WO2022211592A1 - 안테나 레이돔 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

안테나 레이돔 및 이를 포함하는 전자 장치 Download PDF

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WO2022211592A1
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radome
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coupling
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정준기
고승태
이종민
김윤건
이범희
이영주
최승호
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삼성전자 주식회사
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    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
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    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/045—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means

Definitions

  • the present disclosure generally relates to a wireless communication system, for example, an antenna radome for a wireless communication system and an electronic device including the same.
  • the 5G communication system or the pre-5G communication system is called a 4G network after (Beyond 4G Network) communication system or an LTE (Long Term Evolution) system after (Post LTE) system.
  • the 5G communication system is being considered for implementation in a very high frequency (mmWave) band (eg, such as a 60 gigabyte (60 GHz) band).
  • mmWave very high frequency
  • FD-MIMO Full Dimensional MIMO
  • array antenna, analog beam-forming, and large scale antenna technologies are being discussed.
  • an evolved small cell in the 5G communication system, an evolved small cell, an advanced small cell, a cloud radio access network (cloud radio access network, cloud RAN), an ultra-dense network (ultra-dense network) , Device to Device communication (D2D), wireless backhaul, moving network, cooperative communication, Coordinated Multi-Points (CoMP), and reception interference cancellation (interference cancellation) Technology development is underway.
  • cloud radio access network cloud radio access network
  • ultra-dense network ultra-dense network
  • D2D Device to Device communication
  • wireless backhaul moving network
  • cooperative communication Coordinated Multi-Points (CoMP), and reception interference cancellation (interference cancellation) Technology development is underway.
  • CoMP Coordinated Multi-Points
  • FQAM Hybrid Frequency Shift Keying and Quadrature Amplitude Modulation
  • SWSC Sliding Window Superposition Coding
  • ACM Advanced Coding Modulation
  • FBMC Filter Bank Multi Carrier
  • NOMA Non Orthogonal Multiple Access
  • SCMA Sparse Code Multiple Access
  • SUMMARY Embodiments of the present disclosure provide an antenna radome having a coupling structure disposed thereon and an electronic device including the same.
  • Embodiments of the present disclosure provide an antenna radome for preventing and/or reducing the performance degradation of an antenna through an additional structure in a wireless communication system, and an electronic device including the same.
  • Embodiments of the present disclosure provide an antenna radome for compensating for radome tolerance through a coupling structure disposed at a height lower than an antenna radiator in a wireless communication system, and an electronic device including the same.
  • an electronic device may include a printed circuit board (PCB); antenna; radome; and a coupling structure, wherein the antenna is disposed at a first height from the first surface of the PCB, the coupling structure is physically connected to the radome, and the coupling structure is a first of the PCB. It may be arranged to have a second height equal to or lower than the first height from the surface.
  • PCB printed circuit board
  • antenna is disposed at a first height from the first surface of the PCB
  • the coupling structure is physically connected to the radome
  • the coupling structure is a first of the PCB. It may be arranged to have a second height equal to or lower than the first height from the surface.
  • an electronic device may include a printed circuit board (PCB); a plurality of antennas; radome; and a plurality of sets of coupling structures, wherein the sets of the plurality of coupling structures are physically connected to the radome, and each set of the sets of the plurality of coupling structures comprises, from the first side of the PCB, the plurality of sets of coupling structures.
  • the antenna may be disposed to have a height equal to or lower than a height of a corresponding antenna.
  • Apparatus and method according to various embodiments of the present disclosure through a coupling structure connected to the antenna radome, it is possible to reduce the antenna performance degradation due to the tolerance of the antenna radome.
  • FIG. 1 illustrates a wireless communication system according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIGS. 2A and 2B show examples of antennas according to embodiments of the present disclosure.
  • Figure 4a shows an example of a radome tolerance.
  • 4B shows examples of antenna performance due to radome tolerance according to embodiments of the present disclosure.
  • 5A and 5B illustrate an arrangement principle of a coupling structure according to embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 6 illustrates a design principle of a coupling structure according to embodiments of the present disclosure.
  • 8A to 8B illustrate examples of antenna reflection characteristics according to coupling structures according to embodiments of the present disclosure.
  • FIGS 9A to 9B illustrate examples of antenna performance according to coupling structures according to embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 10 illustrates a functional configuration of an electronic device including a radome having a coupling structure formed thereon according to embodiments of the present disclosure.
  • the present disclosure relates to an antenna radome in a wireless communication system and an electronic device including the same. Specifically, the present disclosure describes a technique for compensating for performance degradation due to tolerance of a radome by connecting a coupling structure to an antenna radome mounted to structurally protect an antenna in a wireless communication system.
  • the tolerance described in the present disclosure means an tolerance limit of a standard range.
  • the standard range may be determined according to the tolerance, that is, the tolerance determined based on the nominal size.
  • the cumulative tolerance or the cumulative tolerance amount may mean an assembly tolerance as the tolerance limit of a single part is accumulated when a plurality of parts are assembled.
  • the machining tolerance may mean a tolerance determined according to the machining of the part.
  • Terms that refer to components of an electronic device used in the following description eg, a substrate, a plate, a layer, a print circuit board (PCB), a flexible PCB (FPCB), a module, an antenna, an antenna element , circuit, processor, chip, component, device), terms referring to the function or shape of a device (eg, coupling structure, tuning structure, structure, support, contact, protrusion, opening, radiator, tuning radiator), structures
  • Terms referring to interconnections e.g., connections, joints, contacts, supports, tuning structures, tuning connections, contact structures, conductive members, assemblies
  • circuits e.g., transmission lines, PCBs, FPCBs
  • a signal line, a feeding line, a data line, an RF signal line, an antenna line, an RF path, an RF module, an RF circuit are exemplified for convenience of description.
  • the present disclosure describes various embodiments using terms used in some communication standards (eg, long term evolution (LTE) and new radio (NR) defined in 3rd Generation Partnership Project (3GPP)), but this It is only an example for explanation.
