antenna module 1100 may be implemented as the main frame 130 .
  • the thickness (width) of the main frame 130 in the corresponding region may be formed to be different from that of other regions so that the thickness (width) of the outer structure of the antenna module 1100 has an optimized value.
  • the antenna module 1100 may be configured to include an antenna substrate 1010 , a first dielectric layer 1011 , a second dielectric layer 1012 , and an air gap layer 1010a . there is.
  • the antenna substrate 1010 may be implemented as a multi-layer substrate 1010 on which a transceiver circuit such as an RFIC 1250 is disposed while an antenna element is disposed as shown in FIG. 5C .
  • the antenna substrate 1010 may be configured such that a plurality of antenna elements are disposed.
  • the first dielectric layer 1011 may be disposed to be spaced apart from one side of the antenna substrate 1010 in a first direction radiated from the antenna elements.
  • the first dielectric layer 1012 may be disposed to be spaced apart from the first dielectric layer 1011 in the first direction. Since the first dielectric layer 1011 and the second dielectric layer 1012 form a partial exterior of the antenna module 1100 , they may be referred to as a first dielectric part 1011 and a second dielectric part 1012 .
  • the air gap layer 1010a may be configured to be disposed between the first dielectric layer 1011 and the second dielectric layer 1012 .
  • the first dielectric layer 1011 may be formed to have a first width W1 in the first direction
  • the second dielectric layer 1012 may be formed to have a second width W2 in the first direction.
  • the air gap layer 1010a may be formed at a specific gap (G) interval in the first direction.
  • the structure of the first dielectric layer 1011 - the air gap layer 1010a - the second dielectric layer 1012 may be referred to as a dielectric-air gap-dielectric (DAD) structure.
  • DAD dielectric-air gap-dielectric
  • Antenna performance, in particular, antenna gain may be improved through such a DAD structure.
  • the principle of improving antenna performance through the DAD structure will be described as follows.
  • FIG. 11A shows a DAD structure arranged in a direction in which electromagnetic waves travel through the antenna element.
  • 11B shows an antenna operating mechanism according to electric field distributions in different regions.
  • FIG. 11C shows the propagation direction by the dielectric interface and the antenna operation mechanism accordingly.
  • antenna performance may be improved by using two dielectric layers of the first and second dielectric layers 1011 and 1012 and an air gap layer 1010a disposed therebetween.
  • the electromagnetic wave wireless signal
  • the electromagnetic wave passes through a plurality of layers in the order of dielectric + air-gap + dielectric (DAD).
  • DAD dielectric-air gap-dielectric
  • the structure of the first dielectric layer 1011 - the air gap layer 1010a - the second dielectric layer 1012 through which the wireless signal passes may be referred to as a dielectric-air gap-dielectric (DAD) structure.
  • DAD dielectric-air gap-dielectric
  • the first dielectric layer 1011 is located in a near field region of the antenna. Accordingly, since the first electric field distribution Ef1 is not a plane wave, the end point P0 and the intermediate point P1 of Ef1 are not formed in a vertical direction.
  • the radio signal propagates in the same electric field distribution form as the second electric field distribution Ef2 because it travels at the same speed at P0 and P1.
  • the second width W2 of the second dielectric layer 1012 may be set such that P0 and P1 are disposed on the same vertical position.
  • the third electric field distribution Ef3 of the electromagnetic wave passing through the second dielectric layer 1012 becomes a plane wave. Accordingly, when the electromagnetic wave passing through the second dielectric layer 1012 is received, a radio signal having the same phase at P0 and P1 is received. Accordingly, the radio signal passing through the second dielectric layer 1012 is received without signal loss due to a phase difference, thereby improving antenna gain.
  • the first dielectric layer 1011 may be formed to have a first width W1 to change the first electric field distribution Ef1 to a second electric field distribution Ef2 close to a plane wave.
  • an air gap layer 1010a is formed between the first dielectric layer 1011 and the second dielectric layer 1012 so that the second electric field distribution Ef2 is maintained by a certain interval to prevent performance degradation due to abrupt electric field distribution change. can be prevented Since the second electric field distribution Ef2 is maintained by a predetermined interval, it is possible to prevent a bandwidth decrease due to an abrupt electric field distribution change.
  • the second electric field distribution Ef2 may be formed as a third electric field distribution Ef3 in the form of a complete plane wave.
  • a third dielectric layer 1013 may be further disposed between the first dielectric layer 1011 and the second dielectric layer 1012 .
  • a third dielectric layer 1013 which is another dielectric layer, may be further disposed between the air gap layers 1010a.
  • the third dielectric constant of the third dielectric 1013 may be set to a value lower than the first dielectric constant of the first dielectric 1011 and the second dielectric constant of the second dielectric 1012 .
  • the air gap layer 1010a may include a first air gap layer 1011a and a second air gap layer 1012a.
  • the first air gap layer 1011a may be formed between the first dielectric layer 1011 and the third dielectric layer 1013 .
  • a second air gap layer 1012a may be formed between the third dielectric layer 1013 and the second dielectric layer 1012 .
  • the first and second dielectric layers 1011 and 1012 of the antenna module 1100 formed in the DAD structure are interconnected through a dielectric to form a dielectric cavity (Dielectric Cavity, 1010C).
  • a dielectric cavity Dielectric Cavity, 1010C
  • the first dielectric layer 1011 and the second dielectric layer 1012 may be interconnected through first side surfaces SS1 to SS4 forming a side region of the antenna module.
  • the first dielectric layer 1011 and the second dielectric layer 1012 may form a hexahedral structure in which the inside is implemented as an air gap layer.
  • the third dielectric layer 1013 of FIG. 11A (a) may be disposed between the first dielectric layer 1011 and the second dielectric layer 1012 .
  • the third dielectric layer 1013 may be configured to be connected to the first side surface SS1 to the fourth side surface SS4 of the hexahedral structure.
  • the third dielectric constant of the third dielectric 1013 may be set to a value lower than the first dielectric constant of the first dielectric 1011 and the second dielectric constant of the second dielectric 1012 .
  • the first dielectric layer 1011 may form a rear surface of the hexahedral structure, and the second dielectric layer 1011 may form a front surface of the hexahedral structure.
  • the directivity of the radio signal radiated through the antenna elements may be formed in the front direction through the dielectric cavity 1010C corresponding to the hexahedral structure.
  • the dielectric interface of the upper surface 1010U and the lower surface 1010L of the dielectric cavity 1010C formed of a hexahedral structure is configured to reflect electromagnetic waves radiated from the antenna. That is, the dielectric interface of the upper surface 1010U and the lower surface 1010L of the dielectric cavity 1010C may serve to reflect a radio signal. Accordingly, the antenna gain may be improved by reflecting the radio signal deviating from the first direction, which is the front direction, which is the propagation direction of the electromagnetic wave, in the first direction.
  • the dielectric constant of the upper surface 1010U and the lower surface 1010L of the dielectric cavity 1010C may be set to a higher value than that of the other surfaces.
  • metal patterns spaced apart from each other at predetermined intervals in the form of a plurality of matrices to reflect a radio signal may be formed on the upper surface 1010U and the lower surface 1010L of the dielectric cavity 1010C.
  • FIG. 12 compares changes in the electric field distribution according to the presence or absence of the DAD structure.
  • 12( a ) shows the electric field distribution, that is, the electric field strength when the end-fire antenna is formed on the antenna substrate.
  • FIG. 12(b) shows the electric field distribution, ie, electric field strength, when the end-fire antenna is formed on the antenna substrate and the DAD structure is formed in the direction in which the signal is radiated.
  • a region having a strong electric field is formed into three regions. As it approaches the left region corresponding to the proximity field region, the in-phase electric field distribution is configured in a curved shape, and it can be confirmed that it is not a plane wave. In addition, the region having the third strongest electric field strength is also configured in a curved shape, confirming that it is not a plane wave.
  • a region having the third strongest electric field strength may be a region in which the air gap layer 1010a is disposed.
  • the second electric field distribution Ef2 of the region in which the air gap layer 1010a is disposed is substantially similar to the plane wave.
  • a plane wave having a planar shape rather than a curved shape of the third electric field distribution Ef3 is formed while passing through the second dielectric layer 1012 .
  • the dielectric cavity 1010C including the first and second dielectric layers 1011 and 1012, that is, the dielectric structure may be formed of a material such as plastic.
  • the dielectric constants of the first and second dielectric layers 1011 and 1012 and the first to fourth side surfaces SS1 to SS4 may be changed according to applications. Meanwhile, the third dielectric constant of the third dielectric layer 1013 between the first and second dielectric layers 1011 and 1012 may be set to be lower than that of the other dielectric layers.
  • the first dielectric layer 1011 disposed in a region close to the antenna element 1110 is configured to surround the antenna substrate 1010, and the antenna substrate 1010 may be fixedly disposed inside the dielectric cavity 1010C. .
  • the antenna element 1110 may be formed of a plurality of dipole array antennas 1110-1 and 1110-2.
  • the number of antenna elements constituting the dipole array antennas 1110-1 and 1110-2 may be two, but is not limited thereto. Accordingly, the number of antenna elements constituting the array antenna is expandable to 2, 4, 6, 8, and the like. Accordingly, the array antenna may be configured as a 1x2, 1x4, 1x6, or 1x8 array antenna.
  • a ground formed on any layer of the multilayer substrate of the antenna substrate 1010 serves as a reflector of the antenna element 1110 . Accordingly, the electromagnetic wave may be guided in a specific direction so that the electromagnetic wave is radiated in the direction in which the DAD is disposed as shown in FIG. 11C .
  • the second dielectric layer 1012 may form the dielectric cavity 1010C, that is, an exterior of a device corresponding to the dielectric structure.
  • the width of the air gap layer 1010a, ie, the gap G may be formed to be thicker than the first width W1 of the first dielectric layer 1011 .
  • the width of the air gap layer 1010a, ie, the gap G may be formed to be thicker than the second width W2 of the second dielectric layer 1011, but is not limited thereto.
  • the first dielectric layer 1011 since the first dielectric layer 1011 is disposed adjacent to the antenna element 1110, it may be set to be greater than or equal to the first lower limit value in order to improve the antenna gain. However, when the thickness of the first dielectric layer 1011 is set to be greater than or equal to the first upper limit value, antenna efficiency may be reduced due to dielectric loss.
  • the thickness of the second dielectric layer 1012 may be set to be equal to or greater than the second lower limit value.
  • the thickness of the second dielectric layer 1012 may be set to be less than or equal to the second upper limit value.
  • a higher order mode may occur due to an increase in the thickness of a specific dielectric layer including the second dielectric layer 1012 . Accordingly, the thickness of the second dielectric layer 1012 may be set to be less than or equal to the second upper limit value so that the antenna efficiency does not decrease due to the generation of the higher-order mode.
  • FIGS. 13A-13C show the widths and peak gains of the first dielectric layer, the air gap layer, and the second dielectric layer.
  • 13A shows a first width W1 and a peak gain of the first dielectric layer 1011 .
  • 13B shows the second width W2 and the peak gain of the second dielectric layer 1012 .
  • FIG. 13C shows the gap (G) spacing and the peak gain of the air gap layer 1010a.
  • the first width W1 of the first dielectric layer 1011 is a first threshold value (or a first lower limit value) of a wavelength corresponding to the operating frequency of the antenna element 1110 . ) or more.
  • the second width W2 of the second dielectric layer 1012 is less than or equal to the second threshold value (second upper limit value) of the wavelength corresponding to the operating frequency of the antenna element 1110 . can be set to
  • the thickness of the first dielectric layer 1011 adjacent to the antenna element 1110 in the DAD structure may be defined as the first width W1 .
  • a thickness of the second dielectric layer 1012 spaced apart from the antenna element 1110 may be defined as a second width W2.
  • the thickness of the air gap layer 1010a formed between the first and second dielectric layers 1011 and 1012 may be defined as a specific gap (G) interval. Threshold values for stably realizing antenna performance using the DAD structure exist, and in this specification, threshold values of W1, W2, and G are set.
  • the central frequency is based on an antenna operating at 63.5 GHz, and when the dipole antenna is implemented as an array antenna, threshold values of W1, W2, and G may be set. Alternatively, when one single antenna element is disposed, the threshold values of W1, W2, and G may be set.
  • FIGS. 13A to 13C show simulation results for one antenna element constituting the array antenna. This is because changes in antenna gain characteristics according to thickness changes appear similarly even when signals are applied to all of the plurality of antenna elements 1110 - 1 and 1110 - 2 to operate as an array antenna.
  • an antenna gain change according to a change in the first width W1 of the first dielectric layer 1011 is shown.
  • the antenna gain decreases.
  • W1 is 0.65mm.
  • the antenna gain change according to the change of the second width W2 of the second dielectric layer 1012 is shown.
  • the antenna gain decreases.
  • W2 is 2.85mm.
  • an antenna gain change according to a change in the air gap layer 1010a is shown.
  • the specific gap (G) spacing of the air gap layer 1010a ie, the thickness
  • the antenna gain decreases.
  • G is 1.37mm.
  • the first width W1 of the first dielectric layer 1011 may be set to 0.14 times or more of the wavelength corresponding to the operating frequency of the antenna element.
  • the second width W2 of the second dielectric layer 1012 may be set to be 0.61 times or less of a wavelength corresponding to the operating frequency of the antenna element.
  • the specific gap (G) spacing of the air gap layer 1010a may be set to 0.29 times or more of a wavelength corresponding to the operating frequency of the antenna element.
  • the antenna module of the DAD structure may be implemented using a main frame of an electronic device (display device).
  • the antenna module of the DAD structure may be disposed in an area R consisting of a front lower portion, a side lower portion, and a rear lower portion of the main frame.
  • FIGS. 14A and 14B show an arrangement structure of an antenna module having a DAD structure using a portion of a main frame coupled to a display panel as a second dielectric.
  • FIG. 14A shows a configuration in which the DAD structure antenna module 1100 is combined with the front area (front part) 132 of the main frame 130 .
  • the DAD structure antenna module 1100 may use a portion of the front area (front part) 132 of the main frame 130 as the second dielectric layer.
  • FIG. 14B shows a configuration in which the DAD structure antenna module 1100 is combined with the side area (side part) 133 of the main frame 130 .
  • the DAD structure antenna module 1100 may use a portion of the side area (side portion) 133 of the main frame 130 as the second dielectric layer.
  • the antenna module of this DAD structure may be arranged to be coupled to at least one of the front area (front part) 132, the side area (side part) 133, and the rear area (rear part) 134 of the main frame 130.
  • FIGS. 15A to 15C show an arrangement structure of a DAD antenna module according to various embodiments.
  • FIG. 15A shows a first structure in which the DAD antenna module 1100 is integrally formed with the front area (front part) 132 of the main frame 130 .
  • FIG. 15B shows a second structure in which the DAD antenna module 1100 is integrally formed with the side area (side portion) 133 of the main frame 130 and is combined with the inner frame 170 .
  • FIG. 15C shows a third structure in which the DAD antenna module 1100 is integrally formed with the side area (side portion) 133 of the main frame 130 and is combined with the support frame 150 .
  • the main frame 130 may constitute an outermost dielectric layer of the DAD antenna structure.
  • the first dielectric layer 1011 may form the first surface FS1 of the antenna module 1110 .
  • the second dielectric layer 1012 may be implemented as the main frame 1030 coupled to the second surface FS2 of the antenna module 1110 .
  • the air gap layer 1010a may be formed as a space between the first surface FS, which is the front surface of the antenna module 1100 , and the main frame 1030 .
  • the antenna module 1100 and the main frame 1030 may be interconnected in the side area to constitute a hexahedral structure, that is, the dielectric cavity 1010C as shown in FIGS. 9B , 14A and 14B . That is, the first dielectric layer 1011 and the main frame 130 are interconnected through the first side surface SS1 to the fourth side surface SS4 forming the side area of the antenna module 1100, so that the inside is an air gap A hexahedral structure 1010C implemented as a layer 1010a may be formed.
  • the hexahedral structure 1010C is an empty structure disposed on the front surface of the antenna element 1100 .
  • the first dielectric layer 1011 may form a rear surface of the hexahedral structure 1010C
  • the main frame 130 may form a front surface of the hexahedral structure 1010C. Accordingly, directivity of the radio signal radiated through the antenna elements 1110 may be formed in the front direction through the dielectric cavity 1010C corresponding to the hexahedral structure including the main frame 1030 .
  • the second dielectric part 1012 of the antenna module 1100 may be integrally formed with the front part 132 of the main frame 130 . Accordingly, the beamforming signal radiated through the antenna elements 1110 may be radiated in the front direction through the front part 132 of the main frame 130 .
  • the antenna module 1100 may have an outermost dielectric formed by the front portion 132 of the main frame 130 without the second dielectric portion.
  • the second width W2 of the DAD antenna structure is determined as the width of the front portion 132 of the main frame 130 .
  • the antenna module 1100 may have an outermost dielectric formed by coupling the second dielectric part 1012 and the front part 132 of the main frame 130 .