  • LTE long term evolution
  • NR new radio
  • 3GPP 3rd Generation Partnership Project
  • the present disclosure relates to an antenna radome in a wireless communication system and an electronic device including the same. Specifically, the present disclosure describes a technique for reducing antenna performance degradation due to a change in the position of the antenna radome by disposing a coupling structure in the antenna radome.
  • the wireless communication environment 100 of FIG. 1 exemplifies a base station 110 and a terminal 120 as a part of nodes using a wireless channel.
  • a base station 110 is a network infrastructure that provides a wireless connection to a terminal 120 .
  • the base station 110 has coverage defined as a certain geographic area based on a distance capable of transmitting a signal.
  • the base station 110 includes a massive multiple input multiple output (MMU) unit, an 'access point (AP)', an 'eNodeB (eNodeB, eNB)', a '5G node (5th).
  • MMU massive multiple input multiple output
  • AP 'access point
  • eNodeB eNodeB, eNB
  • 5th '5G node
  • the base station 110 may transmit a downlink signal or receive an uplink signal.
  • the terminal 120 is a device used by a user and performs communication with the base station 110 through a wireless channel. In some cases, the terminal 120 may be operated without the user's involvement. For example, the terminal 120 is a device that performs machine type communication (MTC) and may not be carried by a user.
  • the terminal 120 includes 'user equipment (UE)', 'mobile station', 'subscriber station', 'customer premises equipment' (CPE) other than a terminal. , 'remote terminal', 'wireless terminal', 'electronic device', or 'vehicle (vehicle) terminal', 'user device' or equivalent technical It may be referred to by other terms that have a meaning.
  • the terminal 120 and the terminal 130 shown in FIG. 1 may support vehicle communication.
  • vehicle communication standardization work for V2X technology based on device-to-device (D2D) communication structure in LTE system has been completed in 3GPP Release 14 and Release 15, and V2X technology based on current 5G NR Efforts to develop are underway.
  • NR V2X supports unicast communication, groupcast (or multicast) communication, and broadcast communication between the UE and the UE.
  • a major technology for improving the data capacity of 5G communication is a beamforming technology using an antenna array connected to a plurality of RF paths.
  • a beamforming technique is used.
  • Beamforming in general, uses a plurality of antennas to concentrate the arrival area of radio waves or to increase the directivity of reception sensitivity for a specific direction. Accordingly, in order to form a beamforming coverage instead of using a single antenna to form a signal in an isotropic pattern, a communication equipment may be provided with a plurality of antennas.
  • an antenna array including a plurality of antennas is described.
  • the base station 110 or the terminal 120 may include an antenna array.
  • the antenna array may be configured in various forms, such as a two-dimensional planar array, a linear array, or a multilayer array.
  • the antenna array may be referred to as a massive antenna array.
  • Each antenna included in the antenna array may be referred to as an array element or an antenna element.
  • a rectangular patch antenna is illustrated as an example of the antenna element of the antenna array in the present disclosure, but this is only an example and does not limit other exemplary embodiments of the present disclosure.
  • a radome refers to a structure for structurally protecting an antenna.
  • the radome minimizes the attenuation of electromagnetic signals transmitted or received by the antenna, and may be made of a material for transmitting radio waves.
  • an antenna may mean an antenna element of an array antenna.
  • the antenna board 220 may be stacked on the metal plate 230 .
  • the antenna 225 may be mounted on the antenna board 220 .
  • the antenna may be coupling fed through the support or directly fed through the support.
  • the radome 210 may be disposed at a location more than a predetermined distance away from the antenna board (220). If the separation distance between the radome 210 and the antenna board 220 is large, the sensitivity of the antenna performance by the radome 210 is low. This is because, since the distance between the radome 210 and the antenna 225 is far, the effect of the height change of the radome 210 on the antenna 225 is small.
  • the number of antennas of equipment eg, the base station 110
  • the number of RF parts eg, amplifiers, filters
  • components for processing the RF signal received or transmitted through the antenna element increases, so that the number of components is increased while satisfying communication performance in configuring communication equipment.
  • Gain and cost efficiency are essential.
  • an ultra-thin antenna may be used.
  • additional structures 261 and 263 may be disposed in the radome.
  • the additional structures 261 and 263 may include devices to which tunable device technology is applied.
  • the additional structures 261 and 263 (eg, a ring) are coupled with the radiator, so that performance changes due to the radome can be compensated for.
  • the radome tolerance may cause a change in the distance between the antenna 275 and the radome 260 .
  • the radome may be disposed in front of an antenna of a communication equipment (eg, a base station). Based on the antenna board (eg, the ground (GND) layer 285 ), the radome is spaced apart from the antenna by a predetermined distance.
  • the distance between the antenna board 270 and the radome 260 changes.
  • a change in the distance between the antenna board 270 and the radome 260 affects the antenna performance.
  • the performance change of the antenna 275 due to the height tolerance of the radome 260 is inevitable.
  • the closer the distance between the antenna 275 and the radome 260 the greater the influence on the antenna characteristics, so a radome design robust to the height tolerance of the radome 260 is required.
  • FIG. 3 shows an example of an electric field.
  • an antenna array including 3 x 1 sub-arrays has been described as an example, but this is only an example for explaining the radome tolerance in the embodiments of the present disclosure, and the antenna array or antenna arrangement to which embodiments of the present disclosure are applied is limited. it is not doing
  • the antenna unit 300 may include 12 antennas.
  • the antenna unit 300 may include 12 antennas.
  • the antenna unit may include four sub-arrays.
  • each sub-array may include antenna elements arranged in a 3 x 1 shape.
  • Each antenna element of the antenna unit 300 has a rectangular patch shape, and a double polarized signal may be fed.
  • the graph 310 shows an electric field distribution when the height of the radome from the antenna board is 9 mm.
  • the graph 320 shows the electric field distribution when the height of the radome from the antenna board is 11 mm.
  • the graph 330 shows the electric field distribution when the height of the radome from the antenna board is 13 mm. It is confirmed that the area of the fringing field varies according to the height of the radome. For example, depending on the height of the radome, the dielectric constant of the antenna changes. Antenna permittivity affects the resonant frequency. For example, as the height of the radome increases, the resonance frequency increases.
  • the effective permittivity of the antenna may be increased by the permittivity of the radome.
  • the resonant frequency may be lowered by an increase in the effective permittivity.
  • the antenna performance is greatly affected.
  • the reference plane indicating the height means the ground layer of the antenna board.
  • the height of the antenna means the height of one surface of the patch antenna disposed substantially parallel to the ground layer (hereinafter, referred to as a reference plane).
  • the electronic device may include a cover for protecting the antenna, for example, a radome 410 .
  • An antenna 430 may be disposed at a first height with respect to the antenna board 420 .
  • the radome 410 may be disposed at a second height.
  • the radome 410 may be disposed at a predetermined height above the antenna in order to structurally protect the antenna 430 .
  • the second height may be higher (eg, greater than) the first height.
  • the radome 410 Since the radome 410 is manufactured separately from the antenna 430, manufacturing tolerances may occur. In addition, the radome 410 may be assembled to cover the assembled antenna module after the antenna assembly, so that tolerances may occur during assembly. Due to the tolerance of the radome 410, the height of the radome 410 may change. If the distance between the radome 410 and the antenna 430 is greater than a certain value, the radiation performance of the antenna 430 is not affected even if the height of the radome 410 is changed. However, like an ultra-thin antenna, if the distance between the radome 410 and the antenna 430 is less than a certain distance, the tolerance of the radome 410 affects the radiation performance of the antenna 430 . In addition, as the distance between the two increases, the electric field of the antenna 430 may be greatly affected.
  • the radome 410 and the antenna 430 at a close distance may be interpreted as operating as one antenna.
  • the low height of the radome 410 may mean that the radome 410 performs a function as a dielectric.
  • the effective permittivity of the antenna 430 increases.
  • the operating frequency that forms resonance in the antenna is lowered.
  • the height of the radome 410 is high, the effective permittivity of the antenna 430 is reduced.
  • the height of the radome 410 may be proportional to the operating frequency.
  • a graph 451 shows antenna reflection characteristics at a fixed radome height.
  • the horizontal axis indicates the frequency (unit: GHz), and the vertical axis indicates the S-parameter (unit: dB (decibel)).
  • S(2,1) denotes a pass coefficient
  • S(1,1) denotes a reflection coefficient.
  • the graph 453 shows the reflection characteristics of the antenna having a radome tolerance (eg, ⁇ 2mm).
  • the horizontal axis indicates the frequency (unit: GHz), and the vertical axis indicates the S-parameter (unit: dB (decibel)). Comparing the graph 451 and the graph 453, it is confirmed that the reflection characteristic is not stable according to the height of the radome.
  • FIGS. 5A to 7H a coupling structure physically connected to the radome is proposed so that the reflective characteristic can be maintained even when the height of the radome is changed.
  • the coupling structure refers to a structure for controlling an electric field of the antenna through coupling connection with the antenna.
  • the term 'coupling structure' refers to a structure connected to the radome and having a function for controlling the electric field of the antenna, and other names performing the same function will be used instead of 'coupling structure' for embodiments of the present disclosure can
  • a coupling structure may include an adaptive tuner, a tuning structure, a coupling tuner, an adaptive tuning radiator, a tuning radiator, and a salient chamber. It may be replaced by other names such as protrusion radiator, or protrusion.
  • the reference plane indicating the height means the height with respect to the ground layer of the antenna board.
  • the height of the antenna refers to the height of one surface of the antenna substantially parallel to the ground layer (hereinafter, referred to as a reference plane).
  • the height of the radome 510 may change due to the tolerance 515 of the radome 510 .
  • the distance between the radome 510 and the antenna 530 increases. The greater the distance, the lower the effective permittivity and the higher the operating frequency.
  • the distance between the radome 510 and the antenna 530 becomes closer. The closer distance increases the effective permittivity and lowers the operating frequency.
  • a structure capable of compensating for an operating frequency that changes according to the height of the radome 510 is required.
  • the coupling structures 531a and 531b may be disposed to be farther away from the antenna 530 when the height of the radome 510 is lowered.
  • descriptions of the coupling structures 531a and 531b are described with reference to the coupling structure 531a, but may be equally applied to other coupling structures 531b.
  • the number of coupling structures may be one or more than two. As the coupling structure 531a moves away from the antenna 530 , an operating frequency due to the coupling structure 531a may increase.
  • the coupling structure 531a may be disposed to be closer to the antenna 530 when the height of the radome 510 is increased. As the coupling structure 531a approaches the antenna 530 , an operating frequency due to the coupling structure 531a may be lowered. As the radome 510 approaches the antenna 530 , the coupling structure 531a may move away from the antenna 530 . As the radome 510 moves away from the antenna 530 , the coupling structure 531a may be closer to the antenna 530 . In order to operate opposite to the change in height according to the tolerance 515 of the radome 510 , the coupling structure 531a according to embodiments of the present disclosure may be physically connected to the radome 510 .
  • the coupling structure 531a may be located farther than the antenna 530 with respect to the radome 510 .
  • the coupling structure 531a may be located at the same or lower height than the antenna 530 with respect to the antenna board (eg, the ground layer 520). have.
  • the radome 510 and the coupling structure 531a may be physically connected. Physically connected means that not only the structure in which a separate coupling structure 531a is in contact with the radome 510 through a physical connection part, but also some materials of the radome 510 protrude so that it is located below the height of the antenna 530 . structure may be included.
  • the height of the coupling structure 531a also has a tolerance 535 .
  • the height change range 515 of the radome 510 may correspond to the height change range 535 of the coupling structure 531a.
  • the coupling structure 531a may be located at a lower level than the antenna 530 or at the same height. This is because the coupling structure 531a must be positioned below the height of the antenna 530 so that when the height of the radome 510 increases, it can be closer to the antenna 530 .
  • the height of the coupling structure 531a may vary according to the tolerance 515 of the radome 510 .