  • the second width W2 of the DAD antenna structure is determined by the sum of the width of the front part 132 of the main frame 130 and the width of the second dielectric part 1012 .
  • the second dielectric part 1012 of the antenna module 1100 may be integrally formed with the side part 133 of the main frame 130 . Accordingly, the beamforming signal radiated through the antenna elements 1110 may be radiated in a lateral direction through the side portion 133 of the main frame 130 .
  • an outermost dielectric may be formed by the side portion 133 of the main frame 130 without the second dielectric portion.
  • the second width W2 of the DAD antenna structure is determined by the width of the side portion 133 of the main frame 130 .
  • the outermost dielectric of the antenna module 1100 may be formed by coupling the second dielectric part 1012 and the side part 133 of the main frame 130 .
  • the second width W2 of the DAD antenna structure is determined by the sum of the width of the side part 133 of the main frame 130 and the width of the second dielectric part 1012 .
  • the antenna module 1100 may be attached to the side area of the main frame 130 and the inner frame 170 .
  • the second dielectric part 1012 of the antenna module 1100 may be integrally formed with the side part 133 of the main frame 130 .
  • the antenna module 1100 may be coupled to the inner frame 170 attached to the rear surface of the display 110 and the side portion 133 of the main frame 130 . Accordingly, the beamforming signal radiated through the antenna elements 1100 may be radiated through the side portion 133 of the main frame 130 .
  • the antenna module 1100 may be fixedly disposed inside the electronic device by the side portion 133 of the main frame 130 and the inner frame 170 .
  • the antenna module 1100 may be attached to the side area of the main frame 130 and the support frame 150 .
  • the second dielectric part 1012 of the antenna module 1100 may be integrally formed with the side part 133 of the main frame 130 .
  • the antenna module 1100 may be coupled to the support frame 150 attached to the rear portion 134 of the main frame 130 and the side portion 133 of the main frame 130 . Accordingly, the beamforming signal radiated through the antenna elements 1100 may be radiated through the side portion 133 of the main frame 130 .
  • the antenna module 1100 may be fixedly disposed inside the electronic device by the side portion 133 of the main frame 130 and the support frame 150 .
  • the antenna module 1100 may be coupled to the rear surface of the display 110 through a joint portion 1010J.
  • An example of the fastening part 1010J may be a screw for fixing the DAD antenna structure, and may be formed of a plastic or metal material. Like a screw, the fastening part 1010J is disposed between the side antenna 1110-1 located at the uppermost end and the display 110, and does not block or interfere with the propagation direction of electromagnetic waves radiated from the antenna. Like a screw, the fastening unit 1010J may operate as a director that transmits electromagnetic waves generated from the antenna elements 1110 to the side of the multilayer substrate, that is, to the front of the electronic device.
  • the antenna module 1100 engages the fastening portion 1010J. can be connected through In this regard, the antenna module 1100 may be coupled to the side part 133 of the main frame 130 , the display 110 , or the inner frame 170 .
  • the antenna module 1100 engages the fastening part 1010J. It may be coupled to the inner frame 170 disposed on the rear surface of the display 110 through the display 110 . Referring to FIG. 15C , in the structure of FIG. 14B , the antenna module 1100 may be coupled to the support frame 150 disposed on the rear surface 134 of the main frame 130 through the coupling part 1010J.
  • FIG. 16 shows a configuration in which a plurality of antenna modules are disposed in an electronic device according to an embodiment of the present specification.
  • the antenna module 1100 may be configured to include a first antenna module 1100-1 and a second antenna module 1100-2.
  • the second dielectric part 1012 may be integrally formed with the front part 132 of the main frame 130.
  • the first antenna module 1100-1 may be configured such that the first beamforming signal B1 formed through the first array antenna is radiated through the front portion 132 of the main frame 130 .
  • the first array antenna is an end-fire array antenna that radiates the first beamforming signal B1 to the side area of the multilayer substrate 1010 , that is, the front part 132 of the main frame 130 (eg, dipole array antenna).
  • the second dielectric part 1012 may be integrally formed with the side part 133 of the main frame 130 .
  • the first antenna module 1100-1 may be configured such that the second beamforming signal B2 formed through the second array antenna is radiated through the side portion 133 of the main frame 130 .
  • the second array antenna is an end-fire array antenna (eg, a dipole array antenna) that radiates the second beamforming signal B2 to the side area of the multilayer substrate 1010 , that is, the side portion 133 of the main frame 130 .
  • the second antenna module 1100 - 2 is illustrated as being coupled to the support frame 150 disposed on the rear surface 134 of the main frame 130 , the coupling structure is not limited thereto. As shown in FIG. 15B , the second antenna module 1100 - 2 of FIG. 16 may be combined with the inner frame 170 disposed on the rear surface of the display 110 .
  • Fig. 17A shows a structure in which the first dielectric layer is formed into a dielectric lens structure.
  • the first dielectric layer is formed of a dielectric lens 1011a convex in the first direction (front direction) to show a structure formed in the antenna module 1100 .
  • the first dielectric layer is formed in a convex shape to become the dielectric lens 1011a.
  • the dielectric lens 1011a is partially extended to the inner region of the air gap layer 1010a and is formed to be convex.
  • the air gap layer 1010a is formed to be concave from the side top and the side bottom to the side center.
  • the dielectric lens-air gap-dielectric structure of FIG. 17A may be referred to as a dielectric lens-air gap-dielectric (DLAD) structure.
  • DLAD dielectric lens-air gap-dielectric
  • the convex dielectric lens 1011a may focus electromagnetic waves into the air gap layer 1010a. Through this, more electromagnetic waves can be concentrated inside the dielectric cavity 1010C, thereby further improving the antenna gain.
  • the dielectric lens shape is not limited to a convex shape in the front direction, but may be implemented as a concave shape in the front direction. Accordingly, the concave dielectric lens may be configured in a form in which electromagnetic waves are less concentrated and diverged within the air gap layer 1010a. However, the emitted electromagnetic waves may be reflected from the upper and lower portions of the dielectric cavity 1010C and configured to be concentrated in the front direction.
  • FIG. 17B illustrates various embodiments of the dielectric lens structure of FIG. 17A .
  • a first dielectric layer is formed as one single dielectric lens structure 1011a convex in the first direction.
  • a first dielectric layer is formed of a plurality of dielectric lens grating structures 1011b convex in a first direction.
  • the plurality of dielectric lens grating structures 1011b may improve a side-lobe level (SLL) of an antenna radiation pattern.
  • the plurality of dielectric lens grating structures 1011b may maintain a constant radiation pattern in a broadband frequency range.
  • FIGS. 17A and 17C shows the electric field distribution of the antenna module of the DLAD structure.
  • the electric field distribution in the dielectric lens 1011a region R1 and the air gap 1010a region R2 by the dielectric lens 1011a is larger than in the DAD structure of FIG. 12(a). appear high
  • the dielectric lens 1011a is formed so that the second electric field distribution Ef2 of the air gap 1010a region R2 spreads less than that of the DAD structure. Accordingly, it can be seen that the second electric field distribution Ef2 of the area R2 of the air gap 1010a is more concentrated inside the dielectric cavity 1010C.
  • the second dielectric layer 1012 may have a planar structure.
  • the second dielectric layer 1012 may also be implemented in a convex shape in the front direction or a concave shape in the front direction.
  • the first dielectric layers 1011 , 1011a , and 1011b may be formed as a first curved portion having a first curvature of a first shape.
  • the second dielectric layer 1012 may be formed in a planar structure or as a second curved portion having a second curvature having a second shape. Accordingly, directivity in the front direction of the antenna module 1100 may be improved by the first dielectric layer 1011 , 1011a , 1011b and/or the second dielectric layer 1012 .
  • FIG. 18 illustrates dielectric-air gap structures disposed on the front surface of antenna elements having improved directivity according to various embodiments of the present disclosure.
  • 18A shows a dielectric-air gap-dielectric (DAD) structure.
  • 18B shows a dielectric lens-air gap-dielectric (DLAD) structure.
  • 18( c ) shows a dielectric-triangular air gap-dielectric (DTAD) structure.
  • 18( d ) shows a dielectric slot-air gap-dielectric (DAD) structure.
  • the DAD structure is a structure in which an air gap layer 1010a is formed between a first dielectric layer 1011 and a front second dielectric layer 1012 .
  • the first dielectric layer 1011 and the second dielectric layer 1012 are interconnected by dielectrics forming the first side surface SS1 to the fourth side surface SS4. can be configured.
  • the DAD structure of FIG. 18A may be formed as a DADAD structure by adding a dielectric layer between the air gap layers 1010a.
  • the DLAD structure has a concave or convex surface by varying the thickness of the first dielectric layer 1011 , 1011a , 1011b or the second dielectric layer 1012 to increase the antenna gain. can be further improved.
  • a plurality of dielectrics for example, the first and second dielectrics 1011 and 1012c may be non-parallel to each other. Accordingly, the shape of the air gap 1010a is not limited to a rectangular shape, and may be a triangular shape or an arbitrary rectangular shape.
  • the first dielectric layer 1011 and the second dielectric layer 1012c may be configured to be interconnected on a side surface.
  • the second dielectric layer 1012c is disposed to be inclined at a predetermined angle with respect to the first dielectric layer 1011 so that the directing direction of the radio signal radiated through the second dielectric layer 1012c of the antenna module 1100 is changed by a predetermined angle.
  • a direction of a radio signal radiated through the second dielectric layer 1012c may be changed by an inclination angle of the second dielectric layer 1012c in a vertical direction of the second dielectric layer 1012c.
  • the first and second dielectric layers 1011 and 1012c may be configured to be interconnected at one point at the bottom or configured to be interconnected by a separate dielectric at the second side surface SS.
  • the front portion 131 of the main frame 130 of FIGS. 14A to 15C may be formed to be inclined at a predetermined angle.
  • a slot region may be disposed in the first dielectric layer 1011d adjacent to the antenna element.
  • the slot position may be formed between the antenna elements 1110-1 and 1110-2 of FIG. 9A or may be formed to cover an upper region of the antenna elements 1110-1 and 1110-2.
  • the slot region SR When the slot region SR is formed between the antenna elements 1110-1 and 1110-2, the level of interference between the antenna elements may be reduced. Meanwhile, the slot region SR may be formed to cover upper regions of the antenna elements 1110-1 and 1110-2. Accordingly, most of the electromagnetic waves radiated through the antenna elements 1110-1 and 1110-2 are reflected and guided by the upper and lower first and second side surfaces SS1 and SS2. Accordingly, the antenna gain may be improved by guiding electromagnetic waves through the slot region SR of the first dielectric layer 1011 and the first and second side surfaces SS1 and SS2 and the second dielectric layer 1012 .
  • the antenna gain of a single antenna element is improved through the improved directivity antenna structure disclosed herein. Accordingly, the number of antenna elements in the array antenna can be reduced. As the number of antenna elements decreases, the size of the entire antenna module decreases.
  • a 1x4, 1x8 array antenna may be implemented as a 1x2, 1x4 array antenna in a millimeter wave band. Accordingly, the number of antenna elements in the array antenna can be reduced to half.
  • FIG. 19A shows antenna gain characteristics according to various antenna structures.
  • 19A shows gain values for each frequency according to the presence and absence of a multilayer dielectric structure and configuration in a 1x2 array antenna.
  • an antenna structure without a multilayer dielectric structure has an antenna gain of 8 dBi or less at a center frequency of 63.5 GHz.
  • the antenna gain has a maximum value of 13 dBi or more at the center frequency of 63.5 GHz. Therefore, it is possible to improve the antenna gain of up to 5 dBi or more through the multilayer dielectric structure in which the air gap is formed.
  • the antenna gain is in the order of ii) DSAD ⁇ iii) DAD ⁇ iv) DLAD.
  • FIG. 19B is a comparison of antenna radiation patterns of i) an antenna structure without a multilayer dielectric structure (antenna only) and iv) an antenna structure of a DLAD structure.
  • iv) antenna directivity is improved in the front direction in which magnetic waves travel through the DLAD structure.
  • the DLAD structure has improved directivity in the front direction, thereby realizing a flat-top radiation pattern.
  • the directivity is improved within a predetermined angular range with respect to the 90 degree direction, the lateral direction of the multilayer substrate, that is, the front direction of the electronic device by the flat-top radiation pattern.
  • the level of radiation outside the predetermined angular range is reduced by the flat-top radiation pattern, so that the level of interference can be reduced.
  • FIG. 20 shows a configuration in which antenna elements in the antenna module of the DAD structure can be controlled through a transceiver circuit according to an embodiment of the present specification.
  • the antenna module 1100 may further include a transceiver circuit 1250 .
  • the antenna module 1100 may be disposed on the rear surface of the multilayer substrate 1010 , but is not limited thereto.
  • the antenna module 1100 may be electrically connected to the antenna elements 1110-1 and 1110-2 to apply a radio frequency (RF) signal.
  • the transceiver circuit 1250 may be configured to apply signals having different phases to the antenna elements 1110-1 and 1110-2.
  • a phase control element such as a phase shifter (PS) may be electrically connected to each of the antenna elements 1110-1 and 1110-2. Accordingly, the transceiver circuit 1250 may apply a signal to the antenna elements 1110-1 and 1110-2 to radiate a beamforming radio signal through the antenna module 1100 .
  • PS phase shifter
  • the antenna substrate 1010 may be composed of a multi-layer substrate 1010 composed of a plurality of dielectric layers and conductive layers. Meanwhile, the antenna elements 1110-1 and 1110-2 are disposed on the multi-layer substrate 1010 or inside the multi-layer substrate 1010 to radiate a beam-forming signal through the side surface of the multi-layer substrate 1010. can be
  • the antenna module 1100 may be configured to include a plurality of antenna modules 1100-1 and 1100-2 that may be disposed in different areas of the electronic device.
  • the first antenna module 1100-1 may be configured to generate the first beam B1 in the front direction of the electronic device.
  • the second antenna module 1100 - 2 may be configured to generate the second beam B2 in a lateral direction of the electronic device.
  • the transceiver circuits 1250 and 1250b include first and second array antennas 1110a and 1110b to radiate the first and second beamforming signals B1 and B2 through the antenna modules 1100-1 and 1100-2. to apply the first and second signals.
  • the transceiver circuits 1250 and 1250b may be operatively coupled to the baseband processor 1400 .
  • the baseband processor 1400 corresponding to the modem uses the first and second transceiver circuits 1250 and 1250b to
  • the antenna module 1100 implemented as a multi-layer substrate includes an antenna substrate 1010, first dielectric layers 1011, 1011a, 1011b, 1011d, and a second dielectric layer. (1012, 1012c).
  • the antenna module 1100 may further include an air gap layer (1010a) disposed between the first dielectric layers (1011, 1011a, 1011b, 1011d) and the second dielectric layers (1012, 1012c).
  • the antenna substrate 1010 may be configured such that a plurality of antenna elements are disposed.
  • the first dielectric layers 1011, 1011a, 1011b, and 1011d are spaced apart from one side of the antenna substrate 1010 in a first direction (front direction) radiated from the antenna elements 1110, 1110-1, and 1110-2.
  • the elements may be configured to be placed.
  • the second dielectric layers 1012 and 1012c may be configured to be spaced apart from the first dielectric layers 1011 , 1011a , 1011b and 1011d in the first direction.
  • the first dielectric layers 1011 , 1011a , 1011b , and 1011d may be formed to have a first width W1 in the first direction.
  • An average thickness of the dielectric lenses 1011a and 1011b may be formed to have a first width W1 in the first direction.
  • the second dielectric layers 1012 and 1012c may be formed to have a second width W2 in the first direction.
  • the air gap layer 1010a may be formed at a specific gap G interval in the first direction.
  • a gap G of the air gap layer 1010a between the dielectric lenses 1011a and 1011b and the second dielectric layers 1012 and 1012c may be determined in consideration of the average thickness of the air gap layer 1010a.
  • the first dielectric layers 1011 , 1011a , 1011b , and 1011d and the second dielectric layers 1012 , 1012c are formed through the first side surface SS1 to the fourth side surface SS4 forming the side area of the antenna module 1100 . can be interconnected.
  • the first dielectric layers 1011 , 1011a , 1011b , and 1011d and the second dielectric layers 1012 and 1012c may form a hexahedral structure in which the inside is implemented as an air gap layer, that is, the dielectric cavity 1010C.
  • the first dielectric layers 1011 , 1011a , 1011b , and 1011d may form the rear surface of the hexahedral structure 1010C
  • the second dielectric layers 1012 and 1012c may form the front surface of the hexahedral structure 1010C.
  • the hexahedral structure 1010C may be configured to be disposed on top of the existing antenna module.
  • the external mechanism structure of the antenna module 1100 including the hexahedral structure 1010C may be integrally formed. Directivity of the radio signal radiated through the antenna elements 1110-1 and 1110-2 may be formed in the front direction through the dielectric cavity 1010C corresponding to the hexahedral structure.
  • the antenna module having a multilayer dielectric structure with improved directivity disclosed herein may be configured as an array antenna.
  • FIG. 21A 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 .
  • 21B 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 the 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. 21B . 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
  • At least one of 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 FIGS. 5C and 9 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. It can be controlled to form in two directions. 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. In addition, a second beam may be formed in a second direction in a horizontal direction using the second array antenna module 1100 - 2 . In this regard, 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 array antenna radiating in the downward direction may also be composed of a plurality of array antenna modules.
  • the array antenna module 1100 of FIGS. 14B, 15B, and 15C may also be spaced apart by a predetermined distance in the horizontal direction to include a plurality of array antenna modules.
  • 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, and the like.
  • the antenna module having a multilayer dielectric structure with improved directivity disclosed in the present specification the number of antenna elements in the array antenna can be reduced to a level of half or less.
  • the array antenna having a multilayer dielectric structure with improved directivity disclosed in the present specification may implement a 1x4, 1x8 array antenna as a 1x2, 1x4 array antenna.
  • FIG. 22 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 an area 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 array antenna modules 1100-1 to 1100-3 may include an antenna substrate 1010, first dielectric layers 1011, 1011a, 1011b, and 1011d, and second dielectric layers 1012 and 1012c.
  • the array antenna modules 1100-1 to 1100-3 have an air gap layer 1010a disposed between the first dielectric layers 1011, 1011a, 1011b, and 1011d and the second dielectric layers 1012 and 1012c. may further include.
  • the antenna substrate 1010 may be configured such that a plurality of antenna elements are disposed.
  • the first dielectric layers 1011, 1011a, 1011b, and 1011d are spaced apart from one side of the antenna substrate 1010 in a first direction (front direction) radiated from the antenna elements 1110, 1110-1, and 1110-2.
  • the elements may be configured to be placed.
  • the second dielectric layers 1012 and 1012c may be configured to be spaced apart from the first dielectric layers 1011 , 1011a , 1011b and 1011d in the first direction.
  • the first dielectric layers 1011 , 1011a , 1011b , and 1011d may be formed to have a first width W1 in the first direction.
  • An average thickness of the dielectric lenses 1011a and 1011b may be formed to have a first width W1 in the first direction.
  • the second dielectric layers 1012 and 1012c may be formed to have a second width W2 in the first direction.
  • the air gap layer 1010a may be formed at a specific gap G interval in the first direction.
  • a gap G of the air gap layer 1010a between the dielectric lenses 1011a and 1011b and the second dielectric layers 1012 and 1012c may be determined in consideration of the average thickness of the air gap layer 1010a.
  • the first dielectric layers 1011 , 1011a , 1011b , and 1011d and the second dielectric layers 1012 and 1012c are the first to first side surfaces SS1 to 1100 - 3 forming side regions of the array antenna modules 1100-1 to 1100-3. It can be interconnected through the 4 sides (SS4).
  • the first dielectric layers 1011 , 1011a , 1011b , and 1011d and the second dielectric layers 1012 and 1012c may form a hexahedral structure in which the inside is implemented as an air gap layer, that is, the dielectric cavity 1010C.
  • the first dielectric layers 1011 , 1011a , 1011b , and 1011d may form the rear surface of the hexahedral structure 1010C
  • the second dielectric layers 1012 and 1012c may form the front surface of the hexahedral structure 1010C.
  • the hexahedral structure 1010C may be configured to be disposed on top of the existing antenna module.
  • the external mechanical structures of the array antenna modules 1100-1 to 1100-3 including the hexahedral structure 1010C may be integrally formed. Directivity of the radio signal radiated through the antenna elements 1110-1 and 1110-2 may be formed in the front direction through the dielectric cavity 1010C corresponding to the hexahedral structure.
  • an antenna module having a multilayer dielectric structure with improved directivity and an electronic device including the same have been described.
  • Technical effects of an antenna module implemented with a multilayer substrate according to the present specification and an electronic device including the same are as follows.
  • a broadband antenna module employing a dielectric module structure to which a multilayer dielectric structure operating in a millimeter wave band is applied, and an electronic device having the same.
  • a dielectric module structure to which a multilayer dielectric structure is applied may be implemented to improve directivity of an antenna element, thereby improving antenna gain.
  • the efficiency of the antenna element may be improved, thereby improving the antenna gain.
  • the antenna module to which the dielectric module structure is applied by disposing the antenna module to which the dielectric module structure is applied at different positions under the electronic device, it is possible to perform wireless communication with various peripheral electronic devices in various directions.
  • 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 this specification should be determined by a reasonable interpretation of the appended claims, and all modifications within the scope of equivalents of this specification are included in the scope of this specification.

Landscapes

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

Abstract

전자 기기는 디스플레이의 주변 영역을 따라 배치되고, 상기 전자 기기의 측면 영역 및 배면 영역을 따라 연장되도록 배치된 메인 프레임; 및 상기 메인 프레임의 내부 공간에 배치되어, 상기 메인 프레임을 통해 상기 전자 기기의 전면 방향 또는 하부 방향으로 무선 신호를 방사하도록 구성된 안테나 모듈을 포함한다. 상기 안테나 모듈은, 안테나 소자들이 방사하는 제1 방향으로 상기 안테나 기판의 일 측면에서 이격되어 배치된 제1 유전체 층(dielectric layer); 상기 제1 유전체 층과 상기 제1 방향으로 이격되어 배치된 제2 유전체 층; 및 상기 제1 유전체 층 상기 제2 유전체 층 사이에 배치되는 에어 갭 층(air gap layer)을 포함한다.

Description

다층 기판으로 구현된 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기
본 명세서는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기에 관한 것이다. 특정 구현은 다층 기판으로 구현된 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. 이를 위해, 송수신부 회로가 안테나 모듈과 동작 가능하게 결합되고, 안테나 모듈은 다층 기판(multi-layer)로 구성될 수 있다.
이러한 다층 기판 형태의 안테나 모듈의 안테나 소자들은 무선 신호를 안테나 모듈의 일 측면 방향으로 방사할 수 있다. 하지만, 이러한 측면 방사 구조에서 안테나 소자의 이득을 증가시킬 수 있는 구체적인 안테나 구조가 제시된 바 없다는 문제점이 있다.
본 명세서는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 밀리미터파 대역에서 동작하는 광대역 안테나 모듈 및 이를 구비하는 전자 기기를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 소자의 지향성(directivity)을 향상시켜 안테나 이득을 향상시키기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 소자의 효율(efficiency)을 향상시켜 안테나 이득을 향상시키기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 밀리미터파 대역에서 유전체와 에어 갭을 이용하여 안테나 이득을 원하는 방향으로 향상시키기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 안테나 모듈을 전자 기기의 하부의 서로 다른 위치에 배치하여 여러 방향으로 다양한 주변 전자 기기와 무선 통신을 수행하기 위한 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 실시 예에 따른 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기가 제공된다. 상기 전자 기기는 디스플레이의 주변 영역을 따라 배치되고, 상기 전자 기기의 측면 영역 및 배면 영역을 따라 연장되도록 배치된 메인 프레임; 및 상기 메인 프레임의 내부 공간에 배치되어, 상기 메인 프레임을 통해 상기 전자 기기의 전면 방향 또는 하부 방향으로 무선 신호를 방사하도록 구성된 안테나 모듈을 포함한다. 상기 안테나 모듈은, 안테나 소자들이 방사하는 제1 방향으로 상기 안테나 기판의 일 측면에서 이격되어 배치된 제1 유전체 층(dielectric layer); 상기 제1 유전체 층과 상기 제1 방향으로 이격되어 배치된 제2 유전체 층; 및 상기 제1 유전체 층 상기 제2 유전체 층 사이에 배치되는 에어 갭 층(air gap layer)을 포함한다.
실시 예에서, 상기 제1 유전체 층은 상기 제1 방향에서 제1 너비(W1)로 형성되고, 상기 제2 유전체 층은 상기 제1 방향에서 제2 너비(W2)로 형성되고, 상기 에어 갭 층은 상기 제1 방향에서 특정 갭(G) 간격으로 형성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 제1 너비(W1)는 상기 안테나 소자의 동작 주파수에 대응하는 파장의 제1 임계 값 이상으로 설정되고, 상기 제2 너비(W2)는 상기 파장의 제2 임계값 이하로 설정될 수 있다.
실시 예에서, 상기 특정 갭(G) 간격은 상기 파장의 제3 임계 값 이상으로 설정될 수 있다.
실시 예에서, 상기 제1 너비(W1)는 상기 파장의 0.14배 이상으로 설정되고, 상기 제2 너비는 상기 파장의 0.61배 이하로 설정되고, 상기 특정 갭(G) 간격은 상기 파장의 0.29배 이상으로 설정될 수 있다.
실시 예에서, 상기 제1 유전체 층과 상기 제2 유전체 층은 상기 안테나 모듈의 측면 영역을 형성하는 제1 측면 내지 제4 측면을 통해 상호 연결되어, 내부가 에어 갭 층으로 구현되는 육면체 구조물을 형성한다. 상기 제1 유전체 층이 상기 육면체 구조물의 배면을 형성하고, 상기 제2 유전체 층이 상기 육면체 구조물의 전면을 형성하고, 상기 안테나 소자들을 통해 방사되는 무선 신호가 상기 육면체 구조물에 해당하는 유전체 캐비티를 통해 전면 방향으로 지향성이 형성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 제1 유전체 층과 상기 제2 유전체 층 사이에 배치되어, 상기 육면체 구조물의 제1 측면 내지 제4 측면과 연결되도록 구성된 제3 유전체 층을 더 포함할 수 있다. 상기 제3 유전체의 제3 유전율은 상기 제1 유전체의 제1 유전율 및 상기 제2 유전체의 제2 유전율보다 낮은 값으로 설정될 수 있다.
실시 예에서, 상기 제1 유전체 층은 상기 안테나 모듈의 제1 면을 형성하고, 상기 제2 유전체 층은 상기 안테나 모듈의 제2 면과 결합된 메인 프레임으로 구현될 수 있다. 상기 에어 갭 층은 상기 안테나 모듈의 전면과 상기 메인 프레임까지의 공간으로 형성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 제1 유전체 층과 상기 메인 프레임은 상기 안테나 모듈의 측면 영역을 형성하는 제1 측면 내지 제4 측면을 통해 상호 연결되어, 내부가 에어 갭 층으로 구현되는 육면체 구조물을 형성할 수 있다. 상기 제1 유전체 층이 상기 육면체 구조물의 배면을 형성하고, 상기 메인 프레임이 상기 육면체 구조물의 전면을 형성할 수 있다. 상기 안테나 소자들을 통해 방사되는 무선 신호가 상기 메인 프레임을 포함하는 상기 육면체 구조물에 해당하는 유전체 캐비티를 통해 전면 방향으로 지향성이 형성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 안테나 모듈의 상기 제2 유전체 부는 상기 메인 프레임의 전면부와 일체로 형성될 수 있다. 상기 안테나 소자들을 통해 방사되는 빔 포밍 신호가 상기 메인 프레임의 전면부를 통해 방사될 수 있다.
실시 예에서, 상기 안테나 모듈의 상기 제2 유전체 부는 상기 메인 프레임의 측면부와 일체로 형성될 수 있다. 상기 안테나 모듈은 상기 디스플레이의 배면에 부착된 이너 프레임 및 상기 메인 프레임의 측면부와 결합될 수 있다. 상기 안테나 소자들을 통해 방사되는 빔 포밍 신호가 상기 메인 프레임의 측면부를 통해 방사될 수 있다.
실시 예에서, 상기 안테나 모듈의 상기 제2 유전체 부는 상기 메인 프레임의 측면부와 일체로 형성될 수 있다. 상기 안테나 모듈은 상기 메인 프레임의 배면부에 부착된 지지 프레임 및 상기 메인 프레임의 측면부와 결합될 수 있다. 상기 안테나 소자들을 통해 방사되는 빔 포밍 신호가 상기 메인 프레임의 측면부를 통해 방사될 수 있다.
실시 예에서, 상기 안테나 모듈은 상기 디스플레이의 배면에 체결부(joint portion)를 통해 결합될 수 있다. 상기 안테나 모듈의 제1 유전체 층과 제2 유전체 층이 상호 연결된 일 측면 영역 상의 일 지점에서, 상기 안테나 모듈이 상기 체결부를 통해 상기 디스플레이 배면에 배치되는 이너 프레임과 체결될 수 있다.
실시 예에서, 상기 안테나 모듈은 제2 유전체 부가 상기 메인 프레임의 전면부와 일체로 형성되고, 제1 배열 안테나를 통해 형성되는 제1 빔 포밍 신호가 상기 메인 프레임의 전면부를 통해 방사되도록 구성된 제1 안테나 모듈; 및 제2 유전체 부가 상기 메인 프레임의 측면부와 일체로 형성되고, 제2 배열 안테나를 통해 형성되는 제2 빔 포밍 신호가 상기 메인 프레임의 측면부를 통해 방사되도록 구성된 제2 안테나 모듈을 포함할 수 있다.
실시 예에서, 상기 제1 유전체 층이 제1 형상의 제1 곡률을 갖는 제1 곡면부로 형성되거나, 상기 제2 유전체 층이 제2 형상의 제2 곡률을 갖는 제2 곡면부로 형성되어, 상기 안테나 모듈의 전면 방향으로 지향성을 개선할 수 있다.
실시 예에서, 상기 제1 유전체 층과 상기 제2 유전체 층이 측면 상에서 상호 연결되도록 구성될 수 있다. 상기 제2 유전체 층이 상기 제1 유전체 층에 대해 소정 각도로 경사지게 배치되어, 상기 안테나 모듈의 상기 제2 유전체 층을 통해 방사되는 무선 신호의 지향 방향을 소정 각도만큼 변경되도록 할 수 있다.
실시 예에서, 상기 안테나 모듈은 다층 기판의 배면에 배치되고, 상기 안테나 소자들과 전기적으로 연결되어 RF (radio frequency) 신호를 인가하도록 구성된 송수신부 회로(transceiver circuit)를 더 포함할 수 있다. 상기 송수신부 회로는 상기 안테나 소자들로 서로 다른 위상을 갖는 신호들을 인가하여, 상기 안테나 모듈을 통해 빔 포밍 무선 신호를 방사하도록 상기 안테나 소자들을 제어할 수 있다.
실시 예에서, 상기 안테나 기판은 복수의 유전체 층과 도전 층으로 구성된 다층 기판(multi-layer substrate)으로 구성될 수 있다. 상기 안테나 소자들은 상기 다층 기판 상에 또는 상기 다층 기판의 내부에 배치되어, 상기 다층 기판의 측면을 통해 빔 포밍 신호를 방사하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따른 다층 기판(multi-layer substrate)으로 구현된 안테나 모듈이 제공된다. 상기 안테나 모듈은 복수의 안테나 소자들이 배치된 안테나 기판(antenna substrate); 상기 안테나 소자들이 방사하는 제1 방향으로 상기 안테나 기판의 일 측면에서 이격되어 배치된 제1 유전체 층(dielectric layer); 상기 제1 유전체 층과 상기 제1 방향으로 이격되어 배치된 제2 유전체 층; 및 상기 제1 유전체 층 상기 제2 유전체 층 사이에 배치되는 에어 갭 층(air gap layer)을 포함한다. 상기 제1 유전체 층은 상기 제1 방향에서 제1 너비(W1)로 형성되고, 상기 제2 유전체 층은 상기 제1 방향에서 제2 너비(W2)로 형성될 수 있다. 상기 에어 갭 층은 상기 제1 방향에서 특정 갭(G) 간격으로 형성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 제1 유전체 층과 상기 제2 유전체 층은 상기 안테나 모듈의 측면 영역을 형성하는 제1 측면 내지 제4 측면을 통해 상호 연결되어, 내부가 에어 갭 층으로 구현되는 육면체 구조물을 형성할 수 있다. 상기 제1 유전체 층이 상기 육면체 구조물의 배면을 형성하고, 상기 제2 유전체 층이 상기 육면체 구조물의 전면을 형성할 수 있다. 상기 안테나 소자들을 통해 방사되는 무선 신호가 상기 육면체 구조물에 해당하는 유전체 캐비티를 통해 전면 방향으로 지향성이 형성될 수 있다.
본 명세서에 따른 다층 기판으로 구현된 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기의 기술적 효과는 다음과 같다.
실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역에서 동작하는 다층 유전체 구조가 적용된 유전체 모듈 구조를 채택하는 광대역 안테나 모듈 및 이를 구비하는 전자 기기를 제공할 수 있다.
실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역에서 다층 안테나 구조를 설계함에 있어 다층 유전체 구조가 적용된 유전체 모듈 구조를 구현하여, 안테나 소자의 지향성(directivity)을 향상시켜 안테나 이득을 향상시킬 수 있다.
실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역에서 다층 안테나 구조를 설계함에 있어 에어 갭을 구현하여, 안테나 소자의 효율(efficiency)을 향상시켜 안테나 이득을 향상시킬 수 있다.