  • the upper limit of the height change of the coupling structure 531a may be the height of the antenna 530 . That is, the height of the coupling structure 531a may be disposed to be substantially horizontal to the plane of the antenna 530 .
  • the upper limit of the height change of the coupling structure 531a may be a position lower than the height of the antenna 530 .
  • a certain height difference may be maintained so that radiation performance does not change through contact between the coupling structure 531a and the antenna 530 .
  • the coupling structure 531a when the radome tolerance 515 is the highest (eg, when the radome 510 is furthest from the ground layer 520 ), the coupling structure 531a is the most connected to the antenna 530 . can be approached close. As the coupling structure 531a approaches the antenna 530 closer, the current coupled to the coupling structure 531a may increase. An increase in the coupling current substantially increases the radiation area of the antenna 530 . The operating frequency of the antenna 530 may be lowered. The operating frequency to be increased due to the height of the radome 510 may be compensated for due to the coupling structure 531a. The operating frequency can be maintained.
  • the coupling structure 531a when the radome tolerance 515 is the lowest (eg, when the radome 510 is closest to the ground layer 520 ), the coupling structure 531a is furthest to the antenna 530 . can fall As the coupling structure 531a moves away from the antenna 530 , the current coupled to the coupling structure 531a decreases. Since the reduction of the coupling current reduces the effect of expanding the radiation area of the antenna 530 , the operating frequency of the antenna 530 may be higher than when the coupling structure 531a is close to the antenna 530 . The operating frequency to be reduced due to the height of the radome 510 may be compensated for due to the coupling structure 531a. The operating frequency can be maintained.
  • a coupling structure 531a is illustrated through FIG. 5B .
  • the coupling structures 531a , 531b , 531c , and 531d may be arranged to surround the antenna 530 when viewed from above.
  • the antenna 530 may include a rectangular patch antenna 530 .
  • Each of the coupling structures 531a , 531b , 531c , 531d may be configured to couple a current from the antenna 530 .
  • Each of the coupling structures 531a , 531b , 531c , and 531d may include a conductive path through which a coupled current may flow.
  • the upper limit of the height change of each coupling structure may be the height of the antenna 530 .
  • the upper limit of the height change of the coupling structure may be a position lower than the height of the antenna 530 .
  • coupling structures 531a , 531b , 531c , and 531d surrounding the periphery of the rectangular patch antenna 530 are illustrated in FIG. 5B , embodiments of the present disclosure are not limited thereto. Embodiments of the present disclosure may be applied to other types of antenna 530 elements other than the rectangular patch. According to an embodiment, coupling structures may be disposed in an area adjacent to the octagonal patch antenna 530 to increase the co-pole component in double polarization (eg, FIG. 7H ). Also, according to another exemplary embodiment, one or more coupling structures may be disposed in an area adjacent to the circular patch antenna 530 .
  • FIG. 6 illustrates a design principle of a coupling structure according to embodiments of the present disclosure.
  • a plan view 600 is a view from above of an electronic device including a radome 620 and an antenna 625 . Due to the tolerance 623 of the radome 620 , the height of the coupling structure 650 may be located within the range 621 .
  • the coupling structure 650 may be located at a lower or the same height than the antenna 625 . In other words, the range 621 of the height of the coupling structure 650 may be less than or equal to the height of the antenna 625 .
  • the coupling structure 650 may be symmetrically disposed about the antenna 650 .
  • each of the one or more coupling structures may be disposed at a position surrounding the antenna 650 . For example, four coupling structures may be disposed in each corner area of a rectangular patch.
  • the shape of the coupling structure 650 may be configured in a variety of ways. In the present disclosure, in order to define the shape and position of the coupling structure 650, various parameters are defined. According to one embodiment, a distance 653 between the coupling structure 650 and the antenna 625 is defined. As the distance between the coupling structure 650 and the antenna 625 increases, the coupling amount of the coupling structure 650 increases. According to an embodiment, a length 651 of the coupling structure 650 is defined. The greater the length of the coupling structure, the greater the amount of coupling. According to an embodiment, a thickness 655 of the coupling structure 650 may be defined. As the thickness 655 increases, the size of the coupled region increases.
  • the coupling structure 650 can be configured in the position and shape.
  • the coupling structure 650 may have a shape determined based on a coupling size.
  • the required coupling size may depend on at least one of a tolerance 623 of the radome 620 , a range 625 of the coupling structure 650 , and a distance between the radome 620 and the antenna 625 . This is because, in order to compensate for the tolerance 623 of the radome 620, a coupling that acts opposite to the effect due to the radome 620 is required.
  • the length 651 of the coupling structure 650 and the thickness 655 of the coupling structure 650 may be determined according to a required size of the coupling.
  • the shape of the coupling structure 650 is dependent on the length 651 of the coupling structure 650 and the thickness 655 of the coupling structure 650 .
  • the coupling structure 650 may be disposed at a position determined based on the size of the coupling.
  • the required coupling size may depend on at least one of a tolerance 623 of the radome 620 , a range 625 of the coupling structure 650 , and a distance between the radome 620 and the antenna 625 .
  • the shape of the coupling structure 650 is fixed, the size of the coupling may be adjusted by controlling the distance between the coupling structure 650 and the antenna 625 .
  • the position of the coupling structure 650 may be defined according to a required size of the coupling. The location of the coupling structure 650 is dependent on the distance 653 between the coupling structure 650 and the antenna 625 .
  • a triangular star formed elongated in three directions (eg, (+)x-axis direction, (+)y-axis direction, (-)x-axis 45 degree direction, and (-)y-axis 45 degree direction)) is a coupling structure.
  • a triangular star formed elongated in three directions eg, (+)x-axis direction, (+)y-axis direction, (-)x-axis 45 degree direction, and (-)y-axis 45 degree direction)
  • the coupling structure may have various shapes. Any shape may function as the coupling structure of the present disclosure as long as it has a shape that increases a substantial radiation area through coupling with the antenna.
  • the coupling structure may be a conductor.