실시 예에 따르면, 유전체 모듈 구조가 적용된 안테나 모듈을 전자 기기의 하부의 서로 다른 위치에 배치하여 여러 방향으로 다양한 주변 전자 기기와 무선 통신을 수행할 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 7a는 본 명세서에 따른 디스플레이 패널을 갖는 디스플레이 디바이스의 외관 구성을 나타낸다. 도 7b는 도 7a의 디스플레이 디바이스의 각 구성 별 사시도를 나타낸다.
도 8a는 본 명세서에 따른 전자 기기의 디스플레이 패널 및 메인 프레임과 결합되는 이너 프레임과 지지 프레임이 결합된 측면도를 나타낸다.
도 8b는 본 명세서에 따른 전자 기기의 이너 프레임과 메인 프레임을 결합하는 지지 프레임과 결합 부재가 결합된 측면도를 나타낸다.
도 9a는 본 명세서에 따른 안테나 모듈의 일 측면도를 나타낸다.
도 9b는 본 명세서에 따른 안테나 소자들이 형성된 안테나 기판이 배치된 안테나 모듈의 측면도와 타 측면도를 나타낸다.
도 10a 내지 도 10c는 본 명세서에 따른 메인 프레임 내부에 배치될 수 있는 안테나 모듈의 구성을 나타낸다.
도 11a는 안테나 소자를 통해 전자파가 진행하는 방향으로 배치된 DAD 구조를 나타낸다. 도 11b는 서로 다른 영역의 전계 분포도에 따른 안테나 동작 메커니즘을 나타낸다. 또한, 도 11c는 유전체 경계면에 의한 전파 진행 방향과 이에 따른 안테나 동작 메커니즘을 나타낸다.
도 12는 DAD 구조 유무에 따른 전계 분포의 변화를 비교한 것이다.
도 13a 내지 도 13c의 시뮬레이션 결과는 배열 안테나를 구성하는 하나의 안테나 소자에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 14a 및 도 14b는 디스플레이 패널과 결합되는 메인 프레임의 일부를 제2 유전체로 이용한 DAD 구조의 안테나 모듈의 배치 구조를 나타낸다.
도 15a 내지 도 15c는 다양한 실시예들에 따른 DAD 안테나 모듈의 배치 구조를 나타낸다.
도 16은 본 명세서의 일 실시 예에 따른 복수의 안테나 모듈이 전자 기기에 배치되는 구성을 나타낸다.
도 17a는 제1 유전체 층이 유전체 렌즈 구조로 형성된 구조를 나타낸다.
도 17b는 도 17a의 유전체 렌즈 구조의 다양한 실시 예들을 나타낸다.
도 17c는 DLAD 구조의 안테나 모듈의 전계 분포를 나타낸다.
도 18은 다양한 실시 예들에 따른 지향성이 개선되는 안테나 소자들의 전면에 배치되는 유전체-에어 갭 구조들을 나타낸다.
도 19a는 다양한 안테나 구조에 따른 안테나 이득 특성을 나타낸 것이다.
도 19b는 i) 다층 유전체 구조가 없는 안테나 구조(antenna only)와 iv) DLAD 구조의 안테나 구조의 안테나 방사 패턴을 비교한 것이다.
도 20은 본 명세서의 일 실시 예에 따른 DAD 구조의 안테나 모듈 내의 안테나 소자들이 송수신부 회로를 통해 제어될 수 있는 구성을 나타낸다.
도 21a는 제1 타입 안테나와 제2 타입 안테나가 배열 안테나로 형성된 안테나 모듈(1100)이 전자 기기(1000)에 배치된 구조를 나타낸다. 도 21b는 복수의 배열 안테나 모듈을 확대한 도면이다.
도 22는 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(1020)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 기기와 도 3a 및 도 3b와 같은 구성에서 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. 이를 위해, 송수신부 회로가 안테나 모듈과 동작 가능하게 결합되고, 안테나 모듈은 다층 기판(multi-layer)로 구성될 수 있다.
이러한 다층 기판 형태의 안테나 모듈의 안테나 소자들은 무선 신호를 안테나 모듈의 일 측면 방향으로 방사할 수 있다. 하지만, 이러한 측면 방사 구조에서 안테나 소자의 이득을 증가시킬 수 있는 구체적인 안테나 구조가 제시된 바 없다는 문제점이 있다.
본 명세서는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 밀리미터파 대역에서 동작하는 광대역 안테나 모듈 및 이를 구비하는 전자 기기를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 소자의 지향성(directivity)을 향상시켜 안테나 이득을 향상시키기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 소자의 효율(efficiency)을 향상시켜 안테나 이득을 향상시키기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 밀리미터파 대역에서 유전체와 에어 갭을 이용하여 안테나 이득을 원하는 방향으로 향상시키기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 안테나 모듈을 전자 기기의 하부의 서로 다른 위치에 배치하여 여러 방향으로 다양한 주변 전자 기기와 무선 통신을 수행하기 위한 것이다.
본 명세서에 따른 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기에 대해 설명한다. 이를 위해, 영상표시 장치 (디스플레이 디바이스)로서 동작하는 전자 기기의 구성 및 구조에 대해 상세하게 설명한다. 이와 관련하여, 도 7a는 본 명세서에 따른 디스플레이 패널을 갖는 디스플레이 디바이스의 외관 구성을 나타낸다. 한편, 도 7b는 도 7a의 디스플레이 디바이스의 각 구성 별 사시도를 나타낸다.
이하에서는, 디스플레이 패널에 대해 유기 발광 다이오드 표시 패널(Organic Light Emitting Diode, OLED)을 일례로 들어 설명한다. 하지만, 본 발명에 적용할 수 있는 디스플레이 패널이 OLED 패널에 한정되는 것은 아니고, 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 전계 방출 표시 패널(Field Emission Display, FED), 액정 패널(Liquid Crystal Display, LCD)인 것도 가능하다.
도 7a를 참조하면, 디스플레이 디바이스(100)는 제1 장변(First Long Side, LS1), 제1 장변(LS1)에 대향하는 제 2 장변(Second Long Side, LS2), 제1 장변(LS1) 및 제2 장변(LS2)에 인접하는 제1 단변(First Short Side, SS1) 및 제1 단변(SS1)에 대향하는 제2 단변(Second Short Side, SS2)을 포함할 수 있다.
디스플레이 디바이스(100)는 제1 단변 영역(SS1)을 제1 측면영역(First side area)이라 하고, 제2 단변 영역(SS2)을 제1 측면영역에 대향하는 제2 측면영역(Second side area)이라 할 수 있다. 디스플레이 디바이스(100)는 제1 장변 영역(LS1)을 제1 측면영역 및 제2 측면영역에 인접하고 제1 측면영역과 제2 측면영역의 사이에 위치하는 제3 측면영역(Third side area)이라 할 수 있다. 제2 장변 영역(LS2)을 제1 측면영역 및 제2 측면영역에 인접하고 제1 측면영역과 제2 측면영역의 사이에 위치하며 제3 측면영역에 대향하는 제4 측면영역(Fourth side area)이라 할 수 있다.
이하에서 제1 방향(First Direction, DR1)은 디스플레이 패널(110)의 장변(Long Side, LS1, LS2)과 나란한 방향이고, 제2 방향(Second Direction, DR2)은 디스플레이 패널(110)의 단변(Short Side, SS1, SS2)과 나란한 방향일 수 있다. 제3 방향(Third Direction, DR3)은 제1 방향(DR1) 및/또는 제2 방향(DR2)에 수직하는 방향일 수 있다
다른 관점에서, 디스플레이 디바이스(100)가 화상을 표시하는 쪽을 전방 또는 전면이라 할 수 있다. 디스플레이 디바이스(100)가 화상을 표시할 때, 화상을 관측할 수 없는 쪽을 후방 또는 후면이라 할 수 있다. 전방 또는 전면에서 디스플레이 디바이스(100)를 바라볼 때, 제1 장변(LS1) 쪽을 상측 또는 상면이라 할 수 있고, 제2 장변(LS2) 쪽을 하측 또는 하면이라 할 수 있다. 전방 또는 전면에서 디스플레이 디바이스(100)를 바라볼 때, 제1 단변(SS1) 쪽을 우측 또는 우면이라 할 수 있고, 제2 단변(SS2)쪽을 좌측 또는 좌면이라 할 수 있다.
제1 장변(LS1), 제2 장변(LS2), 제1 단변(SS1), 그리고 제2 단변(SS2)은 디스플레이 디바이스(100)의 엣지(edge)라 칭할 수 있다. 또한, 제1 장변(LS1), 제2 장변(LS2), 제1 단변(SS1), 그리고 제2 단변(SS2)이 서로 만나는 지점을 코너라 칭할 수 있다. 예를 들어, 제1 장변(LS1)과 제1 단변(SS1)이 만나는 지점은 제1 코너(C1), 제1 장변(LS1)과 제2 단변(SS2)이 만나는 지점은 제2 코너(C2), 제2 단변(SS2)과 제2 장변(LS2)이 만나는 지점은 제3 코너(C3), 그리고 제2 장변(LS2)과 제1 단변(SS1)이 만나는 지점은 제4 코너(C4)가 될 수 있다.
제1 단변(SS1)에서 제2 단변(SS2)을 향하는 방향 또는 제2 단변(SS2)에서 제1 단변(SS1)을 향하는 방향은 좌우방향(LR) 또는 수평방향(DR1)이라 할 수 있다. 제1 장변(LS1)에서 제2 장변(LS2)을 향하는 방향 또는 제2 장변(LS2)에서 제1 장변(LS1)을 향하는 방향은 상하방향(UD) 또는 수직방향(DR2)이라 할 수 있다. 전면에서 후면으로 향하는 방향 또는 후면에서 전면으로 향하는 방향은 전후방향(DR3) 또는 두께방향(FB)이라 할 수 있다. 전후방향(DR3)은 좌우방향(DR1) 및/또는 상하방향(DR2)에 수직하는 방향일 수 있다.
도 7b를 참조하면, 디스플레이 패널(110)은 디스플레이 디바이스(100)의 전면에 제공되며 영상을 표시할 수 있다. 디스플레이 패널(110)은 복수 개의 픽셀이 각 픽셀당 RGB(red, green or blue)를 타이밍에 맞추어 출력함으로써 영상을 표시할 수 있다. 디스플레이 패널(110)은 영상이 표시되는 활성영역(active area)과 영상이 표시되지 않는 비활성 영역(de-active area)으로 구분될 수 있다.
디스플레이 패널(110)은 두께가 얇은 평면 패널일 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 패널(110)은 유기 발광 다이오드 표시 패널(Organic Light Emitting Diode, OLED)일 수 있다. 액티브 매트릭스 타입의 유기발광 표시패널은 스스로 발광하는 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode: 이하, "OLED"라 함)를 포함하며, 응답 속도가 빠르고 발광효율, 휘도 및 시야각이 큰 장점이 있다.
메인 프레임(130)은 디스플레이 패널(110) 후방에 배치될 수 있다. 메인 프레임(130)은 디스플레이 패널(110)에 결합될 수 있다. 메인 프레임(130)이 디스플레이 패널(110)과 결합되기 위해, 메인 프레임(130) 및/또는 그에 인접한 다른 구조물에는 돌출부, 슬라이딩부, 결합부 등이 포함될 수 있다. 메인 프레임(130)은 바텀 프레임(131)을 포함할 수 있다. 바텀 프레임(131)은 메인 프레임(130)의 하단에 배치될 수 있다. 바텀 프레임(131)은 메인 프레임(130)에서 분리되거나 결합될 수 있다. 메인 프레임(130)과 바텀 프레임(131)은 디스플레이 패널(110)의 전면 일부 그리고 측면을 커버할 수 있다.
이너 플레이트(150)는 디스플레이 패널(110)의 후방에 배치될 수 있다. 이너 플레이트(150)는 디스플레이 패널(110)과 메인 프레임(130) 사이에 배치될 수 있다. 이너 플레이트(150)의 전면은 디스플레이 패널(110)에 마주할 수 있다. 이너 플레이트(150)의 타면은 메인 프레임(130)에 체결될 수 있다. 이너 플레이트(150)는 디스플레이 패널(110)의 후면에 장착되는 지지 플레이트(170)와 마주할 수 있다. 이너 플레이트(150)는 결합부재(190)를 통해 지지 플레이트(170)와 연결 또는 결합될 수 있다. 결합부재(190)는 이너 플레이트(150)와 지지 플레이트(170)를 결합할 수 있다. 결합부재(190)는 지지 플레이트(170)의 후면 그리고 이너 플레이트(150)의 전면에 형성 또는 고정될 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 디스플레이 디바이스는 디스플레이 패널에 결합되는 복수의 프레임들을 구비할 수 있다. 이와 관련하여, 도 8a는 본 명세서에 따른 전자 기기의 디스플레이 패널 및 메인 프레임과 결합되는 이너 프레임과 지지 프레임이 결합된 측면도를 나타낸다. 한편, 도 8b는 본 명세서에 따른 전자 기기의 이너 프레임과 메인 프레임을 결합하는 지지 프레임과 결합 부재가 결합된 측면도를 나타낸다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 도 7a에서 A-A'의 절단한 부분을 간략하게 나타낸 것이다.
메인 프레임(130)의 제1 장변(LS1)에 형성된 가장자리(LSB1,LSE1) 또는 테두리는 적어도 한번 이상 굴절될 수 있다. 예를 들어, 메인 프레임(130)의 가장자리(LSB1, LSE1)는 메인 프레임(130)의 전방(F)을 향해 밴딩된 후, 메인 프레임(130)의 내부를 향해 90°(도)로 밴딩될 수 있다. 제1 장변(LS1)의 제11 월(LSB1)은 메인 프레임(130)의 바디(130a)에서 90도로 밴딩될 수 있다. 제1 장변(LS1)의 제12 월(LSE1)은 메인 프레임(130)의 바디(130b)에 마주되도록 제1 장변(LS1)의 제11 월(LSB1)에서 메인 프레임(130)의 내부를 향해 90도로 밴딩될 수 있다.제1 결합부재(190a)는 제2 결합부재(190b)에 결합될 수 있다. 제1 결합부재(190a)는 이너 플레이트(150)에 마주하거나 접할 수 있다. 제2 결합부재(190b)는 지지 플레이트(170)에 마주하거나 접할 수 있다.
디스플레이 패널(110)이 메인 프레임(130)에 삽입되는 동안 제1 결합부재(190a)의 연장영역(93a)은 제2 결합부재(190b)의 연장영역(93b)과 이너 플레이트(150) 사이에 배치될 수 있다.
제1 결합부재(190a)의 연장영역(93a)의 일면은 이너 플레이트(150)와 마주하거나 접할 수 있다. 제1 결합부재(190a)의 연장영역(93a)의 타면은 지지 플레이트(170)와 이격될 수 있다. 제1 결합부재(190a)의 연장영역(93a)의 타면은 제2 결합부재(190b)의 연장영역(93b)의 타면과 마주하거나 접할 수 있다. 디스플레이 패널(110)이 메인 프레임(130)에 삽입되는 동안 제2 결합부재(190b)의 연장영역(93b)은 제1 결합부재(190a)의 연장영역(93a)과 지지 플레이트(170) 사이에 배치될 수 있다.
제2 결합부재(190b)의 연장영역(93b)의 일면은 지지 플레이트(170)와 마주하거나 접할 수 있다. 제2 결합부재(190b)의 연장영역(93b)의 타면은 이너 플레이트(150)와 이격될 수 있다. 제2 결합부재(190b)의 연장영역(93b)의 타면은 제1 결합부재(190a)의 연장영역(93a)의 타면과 마주하거나 접할 수 있다. 즉, 제1 결합부재(190a)와 제2 결합부재(190b)는 후크 방식으로 결합될 수 있다. 이에 디스플레이 패널(110)은 메인 프레임(130)과 일정한 간격을 유지할 수 있다. 디스플레이 패널(110)의 중앙 영역이 전면을 향해 쏠리는 현상을 미리 방지할 수 있다.
또한, 이너 플레이트(150)는 복수 개의 비드(Bead) 형상을 포함할 수 있다. 비드 형상은 디스플레이 패널(110)을 향해 돌출될 수 있다. 이너 플레이트(150)는 복수 개의 비드 형상(B)을 포함함으로써, 디스플레이 패널(110)과 메인 프레임(130) 간의 간격을 일정하게 유지시킬 수 있고, 강성을 확보할 수 있다.
전술한 구성 및 구조를 갖는 영상 표시 장치, 즉 전자 기기의 메인 프레임 내부에는 주변 전자 기기와 무선 통신을 수행하기 위해 안테나 모듈이 구비될 수 있다. 이와 관련하여, 도 9a는 본 명세서에 따른 안테나 모듈의 일 측면도를 나타낸다. 도 9b는 본 명세서에 따른 안테나 소자들이 형성된 안테나 기판이 배치된 안테나 모듈의 측면도와 타 측면도를 나타낸다.