  • the coupling structure may be a dielectric. It can be designed to have the same effect through dielectric coupling.
  • the coupling structure may be coupled from the antenna to increase the radiation area of the antenna.
  • the coupling structure may have a structure in which the length of the coupled current can be adjusted.
  • FIGS. 7A to 7H is an exemplary structure conforming to the above-described structure, and is not construed as limiting the embodiments of the present disclosure. Not only the shape described through FIGS. 7A to 7H , but also other shapes, as long as the structure is spaced apart from the antenna to widen the radiation area, it may be a coupling structure according to various embodiments of the present disclosure.
  • the coupling structure 701 may have a triangular star shape with lengths formed in each of three directions.
  • the coupling structure 701 may be disposed in each corner region of the rectangular patch antenna.
  • the coupling structure 703 may have an 'L' shape.
  • the coupling structure 703 may be disposed in each corner region of the rectangular patch antenna.
  • the coupling structure 705 may have a rectangular ring shape.
  • One coupling structure 705 may be disposed to surround the antenna.
  • a rectangular patch antenna is described as an example, but the present disclosure may also be applied to other polygonal patch antennas.
  • a coupling structure having an octagonal ring shape may be disposed while being spaced apart from the antenna by a predetermined distance.
  • a coupling structure having a circular ring shape may be disposed while being spaced apart from the antenna by a predetermined distance.
  • the coupling structure 707 may have a straight shape.
  • the coupling structure 707 may be disposed on each side of the rectangular patch antenna.
  • the thickness of the coupling structure 707 and the length of the coupling structure 707 depend on the required coupling size.
  • various types of coupling structures may coexist ( 709 ).
  • a coupling structure may be disposed in each corner region of the antenna.
  • the shape of the coupling structure may be different for each corner area.
  • the coupling structure positioned in some corner regions may have a triangular star shape (eg, FIG. 7A ).
  • the coupling structure positioned in some other corner regions may have an 'L' shape (eg, FIG. 7B ).
  • the coupling structures may be located in some corner areas ( 711 ). Coupling structures may not be located in some other corner regions. Based on the coupling structure 703 illustrated in FIG. 7B , the coupling structure may not be located at each corner of the antenna, but may be located only in a symmetrical partial corner region. Although it is illustrated in FIG. 7F that the coupling structures are positioned in each of the symmetrical corner regions, in some embodiments, the coupling structures may be asymmetrically disposed.
  • the coupling structures may be located only in some side regions ( 713 ).
  • the coupling structure may not be located in some other side regions.
  • the coupling structure may not be located in each side region of the antenna, but may be located only in a symmetrical partial side region.
  • the coupling structures may be asymmetrically disposed.
  • the coupling structures may be located only in some side regions ( 715 ).
  • the patch antenna has a structure for increasing the cross pole component of polarization, and may be an octagonal patch antenna.
  • the coupling structures may be disposed at positions asymmetric to each other. Positions at which the coupling structures are disposed may be associated with a position at which a signal of a first polarization is input and a position at which a signal of a second polarization is input.
  • the coupling structure may not be located in some other side regions.
  • the reflection characteristic may mean a reflection coefficient at an operating frequency.
  • a graph 810 represents the reflection coefficient of the antenna according to the height of the radome.
  • the horizontal axis represents the frequency (unit: GHz), and the vertical axis represents the reflection coefficient (S(1,1), unit: dB(decibel).
  • a frequency region having the lowest reflection coefficient may mean an operating frequency.
  • Each line 811 , 812 , 813 of 810 represents a reflection characteristic as the height of the radome increases from left to right.
  • the tolerance of the radome may be -1.5 mm to 1.5 mm.
  • Reference numeral 811 indicates the reflection coefficient when the height of the radome is the lowest tolerance (-1.5 mm).
  • the second line 812 indicates the reflection coefficient when the height of the radome is the intermediate tolerance (0 mm).
  • the third line (813) indicates the reflection coefficient when the height of the radome is the highest tolerance (1.5mm). As the height of the radome increases, it is confirmed that the operating frequency increases. If the height of the radome decreases, the distance to the antenna decreases. As the effective permittivity increases, the operating frequency decreases. Conversely, if the height of the radome increases, the effective permittivity decreases, so the operating frequency increases.
  • a graph 860 represents a reflection coefficient of an antenna according to a height of a coupling structure.
  • the horizontal axis represents the frequency (unit: GHz), and the vertical axis represents the reflection coefficient (S(1,1), unit: dB(decibel).
  • Each line 861 , 862 , 863 of the graph 860 is from right to left represents the reflection characteristics as the height of the coupling structure increases.
  • the coupling structure may have a height range that varies from -1.5 mm to 1.5 mm depending on the tolerance of the radome. 861) indicates the reflection coefficient when the lowest height (range: -1.5 mm).
  • the second line 862 indicates the reflection coefficient when the height of the radome is the middle height (range: 0 mm).
  • the third line ( 863) indicates the reflection coefficient when the height of the radome is the highest (range: 1.5mm).
  • the operating frequency increases.
  • the operating frequency also decreases, so there is an effect of canceling the change in the operating frequency.
  • the magnitude of the change in the reflection coefficient due to the radome tolerance may correspond to the magnitude of the change in the reflection coefficient due to the height change of the coupling structure.
  • the direction of the change in the reflection coefficient due to the radome tolerance may be different from the direction of the change in the reflection coefficient due to the height change of the coupling structure.
  • FIGS 9A to 9B illustrate examples of antenna performance according to coupling structures according to embodiments of the present disclosure.
  • a graph 910 represents the reflection coefficient of the antenna according to the height of the radome.
  • the horizontal axis represents the frequency (unit: GHz), and the vertical axis represents the reflection coefficient (S 11 ) (unit: dB (decibel)).
  • the dotted line indicates the reflection coefficient of the antenna according to the existing radome, and the solid line indicates the reflection coefficient of the antenna in a state in which the coupling structure is connected to the radome.
  • a frequency region having the lowest reflection coefficient may mean an operating frequency.
  • Each line of the graph 910 represents the height of a different radome.