한편, 본 명세서에서 개시되는 안테나 모듈의 복수의 유전체들 중 외곽에 배치되는 유전체는 전자 기기의 전면 및 측면에 형성된 메인 프레임으로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 10a 내지 도 10c는 본 명세서에 따른 메인 프레임 내부에 배치될 수 있는 안테나 모듈의 구성을 나타낸다. 도 10a는 안테나 모듈(1100)이 메인 프레임(130)의 전면부(132)와 일체로 형성된 구조를 나타낸다. 도 10a를 참조하면, 안테나 모듈(1100)을 통해 방사되는 빔 포밍 무선 신호(B1)는 전자 기기의 전면 방향으로 방사되어, 전면 방향에 배치된 전자 기기와 무선 통신을 수행할 수 있다.
도 10b는 안테나 모듈(1100)이 메인 프레임(130)의 측면부(133)와 일체로 형성되고 이너 프레임(170)에 부착된 구조를 나타낸다. 한편, 도 10c는 안테나 모듈(1100)이 메인 프레임(130)의 측면부(133)와 일체로 형성되고 지지 프레임(150)에 부착된 구조를 나타낸다. 도 10b 및 도 10c를 참조하면, 안테나 모듈(1100)을 통해 방사되는 빔 포밍 무선 신호(B2, B3)는 전자 기기의 하부 방향으로 방사되어, 하부 방향에 배치된 전자 기기와 무선 통신을 수행할 수 있다.
도 7a 내지 도 10c를 참조하면, 본 명세서에서 개시되는 전자 기기(1000)는 디스플레이(110), 메인 프레임(130) 및 안테나 모듈(1100)을 포함하도록 구성될 수 있다.
디스플레이(110)는 전자 기기의 전면에 배치되고 정보를 표시하도록 구성될 수 있다. 메인 프레임(130)은 전면에 배치된 디스플레이(110)의 주변 영역을 따라 배치되고, 전자 기기의 측면 영역 및 배면 영역을 따라 연장되도록 배치될 수 있다. 메인 프레임(130)은 전면 영역 (전면부) (132), 측면 영역 (측면부) (133) 및 배면 영역 (배면부) (134)를 포함하도록 구성될 수 있다.
안테나 모듈(1100)은 메인 프레임(130)의 내부 공간에 배치되어, 메인 프레임(130)을 통해 전자 기기의 전면 방향 또는 하부 방향으로 무선 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 모듈(1100)의 외곽 구조물 중 일부는 메인 프레임(130)으로 구현될 수 있다. 이를 위해, 안테나 모듈(1100)의 외곽 구조물의 두께 (너비)가 최적화된 값을 갖도록 해당 영역의 메인 프레임(130)의 두께 (너비)가 다른 영역과 상이하게 형성될 수 있다.
안테나 모듈(1100)은 안테나 기판(antenna substrate, 1010), 제1 유전체 층(dielectric layer, 1011), 제2 유전체 층(1012) 및 에어 갭 층(air gap layer, 1010a)을 포함하도록 구성될 수 있다.
안테나 기판(1010)은 도 5c와 같이 안테나 소자가 배치되면서 RFIC(1250)와 같은 송수신부 회로가 배치되는 다층 기판(multi-layer substrate, 1010)로 구현될 수 있다. 안테나 기판(1010)은 복수의 안테나 소자들이 배치되도록 구성될 수 있다.
제1 유전체 층(1011)은 안테나 소자들이 방사하는 제1 방향으로 안테나 기판(1010)의 일 측면에서 이격되어 배치될 수 있다. 제1 유전체 층(1012)은 제1 유전체 층(1011)과 제1 방향으로 이격되어 배치될 수 있다. 제1 유전체 층(1011) 및 제2 유전체 층(1012)이 안테나 모듈(1100)의 일부 외관을 형성하므로, 제1 유전체 부(1011) 및 제2 유전체 부(1012)로 지칭될 수 있다. 에어 갭 층(1010a)은 제1 유전체 층(1011) 및 제2 유전체 층(1012) 사이에 배치되도록 구성될 수 있다.
제1 유전체 층(1011)은 제1 방향에서 제1 너비(W1)로 형성되고, 제2 유전체 층(1012)은 제1 방향에서 제2 너비(W2)로 형성될 수 있다. 에어 갭 층(1010a)은 제1 방향에서 특정 갭(G) 간격으로 형성될 수 있다.
이와 같이 제1 유전체 층(1011) 및 제2 유전체 층(1012)과 그 사이에 배치되는 에어 갭 층(1010a)에 의한 안테나 성능, 특히 안테나 이득을 증가시킬 수 있다. 제1 유전체 층(1011)-에어 갭 층(1010a)-제2 유전체 층(1012)의 구조를 dielectric-air gap-dielectric (DAD) 구조로 지칭할 수 있다. 이러한 DAD 구조를 통해 안테나 성능, 특히 안테나 이득을 향상시킬 수 있다. 이와 같이 DAD 구조를 통해 안테나 성능이 개선되는 원리에 대해 설명하면 다음과 같다.
이와 관련하여, 도 11a는 안테나 소자를 통해 전자파가 진행하는 방향으로 배치된 DAD 구조를 나타낸다. 도 11b는 서로 다른 영역의 전계 분포도에 따른 안테나 동작 메커니즘을 나타낸다. 또한, 도 11c는 유전체 경계면에 의한 전파 진행 방향과 이에 따른 안테나 동작 메커니즘을 나타낸다.
도 11a를 참조하면, 제1 및 제2 유전체 층(1011, 1012)의 두 개의 유전체 층과 그 사이에 배치된 에어 갭 층(1010a)를 이용하여 안테나 성능, 특히 안테나 이득을 향상시킬 수 있다. 도 9a 내지 도 11a를 참조하면, 안테나 소자(1110)가 특정 방향으로 전자파를 방사하면, 전자파 (무선 신호)는 dielectric + air-gap + dielectric (DAD) 순서로 복수의 층을 통과하게 된다. 전술한 바와 같이, 무선 신호가 통과하는 제1 유전체 층(1011)-에어 갭 층(1010a)-제2 유전체 층(1012)의 구조를 dielectric-air gap-dielectric (DAD) 구조로 지칭할 수 있다. 이 경우, 안테나 소자(1110)의 전면 방사 영역에 배치된 DAD 구조를 이용하여 무선 신호가 진행하는 방향의 안테나 성능 (안테나 이득)을 향상시킬 수 있다.
도 9a 내지 도 11b를 참조하면, 제1 유전체 층(1011)은 안테나의 근접 필드(near field) 영역에 위치한다. 따라서, 제1 전계(electric field) 분포(Ef1)는 평면 파(Plane Wave)가 아니므로 Ef1의 종점(P0)과 중간 점(P1)은 수직한 방향으로 형성되지 않는다.
종점(P0)는 유전체 층을 거치지 않기 때문에 v0의 속도로 전자파가 진행할 수 있다, 하지만, 중간 점(P1)은 유전체 층에 의해 v1의 속도로 진행하게 된다. 이와 관련하여, v0 > v1 이므로 제1 유전체 층(1011)을 지날 때 제2 전계 분포(Ef2)가 평면 파에 가까워진다.
에어 갭 층(1010a)에서는 P0와 P1에서 동일한 속도로 진행하기 때문에 제2 전계 분포(Ef2)와 동일한 전계 분포 형태로 무선 신호가 전파된다. 하지만, 제2 유전체 층(1012)을 통과할 때 속도 차이에 의해 P0와 P1이 동일한 수직 위치 상에 배치되는 지점이 존재한다. 따라서, P0와 P1이 동일한 수직 위치 상에 배치되도록 제2 유전체 층(1012)의 제2 너비(W2)를 설정할 수 있다. 따라서 제2 유전체 층(1012)을 통과한 전자파의 제3 전계분포(Ef3)는 평면파가 된다. 이에 따라, 제2 유전체 층(1012)을 통과한 전자파를 수신하는 경우, P0와 P1에서 동일한 위상을 갖는 무선 신호가 수신되게 된다. 따라서, 제2 유전체 층(1012)을 통과한 무선 신호를 위상 차이에 따른 신호 손실 없이 수신하게 되어 안테나 이득을 향상시킬 수 있다.
제1 유전체 층(1011)을 제1 너비(W1)로 형성하여 제1 전계 분포(Ef1)를 평면파에 가까운 제2 전계 분포(Ef2)로 변경시킬 수 있다. 한편, 제1 유전체 층(1011)과 제2 유전체 층(1012) 사이에 에어 갭 층(1010a)이 형성되어 제2 전계 분포(Ef2)가 일정 간격만큼 유지되어 급격한 전계 분포 변경에 따른 성능 저하를 방지할 수 있다. 제2 전계 분포(Ef2)가 일정 간격만큼 유지되어 급격한 전계 분포 변경에 따른 대역폭 감소를 방지할 수 있다. 또한, 제2 유전체 층(1012)을 제2 너비(W2)로 형성하여 제2 전계 분포(Ef2)를 완전한 평면파 형태의 제3 전계분포(Ef3)로 형성할 수 있다.
한편, 도 11a(b)와 같이 제1 유전체 층(1011)과 제2 유전체 층(1012) 사이에 제3 유전체 층(1013)이 더 배치될 수도 있다. 다시 말해, 에어 갭 층(1010a) 사이에 다른 유전체 층인 제3 유전체 층(1013)이 더 배치될 수 있다.
제3 유전체(1013)의 제3 유전율은 제1 유전체(1011)의 제1 유전율 및 제2 유전체(1012)의 제2 유전율보다 낮은 값으로 설정될 수 있다. 이 경우, 에어 갭 층(1010a)은 제1 에어 갭 층(1011a)과 제2 에어 갭 층(1012a)을 포함할 수 있다. 제1 에어 갭 층(1011a)은 제1 유전체 층(1011)과 제3 유전체 층(1013) 사이에 형성될 수 있다. 제2 에어 갭 층(1012a)은 제3 유전체 층(1013)과 제2 유전체 층(1012) 사이에 형성될 수 있다.
도 9a 내지 도 11c를 참조하면, DAD 구조로 형성된 안테나 모듈(1100)의 제1 및 제2 유전체 층(1011, 1012)을 유전체를 통해 상호 연결하여 유전체 캐비티(Dielectric Cavity, 1010C)를 형성할 수 있다. 구체적으로, 제1 유전체 층(1011)과 제2 유전체 층(1012)은 안테나 모듈의 측면 영역을 형성하는 제1 측면(side surface, SS1) 내지 제4 측면(SS4)을 통해 상호 연결될 수 있다. 따라서, 제1 유전체 층(1011)과 제2 유전체 층(1012)은 내부가 에어 갭 층으로 구현되는 육면체 구조물을 형성할 수 있다.
도 11a(a)의 제3 유전체 층(1013)은 제1 유전체 층(1011)과 제2 유전체 층(1012) 사이에 배치될 수 있다. 도 9a 내지 도 11c를 참조하면, 제3 유전체 층(1013)은 육면체 구조물의 제1 측면(SS1) 내지 제4 측면(SS4)과 연결되도록 구성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 제3 유전체(1013)의 제3 유전율은 제1 유전체(1011)의 제1 유전율 및 제2 유전체(1012)의 제2 유전율보다 낮은 값으로 설정될 수 있다.
한편, 제1 유전체 층(1011)이 육면체 구조물의 배면을 형성하고, 제2 유전체 층(1011)이 육면체 구조물의 전면을 형성할 수 있다. 안테나 소자들을 통해 방사되는 무선 신호가 육면체 구조물에 해당하는 유전체 캐비티(1010C)를 통해 전면 방향으로 지향성이 형성될 수 있다.
육면체 구조물로 형성된 유전체 캐비티(1010C)의 상부면(1010U)과 하면(1010L)의 유전체 경계면은 안테나로부터 방사되는 전자기파를 반사하도록 구성된다. 즉, 유전체 캐비티(1010C)의 상부면(1010U)과 하부면(1010L)의 유전체 경계면은 무선 신호를 반사하는 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 전자기파의 진행 방향인 전면 방향인 제1 방향에서 벗어나는 무선 신호를 제1 방향으로 반사시켜 안테나 이득이 향상시킬 수 있다.
일 예로, 유전체 캐비티(1010C)의 상부면(1010U)과 하부면(1010L)의 유전율의 다른 면의 유전율보다 높은 값으로 설정할 수 있다. 다른 예로, 유전체 캐비티(1010C)의 상부면(1010U)과 하부면(1010L)에 무선 신호가 반사되도록 복수의 행렬 형태로 소정 간격으로 이격 배치되는 금속 패턴들이 형성될 수 있다.
본 명세서에서 제시되는 DAD 구조에 형성되는 전계 분포에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 12는 DAD 구조 유무에 따른 전계 분포의 변화를 비교한 것이다. 도 12(a)는 안테나 기판에 end-fire 안테나가 형성된 경우의 전계 분포, 즉 전계 세기를 나타낸 것이다. 반면에, 도 12(b)는 안테나 기판에 end-fire 안테나가 형성되고 신호가 방사되는 방향으로 DAD 구조가 형성된 경우의 전계 분포, 즉 전계 세기를 나타낸 것이다.
도 12(a)를 참조하면, 좌측부터 전계의 세기가 강한 영역이 3개의 영역으로 형성된다. 근접 필드 영역에 해당하는 좌측 영역에 근접할수록 동위상 전계분포가 곡면 형태로 구성되어, 평면파가 아닌 것을 확인할 수 있다. 또한, 전계의 세기가 3번째로 강한 영역도 곡면 형태로 구성되어, 평면파가 아닌 것을 확인할 수 있다.
도 9a 내지 도 11c 및 도 12(b)를 참조하면, end-fire 안테나에 DAD 구조를 적용할 경우 전계의 세기가 3번째로 강한 영역이 에어 갭 층(1010a)이 배치된 영역일 수 있다. 이 경우, 에어 갭 층(1010a)이 배치된 영역의 제2 전계 분포(Ef2)가 거의 평면파에 유사함을 확인할 수 있다. 또한, 제2 유전체 층(1012)을 통과하면서 제3 전계 분포(Ef3)가 곡면 형태가 아닌 평면 형태의 평면파가 형성됨을 확인할 수 있다.
도 9a 내지 도 11c를 참조하면, 본 명세서에서 제시되는 DAD 구조의 안테나 모듈의 제1 및 제2 유전체 층(1011, 1012)을 포함하는 유전체 캐비티(1010C), 즉 유전체 구조물은 기구 사출물 형태로 형성될 수 있다. 제1 및 제2 유전체 층(1011, 1012)을 포함하는 유전체 캐비티(1010C), 즉 유전체 구조물은 플라스틱 등의 재질로 형성될 수 있다. 제1 및 제2 유전체 층(1011, 1012)및 제1 내지 제4 측면(SS1 내지 SS4)의 유전율은 응용에 따라 변경 가능하다. 한편, 제1 및 제2 유전체 층(1011, 1012) 사이의 제3 유전체 층(1013)의 제3 유전율은 다른 유전체 층의 유전율보다 낮게 설정될 수 있다.
한편, 안테나 소자(1110)에 근접한 영역에 배치된 제1 유전체 층(1011)은 안테나 기판(1010)을 감싸도록 구성되어 안테나 기판(1010)을 유전체 캐비티(1010C) 내부에 고정시켜 배치할 수 있다.
안테나 소자(1110)는 복수 개의 다이폴 배열 안테나(1110-1, 1110-2)로 형성될 수 있다. 다이폴 배열 안테나(1110-1, 1110-2)를 구성하는 안테나 소자의 개수는 2개일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 배열 안테나를 구성하는 안테나 소자의 개수는 2개, 4개, 6개, 8개 등으로 확장 가능하다. 따라서, 배열 안테나는 1x2, 1x4, 1x6, 1x8 배열 안테나로 구성될 수 있다.
안테나 기판(1010)의 다층 기판의 어느 층에 형성된 그라운드(ground)가 안테나 소자(1110)의 반사체(reflector) 역할을 한다. 따라서, 도 11c와 같이 DAD가 배치된 방향으로 전자기파가 방사되도록 전자기파를 특정 방향으로 가이드(guide)할 수 있다.
한편, 제2 유전체 층(1012)은 유전체 캐비티(1010C), 즉 유전체 구조물에 해당하는 기구의 외관을 형성할 수 있다. 에어 갭 층(1010a)의 너비, 즉 갭(G)은 제1 유전체 층(1011)의 제1 너비(W1)보다 두껍게 형성될 수 있다. 실시 예에 따라, 에어 갭 층(1010a)의 너비, 즉 갭(G)은 제2 유전체 층(1011)의 제2 너비(W2)보다 두껍게 형성될 수도 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 관련하여, 제1 유전체 층(1011)은 안테나 소자(1110)에 근접하게 배치되므로, 안테나 이득 향상을 위해 제1 하한 값 이상으로 설정될 수 있다. 하지만, 제1 유전체 층(1011)의 두께가 제1 상한 값 이상으로 설정되면 유전체 손실에 의해 안테나 효율이 저하될 수 있다.
한편, 제2 유전체 층(1012)은 제1 유전체 층(1011)에 비해 안테나 소자(1110)와 이격되어 배치되므로, 안테나 성능에 미치는 영향은 제1 유전체 층(1011)보다 적을 수 있다. 하지만, 완전한 형태의 평면파를 갖는 전계 분포를 형성하기 위해 제2 유전체 층(1012)의 두께는 제2 하한 값 이상으로 설정될 수 있다. 안테나 모듈의 전체 크기를 소정 범위 내로 유지하기 위해 제2 유전체 층(1012)의 두께를 제2 상한 값 이하로 설정할 수 있다. 한편, 제2 유전체 층(1012)을 포함한 특정 유전체 층의 두께가 증가하여 고차 모드(higher order mode)가 발생할 수도 있다. 따라서, 고차 모드 발생에 따른 안테나 효율 감소가 일어나지 않도록 제2 유전체 층(1012)의 두께는 제2 상한 값 이하로 설정할 수 있다.
이와 관련하여, 도 13a 내지 도 13c는 제1 유전체 층, 에어 갭 층 및 제2 유전체 층의 너비와 피크 이득을 나타낸 것이다. 도 13a는 제1 유전체 층(1011)의 제1 너비(W1)와 피크 이득을 나타낸 것이다. 도 13b는 제2 유전체 층(1012)의 제2 너비(W2)와 피크 이득을 나타낸 것이다. 한편, 도 13c는 에어 갭 층(1010a)의 갭(G) 간격과 피크 이득을 나타낸 것이다.
도 9a 내지 도 11c 및 도 13a를 참조하면, 제1 유전체 층(1011)의 제1 너비(W1)는 안테나 소자(1110)의 동작 주파수에 대응하는 파장의 제1 임계 값 (또는 제1 하한 값) 이상으로 설정될 수 있다. 도 9a 내지 도 11c 및 도 13a를 참조하면 제2 유전체 층(1012)의 제2 너비(W2)는 안테나 소자(1110)의 동작 주파수에 대응하는 파장의 제2 임계 값 (제2 상한 값)이하로 설정될 수 있다.
전술한 바와 같이, DAD 구조에서 안테나 소자(1110)에 인접한 제1 유전체 층(1011)의 두께를 제1 너비(W1)로 정의할 수 있다. 안테나 소자(1110)에서 이격된 제2 유전체 층(1012)의 두께를 제2 너비(W2)로 정의할 수 있다. 한편, 제1 및 제2 유전체 층(1011, 1012) 사이에 형성된 에어 갭 층(1010a)의 두께를 특정 갭(G) 간격으로 정의할 수 있다. DAD 구조를 이용하여 안테나 성능을 안정적으로 구현하기 위한 임계 값이 존재하며, 본 명세서에서는 W1, W2, G의 임계 값을 설정한다.
실시 예에 따르면, 중심 주파수가 63.5GHz에서 동작하는 안테나를 기준으로 하며, 다이폴 안테나가 배열 안테나로 구현된 경우 W1, W2, G의 임계 값을 설정할 수 있다. 또는, 하나의 단일 안테나 소자가 배치된 경우 W1, W2, G의 임계 값을 설정할 수 있다.
도 13a 내지 도 13c의 시뮬레이션 결과는 배열 안테나를 구성하는 하나의 안테나 소자에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 복수의 안테나 소자들(1110-1, 1110-2)로 신호가 모두 인가되어 배열 안테나로 동작하는 경우도 두께 변화에 따른 안테나 이득 특성의 변화는 유사하게 나타나기 때문이다.
도 9a 내지 도 11c 및 도 13a를 참조하면, 제1 유전체 층(1011)의 제1 너비(W1)의 변화에 따른 안테나 이득 변화를 나타낸다. 제1 유전체 층(1011)의 제1 너비(W1), 즉 두께가 감소할수록 안테나 이득이 감소한다. 안테나 이득이 7dBi인 경우 W1은 0.65mm이다. 63.5GHz에서 파장 길이(λ0)는 약 4.7mm 이므로 제1 너비(W1)의 제1 임계 값은 W1 = 0.14λ0가 된다.
도 9a 내지 도 11c 및 도 13b를 참조하면, 제2 유전체 층(1012)의 제2 너비(W2)의 변화에 따른 안테나 이득 변화를 나타낸다. 제2 유전체 층(1012)의 제2 너비(W2), 즉 두께가 증가할수록 안테나 이득이 감소한다. 안테나 이득이 7dBi인 경우 W2는 2.85mm이다. 63.5GHz에서 파장 길이(λ0)는 약 4.7mm이므로 제2 너비(W2)의 임계치는 W2 =0.61λ0가 된다.
도 9a 내지 도 11c 및 도 13c를 참조하면, 에어 갭 층(1010a)의 변화에 따른 안테나 이득 변화를 나타낸다. 에어 갭 층(1010a)의 특정 갭(G) 간격, 즉 두께가 감소할수록 안테나 이득이 감소한다. 안테나 이득이 7dBi일 때, G는 1.37mm이다. 63.5GHz에서 파장 길이(λ0)는 약 4.7mm 이므로 특정 갭(G) 간격은 임계치는 G =0.29λ0가 된다.
도 9a 내지 도 11c 및 도 13a 내지 도 13c를 참조하면, 제1 유전체 층(1011)의 제1 너비(W1)는 안테나 소자의 동작 주파수에 대응하는 파장의 0.14배 이상으로 설정될 수 있다. 제2 유전체 층(1012)의 제2 너비(W2)는 안테나 소자의 동작 주파수에 대응하는 파장의 0.61배 이하로 설정될 수 있다. 한편, 에어 갭 층(1010a)의 특정 갭(G) 간격은 안테나 소자의 동작 주파수에 대응하는 파장의 0.29배 이상으로 설정될 수 있다.
본 명세서에 따른 DAD 구조의 안테나 모듈은 전자 기기 (디스플레이 디바이스)의 메인 프레임을 이용하여 구현될 수 있다. 도 9b를 참조하면, 메인 프레임의 전면 하단부(front lower portion), 측면 하단부(side lower portion) 및 배면 하단부(rear lower portion)로 이루어진 영역(R)에 DAD 구조의 안테나 모듈이 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 14a 및 도 14b는 디스플레이 패널과 결합되는 메인 프레임의 일부를 제2 유전체로 이용한 DAD 구조의 안테나 모듈의 배치 구조를 나타낸다.
도 14a는 DAD 구조 안테나 모듈(1100)이 메인 프레임(130)의 전면 영역 (전면부) (132)과 결합된 구성을 나타낸다. DAD 구조 안테나 모듈(1100)은 메인 프레임(130)의 전면 영역 (전면부) (132)의 일부를 제2 유전체 층으로 이용할 수 있다. 한편, 도 14b는 DAD 구조 안테나 모듈(1100)이 메인 프레임(130)의 측면 영역 (측면부) (133)과 결합된 구성을 나타낸다. DAD 구조 안테나 모듈(1100)은 메인 프레임(130)의 측면 영역 (측면부) (133)의 일부를 제2 유전체 층으로 이용할 수 있다.
이러한 DAD 구조의 안테나 모듈은 메인 프레임(130)의 전면 영역 (전면부) (132), 측면 영역 (측면부) (133) 및 배면 영역 (배면부) (134) 중 적어도 하나와 결합되도록 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 15a 내지 도 15c는 다양한 실시예들에 따른 DAD 안테나 모듈의 배치 구조를 나타낸다.
도 15a는 DAD 안테나 모듈(1100)이 메인 프레임(130)의 전면 영역 (전면부)(132)와 일체로 형성된 제1 구조를 나타낸다. 도 15b는 DAD 안테나 모듈(1100)이 메인 프레임(130)의 측면 영역 (측면부) (133)과 일체로 형성되고, 이너 프레임(170)과 결합된 제2 구조를 나타낸다. 도 15c는 DAD 안테나 모듈(1100)이 메인 프레임(130)의 측면 영역 (측면부) (133)과 일체로 형성되고, 지지 프레임(150)과 결합된 제3 구조를 나타낸다.
도 7a 내지 도 11c 및 도 14a 내지 도 15c를 참조하면, 메인 프레임(130)이 DAD 안테나 구조의 최외곽 유전체 층을 구성할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 유전체 층(1011)은 안테나 모듈(1110)의 제1 면(FS1)을 형성할 수 있다. 제2 유전체 층(1012)은 안테나 모듈(1110)의 제2 면(FS2)과 결합된 메인 프레임(1030)으로 구현될 수 있다. 에어 갭 층(1010a)은 안테나 모듈(1100)의 전면인 제1 면(FS)과 메인 프레임(1030)까지의 공간으로 형성될 수 있다.
안테나 모듈(1100)과 메인 프레임(1030)은 측면 영역에서 상호 연결되어 도 9b, 도 14a 및 도 14b와 같이 육면체 구조물, 즉 유전체 캐비티(1010C)를 구성할 수 있다. 즉, 제1 유전체 층(1011)과 메인 프레임(130)은 안테나 모듈(1100)의 측면 영역을 형성하는 제1 측면(SS1) 내지 제4 측면(SS4)을 통해 상호 연결되어, 내부가 에어 갭 층(1010a)으로 구현되는 육면체 구조물(1010C)을 형성할 수 있다.
육면체 구조물(1010C)을 안테나 소자(1100)의 전면에 배치되는 내부가 빈 구조물로 가정할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 유전체 층(1011)이 육면체 구조물(1010C)의 배면을 형성하고, 메인 프레임(130)이 육면체 구조물(1010C)의 전면을 형성할 수 있다. 이에 따라, 안테나 소자들(1110)을 통해 방사되는 무선 신호가 메인 프레임(1030)을 포함하는 육면체 구조물에 해당하는 유전체 캐비티(1010C)를 통해 전면 방향으로 지향성이 형성될 수 있다.
도 14a 및 도 15a를 참조하면, 안테나 모듈(1100)의 제2 유전체 부(1012)는 메인 프레임(130)의 전면부(132)와 일체로 형성될 수 있다. 따라서, 안테나 소자들(1110)을 통해 방사되는 빔 포밍 신호가 메인 프레임(130)의 전면부(132)를 통해 전면 방향으로 방사될 수 있다.
이와 관련하여, 안테나 모듈(1100)은 제2 유전체 부 없이 메인 프레임(130)의 전면부(132)에 의해 최외곽 유전체가 구성될 수 있다. 이 경우, DAD 안테나 구조의 제2 너비(W2)는 메인 프레임(130)의 전면부(132)의 너비로 결정된다. 또는, 안테나 모듈(1100)은 제2 유전체 부(1012)와 메인 프레임(130)의 전면부(132)의 결합에 의해 최외곽 유전체가 구성될 수 있다. 이 경우, DAD 안테나 구조의 제2 너비(W2)는 메인 프레임(130)의 전면부(132)의 너비와 제2 유전체 부(1012)의 너비의 합으로 결정된다.
도 14b, 도 15b 및 도 15c를 참조하면, 안테나 모듈(1100)의 제2 유전체 부(1012)는 메인 프레임(130)의 측면부(133)와 일체로 형성될 수 있다. 따라서, 안테나 소자들(1110)을 통해 방사되는 빔 포밍 신호가 메인 프레임(130)의 측면부(133)를 통해 측면 방향으로 방사될 수 있다.
이와 관련하여, 안테나 모듈(1100)은 제2 유전체 부 없이 메인 프레임(130)의 측면부(133)에 의해 최외곽 유전체가 구성될 수 있다. 이 경우, DAD 안테나 구조의 제2 너비(W2)는 메인 프레임(130)의 측면부(133)의 너비로 결정된다. 또는, 안테나 모듈(1100)은 제2 유전체 부(1012)와 메인 프레임(130)의 측면부(133)의 결합에 의해 최외곽 유전체가 구성될 수 있다. 이 경우, DAD 안테나 구조의 제2 너비(W2)는 메인 프레임(130)의 측면부(133)의 너비와 제2 유전체 부(1012)의 너비의 합으로 결정된다.
도 15b를 참조하면, 안테나 모듈(1100)은 메인 프레임(130)의 측면 영역과 이너 프레임(170)에 부착될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 모듈(1100)의 제2 유전체 부(1012)는 메인 프레임(130)의 측면부(133)와 일체로 형성될 수 있다. 안테나 모듈(1100)은 디스플레이(110)의 배면에 부착된 이너 프레임(170) 및 메인 프레임(130)의 측면부(133)와 결합될 수 있다. 이에 따라, 안테나 소자들(1100)을 통해 방사되는 빔 포밍 신호가 메인 프레임(130)의 측면부(133)를 통해 방사될 수 있다. 또한, 안테나 모듈(1100)이 메인 프레임(130)의 측면부(133)와 이너 프레임(170)에 의해 전자 기기 내부에 고정되어 배치될 수 있다.
도 15c를 참조하면, 안테나 모듈(1100)은 메인 프레임(130)의 측면 영역과 지지 프레임(150)에 부착될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 모듈(1100)의 제2 유전체 부(1012)는 메인 프레임(130)의 측면부(133)와 일체로 형성될 수 있다. 안테나 모듈(1100)은 메인 프레임(130)의 배면부(134)에 부착된 지지 프레임(150) 및 메인 프레임(130)의 측면부(133)와 결합될 수 있다. 이에 따라, 안테나 소자들(1100)을 통해 방사되는 빔 포밍 신호가 메인 프레임(130)의 측면부(133)를 통해 방사될 수 있다. 또한, 안테나 모듈(1100)이 메인 프레임(130)의 측면부(133)와 지지 프레임(150)에 의해 전자 기기 내부에 고정되어 배치될 수 있다.
도 14a 및 도 14b를 참조하면, 안테나 모듈(1100)은 디스플레이(110)의 배면에 체결부(joint portion, 1010J)를 통해 결합될 수 있다. 체결부(1010J)의 일 예는 DAD 안테나 구조를 고정하는 스크루(screw)일 수 있고, 플라스틱 또는 금속 재질로 형성될 수 있다. 스크루와 같이 체결부(1010J)는 최상단에 위치한 측면 안테나(1110-1)와 디스플레이(110) 사이에 배치되어, 안테나에서 방사하는 전자파의 진행방향을 차단(block)하거나 방해하지 않는다. 스크루와 같이 체결부(1010J)는 안테나 소자들(1110)에서 발생한 전자파를 다층 기판의 측면, 즉 전자 기기의 전면 방향으로 전달하는 디렉터(director)로 동작할 수 있다.
도 14a를 참조하면, 안테나 모듈(1100)의 제1 유전체 층(1011)과 제2 유전체 층(1012)이 상호 연결된 일 측면 영역 상의 일 지점에서, 안테나 모듈(1100)이 체결부(1010J)를 통해 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 모듈(1100)이 메인 프레임(130)의 측면부(133), 디스플레이(110) 또는 이너 프레임(170)과 체결될 수 있다.
도 14b를 참조하면, 안테나 모듈(1100)의 제1 유전체 층(1011)과 제2 유전체 층(1012)이 상호 연결된 일 측면 영역 상의 일 지점에서, 안테나 모듈(1100)이 체결부(1010J)를 통해 디스플레이(110)의 배면에 배치되는 이너 프레임(170)과 체결될 수 있다. 도 15c를 참조하면, 도 14b의 구조는 안테나 모듈(1100)이 체결부(1010J)를 통해 메인 프레임(130)의 배면부(134)에 배치되는 지지 프레임(150)과 체결될 수도 있다.
본 명세서에 따른 전면 방사 및 측면 방사 구조는 복수의 안테나 모듈을 전자 기기 내부에 배치하여 동시에 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 도 16은 본 명세서의 일 실시 예에 따른 복수의 안테나 모듈이 전자 기기에 배치되는 구성을 나타낸다. 도 14a 내지 도 16을 참조하면, 안테나 모듈(1100)은 제1 안테나 모듈(1100-1) 및 제2 안테나 모듈(1100-2)을 포함하도록 구성될 수 있다.
제1 안테나 모듈(1100-1)은 제2 유전체 부(1012)가 메인 프레임(130)의 전면부(132)와 일체로 형성될 수 있다. 제1 안테나 모듈(1100-1)은 제1 배열 안테나를 통해 형성되는 제1 빔 포밍 신호(B1)가 메인 프레임(130)의 전면부(132)를 통해 방사되도록 구성될 수 있다. 제1 배열 안테나는 다층 기판(1010)의 측면 영역, 즉 메인 프레임(130)의 전면부(132)로 제1 빔 포밍 신호(B1)를 방사하는 end-fire 배열 안테나 (예: 다이폴 배열 안테나)일 수 있다.
제2 안테나 모듈(1100-2)은 제2 유전체 부(1012)가 메인 프레임(130)의 측면부(133)와 일체로 형성될 수 있다. 제1 안테나 모듈(1100-1)은 제2 배열 안테나를 통해 형성되는 제2 빔 포밍 신호(B2)가 메인 프레임(130)의 측면부(133)를 통해 방사되도록 구성될 수 있다. 제2 배열 안테나는 다층 기판(1010)의 측면 영역, 즉 메인 프레임(130)의 측면부(133)로 제2 빔 포밍 신호(B2)를 방사하는 end-fire 배열 안테나 (예: 다이폴 배열 안테나)일 수 있다.