  • the height of the radome is related to the height of the coupling structure.
  • a height range (eg, -1.5 mm to +1.5 mm) of the coupling structure corresponds to a tolerance (eg, -1.5 mm to +1.5 mm) of the height of the radome. Therefore, the antenna return loss (return loss) characteristic can be kept constant regardless of the tolerance of the radome.
  • a graph 960 shows the radiation characteristics of the antenna according to the height of the radome.
  • the horizontal axis represents the angle (unit: degree), and the vertical axis represents the gain (unit: dB (decibel)).
  • Each line represents the height of a different radome. It is confirmed that the radiation characteristics do not change even if the height of the radome is changed.
  • Embodiments of the present disclosure propose an arrangement structure and an antenna radome to compensate for performance degradation due to radome tolerance.
  • Specific structures are used to accommodate performance variations due to radome tolerances.
  • the specific structure may be configured to maintain antenna characteristics even with radome tolerance through coupling with the antenna radiator.
  • the radome structure including the specific structure can prevent and reduce the performance degradation of the antenna caused by the height tolerance of the radome.
  • FIGS. 1 to 9B only the relationship between the antenna cover radome, the antenna element, and the antenna board is shown in FIGS. 1 to 9B.
  • the structure for solving the radome tolerance can be equally applied not only to a single antenna but also to an antenna array in which a plurality of antenna elements are dense.
  • the descriptions shown in FIGS. 1 to 9B are applicable not only to an electronic device having a single antenna but also to an electronic device having a plurality of antennas.
  • the radome may be disposed to protect a plurality of antenna elements rather than being disposed only for one antenna element.
  • a coupling structure corresponding to each antenna element may be connected to the radome.
  • the radome may be physically connected to a plurality of coupling structures.
  • One or more coupling structures for controlling the coupling connection of one antenna element may be defined as one set of coupling structures.
  • the radome may be connected to a plurality of sets of coupling structures.
  • the height change according to the tolerance of the radome affects the height change of the sets of coupling structures adjacent to each of the antenna elements covered by the radome.
  • the sets of coupling structures may be arranged to suppress variations in operating frequency due to radome tolerance through coupling with the antenna.
  • the electronic device 110 may be either the base station 110 or the terminal 120 of FIG. 1 .
  • the electronic device 110 may be an MMU.
  • the electronic device 110 may be a base station equipment including an mmWave communication module. Not only the arrangement itself of the coupling structure of the radome mentioned through FIGS. 1 to 9B, but also an electronic device including the arrangement itself is also included in the embodiments of the present disclosure.
  • the electronic device 110 includes an antenna unit 1011 (eg, including an antenna element), a filter unit 1012 (eg, including a filter), and a radio frequency (RF) processing unit 1013 (eg, including a filter). for example, including RF circuitry), a controller or processor 1014 (eg, processing circuitry).
  • antenna unit 1011 eg, including an antenna element
  • filter unit 1012 eg, including a filter
  • RF processing unit 1013 eg, including a filter
  • RF radio frequency
  • controller or processor 1014 eg, processing circuitry
  • the antenna unit 1011 may include a plurality of antennas.
  • the antenna performs functions for transmitting and receiving signals through a radio channel.
  • the antenna may include a radiator disposed on a side surface of a substrate (eg, a PCB).
  • the antenna may radiate an up-converted signal on a radio channel or acquire a signal radiated by another device.
  • Each antenna may be referred to as an antenna element or antenna element.
  • the antenna unit 1011 may include an antenna array in which a plurality of antenna elements form an array.
  • a sub-array technology may be used.
  • the antenna array may include a plurality of sub-arrays.
  • One sub-array may include a plurality of antenna elements.
  • a sub-array may include two antenna elements.
  • the sub-array may include three antenna elements.
  • the sub-array may include 6 antenna elements.
  • the antenna unit 1011 may be electrically connected to the filter unit 1012 through RF signal lines.
  • the antenna unit 1011 may include at least one antenna module having a dual polarization antenna.
  • the dual polarization antenna may be, for example, a cross-pole (x-pol) antenna.
  • the dual polarization antenna may include two antenna elements corresponding to different polarizations.
  • the dual polarization antenna may include a first antenna element having a polarization of +45° and a second antenna element having a polarization of -45°.
  • the polarization may be formed by other polarizations orthogonal to +45° and -45°.
  • Each antenna element may be connected to a feeding line, and may be electrically connected to a filter unit 1012 , an RF processing unit 1013 , and a control unit 1014 to be described later.
  • the dual polarization antenna may be a patch antenna (or a microstrip antenna). Since the dual polarization antenna has the form of a patch antenna, implementation and integration into an array antenna may be easy. Two signals having different polarizations may be input to each antenna port. Each antenna port corresponds to an antenna element. For high efficiency, it is required to optimize the relationship between the co-pol characteristic and the cross-pol characteristic between two signals having different polarizations.
  • the co-pole characteristic indicates a characteristic for a specific polarization component and the cross-pole characteristic indicates a characteristic for a polarization component different from the specific polarization component.
  • an antenna radome for protecting the antenna unit 1011 may be mounted on the electronic device 1010 .
  • the antenna radome may be arranged to structurally protect the plurality of antennas and the antenna board.
  • One surface of the antenna radome may be substantially parallel to the antennas.
  • the antenna radome according to the embodiments of the present disclosure may include a coupling structure for coupling connection with each antenna element in order to provide a stable reflection characteristic.
  • the coupling structure may be physically connected to the antenna radome in order to move together in response to a height change according to the tolerance of the antenna radome.
  • the filter unit 1012 may include at least one filter and perform filtering to transmit a signal of a desired frequency.
  • the filter unit 1012 may perform a function for selectively discriminating frequencies by forming resonance.
  • the filter unit 1012 may structurally form a resonance through a cavity including a dielectric.
  • the filter unit 1012 may form resonance through elements that form inductance or capacitance.
  • the filter unit 1012 may include an elastic filter such as a bulk acoustic wave (BAW) filter or a surface acoustic wave (SAW) filter.