제2 안테나 모듈(1100-2)이 메인 프레임(130)의 배면부(134)에 배치된 지지 프레임(150)과 결합되는 것으로 도시되었지만, 이러한 결합 구조에 한정되는 것은 아니다. 도 15b에 도시된 바와 같이, 도 16의 제2 안테나 모듈(1100-2)은 디스플레이(110)의 배면에 배치된 이너 프레임(170)과 결합될 수도 있다.
본 명세서에서 제시되는 DAD 안테나 구조는 응용에 따라 다양한 구조로 변경될 수 있다. 이와 관련하여, 도 17a는 제1 유전체 층이 유전체 렌즈 구조로 형성된 구조를 나타낸다. 도 17a를 참조하면, 제1 유전체 층이 제1 방향 (전면 방향)으로 볼록한 유전체 렌즈(1011a)로 구성되어 안테나 모듈(1100) 내에 형성된 구조를 나타낸다. 제1 유전체 층이 볼록한 형태로 형성되어 유전체 렌즈(1011a)가 된다. 이에 따라, 유전체 렌즈(1011a)가 에어 갭 층(1010a)의 내부 영역으로 일부 확장되어 볼록하게 형성된다. 에어 갭 층(1010a)은 측면 상단 및 측면 하단에서 측면 중심으로 오목하게 형성된다. 도 17a의 유전체 렌즈-에어 갭-유전체 구조는 dielectric lens-air gap-dielectric (DLAD) 구조로 지칭될 수 있다.
전술한 바와 같이 볼록하게 형성된 유전체 렌즈(1011a)는 에어 갭 층(1010a)의 내부로 전자기파를 집중시킬 수 있다. 이를 통해, 유전체 캐비티(1010C) 내부에 더 많은 전자기파를 집중시킬 수 있어, 안테나 이득을 더 향상시킬 수 있다.
응용에 따라, 유전체 렌즈 형상은 전면 방향으로 볼록한 형상에 한정되는 것은 아니고 전면 방향으로 오목한 형상으로 구현될 수도 있다. 이에 따라, 오목하게 형성된 유전체 렌즈는 에어 갭 층(1010a) 내부에서 전자기파가 덜 집중되어 발산되는 형태로 구성될 수 있다. 하지만, 발산된 전자기파는 유전체 캐비티(1010C)의 상부 및 하부에서 반사되어 전면 방향으로 집중되도록 구성될 수 있다.
도 17b는 도 17a의 유전체 렌즈 구조의 다양한 실시 예들을 나타낸다. 도 17b(a)를 참조하면, 제1 유전체 층이 제1 방향으로 볼록한 하나의 단일 유전체 렌즈 구조(1011a)로 형성된다. 도 17b(b)를 참조하면, 제1 유전체 층이 제1 방향으로 볼록한 복수의 유전체 렌즈 격자 구조(1011b)로 형성된다. 이러한 복수의 유전체 렌즈 격자 구조(1011b)는 안테나 방사 패턴의 부엽 수준(side-lobe level, SLL)을 향상시킬 수 있다. 또한, 복수의 유전체 렌즈 격자 구조(1011b)는 광대역 주파수 범위에서 방사 패턴을 일정하게 유지할 수 있다.
도 17c는 DLAD 구조의 안테나 모듈의 전계 분포를 나타낸다. 도 17a 및 도 17c를 참조하면, 유전체 렌즈(1011a)에 의해 유전체 렌즈(1011a) 영역(R1)과 에어 갭 (1010a) 영역(R2)에서 전계 분포가 도 12(a)의 DAD 구조에 비해 더 높게 나타난다. 유전체 렌즈(1011a)에 의해 에어 갭 (1010a) 영역(R2)의 제2 전계 분포(Ef2)가 DAD 구조에 비해 덜 퍼지도록 형성된다. 따라서, 에어 갭 (1010a) 영역(R2)의 제2 전계 분포(Ef2)가 유전체 캐비티(1010C) 내부에 더 집중됨을 확인할 수 있다.
한편, 제2 유전체 층(1012)은 평면 구조로 형성될 수 있다. 응용에 따라 제2 유전체 층(1012)도 전면 방향으로 볼록한 형상 또는 전면 방향으로 오목한 형상으로 구현될 수도 있다. 이와 관련하여, 제1 유전체 층(1011, 1011a, 1011b)이 제1 형상의 제1 곡률을 갖는 제1 곡면부로 형성될 수 있다. 한편, 제2 유전체 층(1012)은 평면 구조로 형성되거나 또는 제2 형상의 제2 곡률을 갖는 제2 곡면부로 형성될 수 있다. 따라서, 제1 유전체 층(1011, 1011a, 1011b) 및/또는 제2 유전체 층(1012)에 의해 안테나 모듈(1100)의 전면 방향으로 지향성을 개선될 수 있다.
본 명세서의 다양한 실시 예들에 따른 지향성을 개선할 수 있는 안테나 구조에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 도 18은 다양한 실시 예들에 따른 지향성이 개선되는 안테나 소자들의 전면에 배치되는 유전체-에어 갭 구조들을 나타낸다. 도 18(a)는 유전체-에어 갭-유전체(dielectric-air gap- dielectric, DAD) 구조를 나타낸다. 도 18(b)는 유전체 렌즈-에어 갭-유전체(dielectric lens-air gap- dielectric, DLAD) 구조를 나타낸다. 도 18(c)는 유전체-삼각형 에어 갭-유전체(dielectric-triangular air gap- dielectric, DTAD) 구조를 나타낸다. 도 18(d)는 유전체 슬롯-에어 갭-유전체(dielectric slot-air gap- dielectric, DAD) 구조를 나타낸다.
도 18(a)를 참조하면, DAD 구조는 제1 유전체 층(1011)과 전면의 제2 유전체 층(1012) 사이에 에어 갭 층(1010a)이 형성된 구조이다. 도 9b 및 도 18(a)를 참조하면, 제1 유전체 층(1011)과 제2 유전체 층(1012)은 제1 측면(SS1) 내지 제4 측면(SS4)을 형성하는 유전체에 의해 상호 연결되도록 구성될 수 있다. 한편, 도 18(a)의 DAD 구조는 에어 갭 층(1010a) 사이에 유전체 층을 추가하여 DADAD 구조로 형성될 수 있다.
도 17a 및 도 18(b)를 참조하면, DLAD 구조는 제1 유전체 층(1011, 1011a, 1011b) 또는 제2 유전체 층(1012)의 두께를 가변하여 표면을 오목하거나 볼록하게 형성하여 안테나 이득을 더 향상시킬 수 있다.
도 18(c)를 참조하면, DTAD 구조는 복수의 유전체들, 예컨대 제1 및 제2 유전체(1011, 1012c)가 상호 평행하지 않게 구성될 수 있다. 이에 따라, 에어 갭(1010a)의 형태는 직사각형에 한정되는 것은 아니고, 삼각형 또는 임의의 사각형 형상일 수 있다.
도 9a 및 도 18(c)를 참조하면, 제1 유전체 층(1011)과 제2 유전체 층(1012c)이 측면 상에서 상호 연결되도록 구성될 수 있다.
제2 유전체 층(1012c)이 제1 유전체 층(1011)에 대해 소정 각도로 경사지게 배치되어, 안테나 모듈(1100)의 제2 유전체 층(1012c)을 통해 방사되는 무선 신호의 지향 방향을 소정 각도만큼 변경시킬 수 있다. 일 예로, 제2 유전체 층(1012c)을 통해 방사되는 무선 신호의 지향 방향은 제2 유전체 층(1012c)의 수직 방향으로 제2 유전체 층(1012c)의 경사 각도만큼 변경될 수 있다.
제1 및 제2 유전체 층(1011, 1012c)은 하단의 일 지점에서 상호 연결되도록 구성되거나 또는 제2 측면(SS)에서 별도의 유전체에 의해 상호 연결되도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 14a 내지 도 15c의 메인 프레임(130)의 전면부(131)가 소정 각도로 경사지게 형성될 수 있다.
도 18(d)를 참조하면, DSAD 구조는 안테나 소자와 인접한 제1 유전체 층(1011d)에 슬롯(slot region, SR)을 배치할 수 있다. DSAD 구조는 안테나 소자에 인접한 제1 유전체 층(1011d)에 슬롯 영역(SR)을 배치하여, 안테나의 반사 손실, 상호 커플링에 의한 안테나 성능이 왜곡되는 현상을 방지할 수 있다. 이와 관련하여, 슬롯 위치는 도 9a의 안테나 소자(1110-1, 1110-2) 사이에 형성되거나 또는 안테나 소자(1110-1, 1110-2)의 상부 영역을 커버하도록 형성될 수 있다.
슬롯 영역(SR)이 안테나 소자(1110-1, 1110-2) 사이에 형성되면, 안테나 소자 사이의 간섭 수준을 저감할 수 있다. 한편, 슬롯 영역(SR)이 안테나 소자(1110-1, 1110-2)의 상부 영역을 커버하도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 안테나 소자(1110-1, 1110-2)를 통해 방사되는 대부분의 전자기파가 상부 및 하부의 제1 및 제2 측면(SS1, SS2)에서 반사되어 가이드 된다. 따라서, 제1 유전체 층(1011)의 슬롯 영역(SR) 및 제1 및 제2 측면(SS1, SS2)와 제2 유전체 층(1012)을 통해 전자기파를 가이드 하여 안테나 이득을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 지향성이 개선된 안테나 구조를 통해 단일 안테나 소자의 안테나 이득이 개선된다. 이에 따라, 배열 안테나 내 안테나 소자 개수를 감소시킬 수 있다. 안테나 소자의 개수가 감소함에 따라 전체 안테나 모듈의 크기가 감소된다. 이와 관련하여, 밀리미터파 대역에서 1x4, 1x8 배열 안테나를 1x2, 1x4 배열 안테나로 구현할 수 있다. 따라서, 배열 안테나 내 안테나 소자 개수를 절반 수준으로 감소시킬 수 있다.
이와 관련하여, 도 19a는 다양한 안테나 구조에 따른 안테나 이득 특성을 나타낸 것이다. 도 19a는 1x2 배열 안테나에서 다층 유전체 구조 유무 및 구성에 따른 주파수 별 이득 값을 나타낸 것이다.
도 19a를 참조하면, i) 다층 유전체 구조가 없는 안테나 구조(antenna only)는 중심 주파수인 63.5GHz에서 8dBi 이하의 안테나 이득을 갖는다. 반면에, ii) DSAD, iii) DAD, iv) DLAD 구조에서 안테나 이득은 중심 주파수인 63.5GHz에서 최대 13dBi 이상의 값을 갖는다. 따라서, 에어 갭이 형성된 다층 유전체 구조를 통해 최대 5dBi 이상의 안테나 이득 향상이 가능하다. 다양한 다층 유전체 구조에서 안테나 이득은 ii) DSAD < iii) DAD < iv) DLAD의 순서이다.
도 19b는 i) 다층 유전체 구조가 없는 안테나 구조(antenna only)와 iv) DLAD 구조의 안테나 구조의 안테나 방사 패턴을 비교한 것이다. 도 19b를 참조하면, iv) DLAD 구조를 통해 자기파가 진행하는 전면 방향으로 안테나 지향성이 개선된다. DLAD 구조가 다른 DSAD 또는 DAD 구조에 비해 더 전면 방향으로 지향성이 개선되고, 이에 따라 flat-top 방사 패턴이 구현된다. flat-top 방사 패턴에 의해 90도 방향, 다층 기판의 측면 방향, 즉 전자 기기의 전면 방향을 기준으로 소정 각도 범위 내로 지향성이 개선된다. 또한, flat-top 방사 패턴에 의해 소정 각도 범위 밖에서의 방사 수준이 저감되어 간섭 수준이 저감될 수 있다.
한편, 본 명세서에서 개시되는 지향성이 개선된 안테나 모듈(1100)은 송수신부 회로(1250)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 도 20은 본 명세서의 일 실시 예에 따른 DAD 구조의 안테나 모듈 내의 안테나 소자들이 송수신부 회로를 통해 제어될 수 있는 구성을 나타낸다.
도 5c, 도 9a, 도 14a 내지 도 16 및 도 20을 참조하면, 안테나 모듈(1100)은 송수신부 회로(transceiver circuit, 1250)를 더 포함할 수 있다. 안테나 모듈(1100)은 다층 기판(1010)의 배면에 배치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 안테나 모듈(1100)은 안테나 소자들(1110-1, 1110-2)과 전기적으로 연결되어 RF (radio frequency) 신호를 인가하도록 구성될 수 있다. 송수신부 회로(1250)는 안테나 소자들(1110-1, 1110-2)로 서로 다른 위상을 갖는 신호들을 인가하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 각각의 안테나 소자(1110-1, 1110-2) 마다 위상 변위기(phase shifter, PS)와 같은 위상 제어 소자가 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 송수신부 회로(1250)는 안테나 모듈(1100)을 통해 빔 포밍 무선 신호를 방사하도록 안테나 소자들(1110-1, 1110-2)로 신호를 인가할 수 있다.
안테나 기판(1010)은 복수의 유전체 층과 도전 층으로 구성된 다층 기판(multi-layer substrate, 1010)으로 구성될 수 있다. 한편, 안테나 소자들(1110-1, 1110-2)은 다층 기판(1010) 상에 또는 다층 기판(1010)의 내부에 배치되어, 다층 기판(1010)의 측면을 통해 빔 포밍 신호를 방사하도록 구성될 수 있다.
한편, 안테나 모듈(1100)은 전자 기기의 서로 다른 영역에 배치될 수 있는 복수의 안테나 모듈(1100-1, 1100-2)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 안테나 모듈(1100-1)은 전자 기기의 전면 방향으로 제1 빔(B1)을 생성하도록 구성될 수 있다. 제2 안테나 모듈(1100-2)은 전자 기기의 측면 방향으로 제2 빔(B2)을 생성하도록 구성될 수 있다.
송수신부 회로(1250, 1250b)는 안테나 모듈(1100-1, 1100-2)을 통해 제1 및 제2 빔 포밍 신호(B1, B2)를 방사하도록 제1 및 제2 배열 안테나(1110a, 1110b)로 제1 및 제2 신호를 인가할 수 있다. 송수신부 회로(1250, 1250b)는 기저대역 프로세서(1400)와 동작 가능하게 결합될 수 있다. 모뎀에 해당하는 기저대역 프로세서(1400)는 제1 및 제2 송수신부 회로(1250, 1250b)를 통해
이상에서는 본 명세서의 일 양상에 따른 지향성이 개선된 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기에 대해 설명하였다. 이하에서 본 명세서의 다른 양상에 따른 지향성이 개선된 안테나 모듈에 대해 설명한다. 이하에서 지향성이 개선된 안테나 모듈의 일부 주요 특징만이 설명되고, 이전에 설명된 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기에 대한 구조 및 특징과 결합될 수 있다.
도 5a 내지 도 20을 참조하면, 다층 기판(multi-layer substrate)으로 구현된 안테나 모듈(1100)은 안테나 기판(1010), 제1 유전체 층(1011, 1011a, 1011b, 1011d) 및 제2 유전체 층(1012, 1012c)을 포함할 수 있다. 안테나 모듈(1100)은 제1 유전체 층(1011, 1011a, 1011b, 1011d) 및 제2 유전체 층(1012, 1012c) 사이에 배치되는 에어 갭 층(air gap layer, 1010a)을 더 포함할 수 있다.
안테나 기판(antenna substrate, 1010)은 복수의 안테나 소자들이 배치되도록 구성될 수 있다. 제1 유전체 층(1011, 1011a, 1011b, 1011d)은 안테나 소자들(1110, 1110-1, 1110-2)이 방사하는 제1 방향 (전면 방향)으로 안테나 기판(1010)의 일 측면에서 이격되어 소자들이 배치되도록 구성될 수 있다. 제2 유전체 층(1012, 1012c)은 제1 유전체 층(1011, 1011a, 1011b, 1011d)와 제1 방향으로 이격되어 배치되도록 구성될 수 있다.
제1 유전체 층(1011, 1011a, 1011b, 1011d)은 제1 방향에서 제1 너비(W1)로 형성될 수 있다. 유전체 렌즈(1011a, 1011b)의 평균 두께가 제1 방향에서 제1 너비(W1)로 형성될 수 있다. 제2 유전체 층(1012, 1012c)은 제1 방향에서 제2 너비(W2)로 형성될 수 있다. 에어 갭 층(air gap layer, 1010a)은 제1 방향에서 특정 갭(G) 간격으로 형성될 수 있다. 유전체 렌즈(1011a, 1011b)와 제2 유전체 층(1012, 1012c) 사이의 에어 갭 층(1010a)의 갭(G) 간격은 에어 갭 층(1010a)의 평균 두께를 고려하여 결정될 수 있다.