  • BAW bulk acoustic wave
  • SAW surface acoustic wave
  • the filter unit 1012 may include at least one of a band pass filter, a low pass filter, a high pass filter, and a band reject filter. .
  • the filter unit 1012 may include RF circuits for obtaining a signal of a frequency band for transmission or a frequency band for reception.
  • the filter unit 1012 may electrically connect the antenna unit 1011 and the RF processing unit 1013 to each other.
  • the RF processing unit 1013 may include various RF processing and a plurality of RF paths.
  • the RF path may be a unit of a path through which a signal received through the antenna or a signal radiated through the antenna passes. At least one RF path may be referred to as an RF chain.
  • the RF chain may include a plurality of RF elements.
  • RF components may include amplifiers, mixers, oscillators, DACs, ADCs, and the like.
  • the RF processing unit 1013 includes an up converter that up-converts a digital transmission signal of a base band to a transmission frequency, and a DAC that converts the up-converted digital transmission signal into an analog RF transmission signal. (digital-to-analog converter) may be included.
  • the up converter and DAC form part of the transmit path.
  • the transmit path may further include a power amplifier (PA) or a coupler (or combiner).
  • the RF processing unit 1013 includes an analog-to-digital converter (ADC) that converts an analog RF reception signal into a digital reception signal and a down converter that converts the digital reception signal into a baseband digital reception signal. ) may be included.
  • ADC analog-to-digital converter
  • the ADC and downconverter form part of the receive path.
  • the receive path may further include a low-noise amplifier (LNA) or a coupler (or divider).
  • LNA low-noise amplifier
  • RF components of the RF processing unit may be implemented on a PCB.
  • the electronic device 110 may include a structure in which the antenna unit 1011 , the filter unit 1012 , and the RF processing unit 1013 are stacked in this order.
  • the antennas and RF components of the RF processing unit may be implemented on a PCB, and filters may be repeatedly fastened between the PCB and the PCB to form a plurality of layers.
  • the controller 1014 or the processor may control various processing circuits and overall operations of the electronic device 110 .
  • the control unit 1014 may include various modules for performing communication.
  • the controller 1014 may include at least one processor such as a modem.
  • the controller 1014 may include modules for digital signal processing.
  • the controller 1014 may include a modem.
  • the control unit 1014 generates complex symbols by encoding and modulating the transmitted bit stream.
  • the control unit 1014 restores the received bit stream by demodulating and decoding the baseband signal.
  • the controller 1014 may perform functions of a protocol stack required by a communication standard.
  • FIG. 10 the functional configuration of the electronic device 110 has been described as equipment in which the arrangement of the coupling structure of the radome of the present disclosure can be utilized.
  • the example shown in FIG. 10 is only an exemplary configuration for the use of the antenna module according to the embodiments of the present disclosure described through FIGS. 1 to 9B, and embodiments of the present disclosure are the equipment shown in FIG. It is not limited to the components. Accordingly, communication equipment having other configurations may also be understood as embodiments of the present disclosure.
  • an electronic device may include a printed circuit board (PCB); antenna; radome; and a coupling structure, wherein the antenna is disposed at a first height from the first surface of the PCB, the coupling structure is physically connected to the radome, and the coupling structure is a first of the PCB. It may be arranged to have a second height equal to or lower than the first height from the surface.
  • PCB printed circuit board
  • antenna is disposed at a first height from the first surface of the PCB
  • the coupling structure is physically connected to the radome
  • the coupling structure is a first of the PCB. It may be arranged to have a second height equal to or lower than the first height from the surface.
  • the radiation surface of the antenna may be located between the coupling structure and the radome.
  • the coupling structure may be coupled to the antenna.
  • the height range of the coupling structure may be related to the tolerance range of the radome.
  • the thickness of the coupling structure may depend on the distance between the radome and the antenna.
  • the length of the coupling structure may depend on the distance between the radome and the antenna.
  • the distance between the coupling structure and the antenna may be dependent on the distance between the radome and the antenna.
  • the coupling structure includes a first area formed with a predetermined distance from one side of the radiation surface of the antenna from a central point, and the other side of the radiation surface of the antenna from the central point and constant. It may include a second region formed to be spaced apart.
  • the coupling structure may further include a third region formed in a direction away from the radiation surface of the antenna from the central point.
  • the antenna may be a patch antenna including a radiation surface.
  • an electronic device may include a printed circuit board (PCB); a plurality of antennas; radome; and a plurality of sets of coupling structures, wherein the sets of the plurality of coupling structures are physically connected to the radome, and each set of the sets of the plurality of coupling structures comprises, from the first side of the PCB, the plurality of sets of coupling structures.
  • the antenna may be disposed to have a height equal to or lower than a height of a corresponding antenna.
  • the radiation surface of each of the plurality of antennas may be located between a corresponding coupling structure set among the plurality of coupling structure sets and the radome. have.
  • each set of the plurality of sets of coupling structures may be coupled to a corresponding antenna among the plurality of antennas.
  • a height of each coupling structure of the plurality of sets of coupling structures may be associated with a tolerance range of the radome.
  • the thickness of the coupling structure of the coupling structure set corresponding to the antenna may depend on the distance between the radome and the antenna.
  • the length of the coupling structure of the coupling structure set corresponding to the antenna may depend on the distance between the radome and the antenna.
  • the distance between the coupling structure of the set of coupling structures corresponding to the antenna and the antenna is dependent on the distance between the radome and the antenna can be
  • the plurality of sets of coupling structures include a first area formed to be spaced apart from one side of the radiating surface of the antenna from a central point and the other side of the radiating surface of the antenna from the central point. and a coupling structure including a second region formed to be spaced apart from each other.
  • the coupling structure may further include a third region formed in a direction away from the radiation surface of the antenna from the central point.
  • each of the plurality of antennas may be a patch antenna including a radiation surface.
  • a computer-readable storage medium storing one or more programs (software modules) may be provided.
  • One or more programs stored in the computer-readable storage medium are configured to be executable by one or more processors in an electronic device (device).