제1 유전체 층(1011, 1011a, 1011b, 1011d)과 제2 유전체 층(1012, 1012c)은 안테나 모듈(1100)의 측면 영역을 형성하는 제1 측면(SS1) 내지 제4 측면(SS4)을 통해 상호 연결될 수 있다. 제1 유전체 층(1011, 1011a, 1011b, 1011d)과 제2 유전체 층(1012, 1012c)은 내부가 에어 갭 층으로 구현되는 육면체 구조물, 즉 유전체 캐비티(1010C)를 형성할 수 있다.
제1 유전체 층(1011, 1011a, 1011b, 1011d)이 육면체 구조물(1010C)의 배면을 형성하고, 제2 유전체 층(1012, 1012c)이 육면체 구조물(1010C)의 전면을 형성할 수 있다. 따라서, 육면체 구조물(1010C)이 기존의 안테나 모듈의 상부에 배치되도록 구성될 수 있다. 다른 예로, 육면체 구조물(1010C)을 포함하여 안테나 모듈(1100)의 외부 기구 구조가 일체로 형성될 수도 있다. 안테나 소자들(1110-1, 1110-2)을 통해 방사되는 무선 신호가 육면체 구조물에 해당하는 유전체 캐비티(1010C)를 통해 전면 방향으로 지향성이 형성될 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 지향성이 개선된 다층 유전체 구조의 안테나 모듈은 배열 안테나로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 21a는 제1 타입 안테나와 제2 타입 안테나가 배열 안테나로 형성된 안테나 모듈(1100)이 전자 기기(1000)에 배치된 구조를 나타낸다. 도 21b는 복수의 배열 안테나 모듈을 확대한 도면이다.
도 1 내지 도 21b를 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 21b와 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 5c 및 도 9의 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.
또한, 하부 방향으로 방사하는 배열 안테나도 복수의 배열 안테나 모듈로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 14b, 도 15b, 도 15c의 배열 안테나 모듈(1100)도 수평 방향으로 소정 간격 이격되어 복수의 배열 안테나 모듈로 구성될 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 등으로 확장 가능하다. 한편, 본 명세서에서 개시되는 지향성이 향상된 다층 유전체 구조의 안테나 모듈에서 배열 안테나 내의 안테나 소자의 개수를 절반 이하 수준으로 감소시킬 수 있다. 일 예로, 본 명세서에서 개시되는 지향성이 향상된 다층 유전체 구조의 배열 안테나는 기존의 1x4, 1x8 배열 안테나를 1x2, 1x4 배열 안테나로 구현할 수 있다.
한편, 도 22는 실시 예들에 따른 전자 기기의 특정 위치에서 서로 다른 결합 구조로 결합된 안테나 모듈을 나타낸다. 도 22(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 22(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 22(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.
도 1 내지 도 22를 참조하여, 본 명세서의 실시 예에 따른 다층 기판(1010) 상에 구현된 배열 안테나 모듈(1100-1 내지 1100-3)에 대해 설명한다.
배열 안테나 모듈(1100-1 내지 1100-3)은 안테나 기판(1010), 제1 유전체 층(1011, 1011a, 1011b, 1011d) 및 제2 유전체 층(1012, 1012c)을 포함할 수 있다. 배열 안테나 모듈(1100-1 내지 1100-3)은 제1 유전체 층(1011, 1011a, 1011b, 1011d) 및 제2 유전체 층(1012, 1012c) 사이에 배치되는 에어 갭 층(air gap layer, 1010a)을 더 포함할 수 있다.
안테나 기판(antenna substrate, 1010)은 복수의 안테나 소자들이 배치되도록 구성될 수 있다. 제1 유전체 층(1011, 1011a, 1011b, 1011d)은 안테나 소자들(1110, 1110-1, 1110-2)이 방사하는 제1 방향 (전면 방향)으로 안테나 기판(1010)의 일 측면에서 이격되어 소자들이 배치되도록 구성될 수 있다. 제2 유전체 층(1012, 1012c)은 제1 유전체 층(1011, 1011a, 1011b, 1011d)와 제1 방향으로 이격되어 배치되도록 구성될 수 있다.
제1 유전체 층(1011, 1011a, 1011b, 1011d)은 제1 방향에서 제1 너비(W1)로 형성될 수 있다. 유전체 렌즈(1011a, 1011b)의 평균 두께가 제1 방향에서 제1 너비(W1)로 형성될 수 있다. 제2 유전체 층(1012, 1012c)은 제1 방향에서 제2 너비(W2)로 형성될 수 있다. 에어 갭 층(air gap layer, 1010a)은 제1 방향에서 특정 갭(G) 간격으로 형성될 수 있다. 유전체 렌즈(1011a, 1011b)와 제2 유전체 층(1012, 1012c) 사이의 에어 갭 층(1010a)의 갭(G) 간격은 에어 갭 층(1010a)의 평균 두께를 고려하여 결정될 수 있다.
제1 유전체 층(1011, 1011a, 1011b, 1011d)과 제2 유전체 층(1012, 1012c)은 배열 안테나 모듈(1100-1 내지 1100-3)의 측면 영역을 형성하는 제1 측면(SS1) 내지 제4 측면(SS4)을 통해 상호 연결될 수 있다. 제1 유전체 층(1011, 1011a, 1011b, 1011d)과 제2 유전체 층(1012, 1012c)은 내부가 에어 갭 층으로 구현되는 육면체 구조물, 즉 유전체 캐비티(1010C)를 형성할 수 있다.
제1 유전체 층(1011, 1011a, 1011b, 1011d)이 육면체 구조물(1010C)의 배면을 형성하고, 제2 유전체 층(1012, 1012c)이 육면체 구조물(1010C)의 전면을 형성할 수 있다. 따라서, 육면체 구조물(1010C)이 기존의 안테나 모듈의 상부에 배치되도록 구성될 수 있다. 다른 예로, 육면체 구조물(1010C)을 포함하여 배열 안테나 모듈(1100-1 내지 1100-3)의 외부 기구 구조가 일체로 형성될 수도 있다. 안테나 소자들(1110-1, 1110-2)을 통해 방사되는 무선 신호가 육면체 구조물에 해당하는 유전체 캐비티(1010C)를 통해 전면 방향으로 지향성이 형성될 수 있다.
이상에서는 지향성이 개선된 다층 유전체 구조의 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기에 대해 설명하였다. 본 명세서에 따른 다층 기판으로 구현된 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기의 기술적 효과는 다음과 같다.
실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역에서 동작하는 다층 유전체 구조가 적용된 유전체 모듈 구조를 채택하는 광대역 안테나 모듈 및 이를 구비하는 전자 기기를 제공할 수 있다.
실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역에서 다층 안테나 구조를 설계함에 있어 다층 유전체 구조가 적용된 유전체 모듈 구조를 구현하여, 안테나 소자의 지향성(directivity)을 향상시켜 안테나 이득을 향상시킬 수 있다.
실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역에서 다층 안테나 구조를 설계함에 있어 에어 갭을 구현하여, 안테나 소자의 효율(efficiency)을 향상시켜 안테나 이득을 향상시킬 수 있다.
실시 예에 따르면, 유전체 모듈 구조가 적용된 안테나 모듈을 전자 기기의 하부의 서로 다른 위치에 배치하여 여러 방향으로 다양한 주변 전자 기기와 무선 통신을 수행할 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.
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,
    상기 전자 기기의 전면에 배치되고 정보를 표시하도록 구성된 디스플레이;
    상기 전면에 배치된 상기 디스플레이의 주변 영역을 따라 배치되고, 상기 전자 기기의 측면 영역 및 배면 영역을 따라 연장되도록 배치된 메인 프레임; 및
    상기 메인 프레임의 내부 공간에 배치되어, 상기 메인 프레임을 통해 상기 전자 기기의 전면 방향 또는 하부 방향으로 무선 신호를 방사하도록 구성된 안테나 모듈을 포함하고,
    상기 안테나 모듈은,
    복수의 안테나 소자들이 배치된 안테나 기판(antenna substrate);
    상기 안테나 소자들이 방사하는 제1 방향으로 상기 안테나 기판의 일 측면에서 이격되어 배치된 제1 유전체 층(dielectric layer);
    상기 제1 유전체 층과 상기 제1 방향으로 이격되어 배치된 제2 유전체 층; 및
    상기 제1 유전체 층 상기 제2 유전체 층 사이에 배치되는 에어 갭 층(air gap layer)을 포함하는, 전자 기기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 유전체 층은 상기 제1 방향에서 제1 너비(W1)로 형성되고, 상기 제2 유전체 층은 상기 제1 방향에서 제2 너비(W2)로 형성되고,
    상기 에어 갭 층은 상기 제1 방향에서 특정 갭(G) 간격으로 형성되는, 전자 기기.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 너비(W1)는 상기 안테나 소자의 동작 주파수에 대응하는 파장의 제1 임계 값 이상으로 설정되고,
    상기 제2 너비(W2)는 상기 파장의 제2 임계값 이하로 설정되는, 전자 기기.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 특정 갭(G) 간격은 상기 파장의 제3 임계 값 이상으로 설정되는, 전작 기기.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 너비(W1)는 상기 파장의 0.14배 이상으로 설정되고, 상기 제2 너비는 상기 파장의 0.61배 이하로 설정되고,
    상기 특정 갭(G) 간격은 상기 파장의 0.29배 이상으로 설정되는, 전자 기기.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 유전체 층과 상기 제2 유전체 층은 상기 안테나 모듈의 측면 영역을 형성하는 제1 측면 내지 제4 측면을 통해 상호 연결되어, 내부가 에어 갭 층으로 구현되는 육면체 구조물을 형성하고,
    상기 제1 유전체 층이 상기 육면체 구조물의 배면을 형성하고, 상기 제2 유전체 층이 상기 육면체 구조물의 전면을 형성하고,
    상기 안테나 소자들을 통해 방사되는 무선 신호가 상기 육면체 구조물에 해당하는 유전체 캐비티를 통해 전면 방향으로 지향성이 형성되는, 전자 기기.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 유전체 층과 상기 제2 유전체 층 사이에 배치되어, 상기 육면체 구조물의 제1 측면 내지 제4 측면과 연결되도록 구성된 제3 유전체 층을 더 포함하고,
    상기 제3 유전체의 제3 유전율은 상기 제1 유전체의 제1 유전율 및 상기 제2 유전체의 제2 유전율보다 낮은 값으로 설정되는, 전자 기기.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 유전체 층은 상기 안테나 모듈의 제1 면을 형성하고,
    상기 제2 유전체 층은 상기 안테나 모듈의 제2 면과 결합된 메인 프레임으로 구현되고,
    상기 에어 갭 층은 상기 안테나 모듈의 전면과 상기 메인 프레임까지의 공간으로 형성되는, 전자 기기.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 유전체 층과 상기 메인 프레임은 상기 안테나 모듈의 측면 영역을 형성하는 제1 측면 내지 제4 측면을 통해 상호 연결되어, 내부가 에어 갭 층으로 구현되는 육면체 구조물을 형성하고,
    상기 제1 유전체 층이 상기 육면체 구조물의 배면을 형성하고, 상기 메인 프레임이 상기 육면체 구조물의 전면을 형성하고,
    상기 안테나 소자들을 통해 방사되는 무선 신호가 상기 메인 프레임을 포함하는 상기 육면체 구조물에 해당하는 유전체 캐비티를 통해 전면 방향으로 지향성이 형성되는, 전자 기기.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 안테나 모듈의 상기 제2 유전체 부는 상기 메인 프레임의 전면부와 일체로 형성되고,
    상기 안테나 소자들을 통해 방사되는 빔 포밍 신호가 상기 메인 프레임의 전면부를 통해 방사되는, 전자 기기.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 안테나 모듈의 상기 제2 유전체 부는 상기 메인 프레임의 측면부와 일체로 형성되고,
    상기 안테나 모듈은 상기 디스플레이의 배면에 부착된 이너 프레임 및 상기 메인 프레임의 측면부와 결합되고,
    상기 안테나 소자들을 통해 방사되는 빔 포밍 신호가 상기 메인 프레임의 측면부를 통해 방사되는, 전자 기기.
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 안테나 모듈의 상기 제2 유전체 부는 상기 메인 프레임의 측면부와 일체로 형성되고,
    상기 안테나 모듈은 상기 메인 프레임의 배면부에 부착된 지지 프레임 및 상기 메인 프레임의 측면부와 결합되고,
    상기 안테나 소자들을 통해 방사되는 빔 포밍 신호가 상기 메인 프레임의 측면부를 통해 방사되는, 전자 기기.
  13. 제8 항에 있어서,
    상기 안테나 모듈은 상기 디스플레이의 배면에 체결부(joint portion)를 통해 결합되고,
    상기 안테나 모듈의 제1 유전체 층과 제2 유전체 층이 상호 연결된 일 측면 영역 상의 일 지점에서, 상기 안테나 모듈이 상기 체결부를 통해 상기 디스플레이 배면에 배치되는 이너 프레임과 체결되는, 전자 기기.
  14. 제8 항에 있어서,
    상기 안테나 모듈은,
    제2 유전체 부가 상기 메인 프레임의 전면부와 일체로 형성되고, 제1 배열 안테나를 통해 형성되는 제1 빔 포밍 신호가 상기 메인 프레임의 전면부를 통해 방사되도록 구성된 제1 안테나 모듈; 및
    제2 유전체 부가 상기 메인 프레임의 측면부와 일체로 형성되고, 제2 배열 안테나를 통해 형성되는 제2 빔 포밍 신호가 상기 메인 프레임의 측면부를 통해 방사되도록 구성된 제2 안테나 모듈을 포함하는, 전자 기기.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 유전체 층이 제1 형상의 제1 곡률을 갖는 제1 곡면부로 형성되거나, 상기 제2 유전체 층이 제2 형상의 제2 곡률을 갖는 제2 곡면부로 형성되어, 상기 안테나 모듈의 전면 방향으로 지향성을 개선하는, 전자 기기.
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 유전체 층과 상기 제2 유전체 층이 측면 상에서 상호 연결되도록 구성되고,
    상기 제2 유전체 층이 상기 제1 유전체 층에 대해 소정 각도로 경사지게 배치되어, 상기 안테나 모듈의 상기 제2 유전체 층을 통해 방사되는 무선 신호의 지향 방향을 소정 각도만큼 변경되도록 하는, 전자 기기.
  17. 제1 항에 있어서,
    상기 안테나 모듈은 다층 기판의 배면에 배치되고, 상기 안테나 소자들과 전기적으로 연결되어 RF (radio frequency) 신호를 인가하도록 구성된 송수신부 회로(transceiver circuit)를 더 포함하고,
    상기 송수신부 회로는 상기 안테나 소자들로 서로 다른 위상을 갖는 신호들을 인가하여, 상기 안테나 모듈을 통해 빔 포밍 무선 신호를 방사하도록 상기 안테나 소자들을 제어하는, 전자 기기.
  18. 제1 항에 있어서,
    상기 안테나 기판은 복수의 유전체 층과 도전 층으로 구성된 다층 기판(multi-layer substrate)으로 구성되고,
    상기 안테나 소자들은 상기 다층 기판 상에 또는 상기 다층 기판의 내부에 배치되어, 상기 다층 기판의 측면을 통해 빔 포밍 신호를 방사하도록 구성되는, 전자 기기.
  19. 다층 기판(multi-layer substrate)으로 구현된 안테나 모듈에 있어서,
    복수의 안테나 소자들이 배치된 안테나 기판(antenna substrate);
    상기 안테나 소자들이 방사하는 제1 방향으로 상기 안테나 기판의 일 측면에서 이격되어 배치된 제1 유전체 층(dielectric layer);
    상기 제1 유전체 층과 상기 제1 방향으로 이격되어 배치된 제2 유전체 층; 및
    상기 제1 유전체 층 상기 제2 유전체 층 사이에 배치되는 에어 갭 층(air gap layer)을 포함하고,
    상기 제1 유전체 층은 상기 제1 방향에서 제1 너비(W1)로 형성되고, 상기 제2 유전체 층은 상기 제1 방향에서 제2 너비(W2)로 형성되고,
    상기 에어 갭 층은 상기 제1 방향에서 특정 갭(G) 간격으로 형성되는, 안테나 모듈.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 제1 유전체 층과 상기 제2 유전체 층은 상기 안테나 모듈의 측면 영역을 형성하는 제1 측면 내지 제4 측면을 통해 상호 연결되어, 내부가 에어 갭 층으로 구현되는 육면체 구조물을 형성하고,
    상기 제1 유전체 층이 상기 육면체 구조물의 배면을 형성하고, 상기 제2 유전체 층이 상기 육면체 구조물의 전면을 형성하고,
    상기 안테나 소자들을 통해 방사되는 무선 신호가 상기 육면체 구조물에 해당하는 유전체 캐비티를 통해 전면 방향으로 지향성이 형성되는, 안테나 모듈.
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