  • One or more programs include instructions for causing an electronic device to execute methods according to embodiments described in a claim or specification of the present disclosure.
  • Such programs include random access memory, non-volatile memory including flash memory, read only memory (ROM), electrically erasable programmable ROM (electrically erasable programmable read only memory, EEPROM), magnetic disc storage device, compact disc-ROM (CD-ROM), digital versatile discs (DVDs), or other It may be stored in an optical storage device or a magnetic cassette. Alternatively, it may be stored in a memory composed of a combination of some or all thereof. In addition, each configuration memory may be included in plurality.
  • non-volatile memory including flash memory, read only memory (ROM), electrically erasable programmable ROM (electrically erasable programmable read only memory, EEPROM), magnetic disc storage device, compact disc-ROM (CD-ROM), digital versatile discs (DVDs), or other It may be stored in an optical storage device or a magnetic cassette. Alternatively, it may be stored in a memory composed of a combination of some or all thereof. In addition, each configuration memory may be included in plurality.
  • the program is transmitted through a communication network consisting of a communication network such as the Internet, an intranet, a local area network (LAN), a wide area network (WAN), or a storage area network (SAN), or a combination thereof. It may be stored on an attachable storage device that can be accessed. Such a storage device may be connected to a device implementing an embodiment of the present disclosure through an external port. In addition, a separate storage device on the communication network may be connected to the device implementing the embodiment of the present disclosure.
  • a communication network such as the Internet, an intranet, a local area network (LAN), a wide area network (WAN), or a storage area network (SAN), or a combination thereof. It may be stored on an attachable storage device that can be accessed.
  • Such a storage device may be connected to a device implementing an embodiment of the present disclosure through an external port.
  • a separate storage device on the communication network may be connected to the device implementing the embodiment of the present disclosure.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)

Abstract

본 개시(disclosure)는 LTE(Long Term Evolution)와 같은 4G(4th generation) 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G(5th generation) 또는 pre-5G 통신 시스템에 관련된 것이다. 본 개시의 실시 예들에 따르면, 전자 장치는, PCB(printed circuit board); 안테나; 레이돔(radome); 및 커플링 구조물을 포함하고, 상기 안테나는 상기 PCB의 제1 면으로부터 제1 높이에 위치하도록 배치되고, 상기 커플링 구조물은 상기 레이돔과 물리적으로 연결되고, 상기 커플링 구조물은 상기 PCB의 제1 면으로부터, 상기 제1 높이보다 낮거나 같은 제2 높이를 갖도록 배치될 수 있다.

Description

안테나 레이돔 및 이를 포함하는 전자 장치
본 개시(disclosure)는 일반적으로 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 예를 들어, 무선 통신 시스템을 위한 안테나 레이돔(antenna radome) 및 이를 포함하는 전자 장치(electronic device)에 관한 것이다.
4G(4th generation) 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G(5th generation) 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후(Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE(Long Term Evolution) 시스템 이후(Post LTE) 시스템이라 불리어지고 있다.
높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역(예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO, FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나(large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다.
또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀(advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud radio access network, cloud RAN), 초고밀도 네트워크(ultra-dense network), 기기 간 통신(Device to Device communication, D2D), 무선 백홀(wireless backhaul), 이동 네트워크(moving network), 협력 통신(cooperative communication), CoMP(Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거(interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다.
이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation, ACM) 방식인 FQAM(Hybrid Frequency Shift Keying and Quadrature Amplitude Modulation) 및 SWSC(Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(Non Orthogonal Multiple Access), 및 SCMA(Sparse Code Multiple Access) 등이 개발되고 있다.
통신 성능을 높이기 위해 다수의 안테나들을 장착한 제품이 개발되고 있고, Massive MIMO 기술을 활용하여 점점 보다 훨씬 더 많은 수의 안테나를 갖는 장비가 사용될 것으로 예상된다. 많은 수의 안테나들을 수용하기 위해, 통신 장비의 소형화가 요구된다. 소형화를 위해, 레이돔(radome)과 안테나 사이의 거리가 감소함으로써, 레이돔의 배치에 따른 공차로 인한 안테나 성능의 민감도가 증가한다.
본 개시(disclosure)의 실시 예들은, 커플링 구조물이 배치된 안테나 레이돔(radome) 및 이를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
본 개시의 실시 예들은, 무선 통신 시스템에서 추가적인 구조물을 통해, 안테나의 성능 저하를 방지 및/또는 줄이기 위한 안테나 레이돔 및 이를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
본 개시의 실시 예들은, 무선 통신 시스템에서, 안테나 방사체보다 낮은 높이에 배치되는 커플링 구조물을 통해, 레이돔 공차를 보상하기 위한 안테나 레이돔 및 이를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
본 개시의 실시 예들에 따르면, 전자 장치는, PCB(printed circuit board); 안테나; 레이돔(radome); 및 커플링 구조물을 포함하고, 상기 안테나는 상기 PCB의 제1 면으로부터 제1 높이에 위치하도록 배치되고, 상기 커플링 구조물은 상기 레이돔과 물리적으로 연결되고, 상기 커플링 구조물은 상기 PCB의 제1 면으로부터, 상기 제1 높이보다 낮거나 같은 제2 높이를 갖도록 배치될 수 있다.
본 개시의 실시 예들에 따르면, 전자 장치는, PCB(printed circuit board); 복수의 안테나들; 레이돔(radome); 및 복수의 커플링 구조물 세트들을 포함하고, 상기 복수의 커플링 구조물 세트들은 상기 레이돔과 물리적으로 연결되고, 상기 복수의 커플링 구조물 세트들의 각 세트는, 상기 PCB의 제1 면으로부터, 상기 복수의 안테나들 중에서 해당하는 안테나의 높이보다 낮거나 같은 높이를 갖도록 배치될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은, 안테나 레이돔과 연결되는 커플링 구조물을 통해, 안테나 레이돔의 공차로 인한 안테나 성능 저하를 줄일 수 있게 한다.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 개시내용의 특정 실시양태의 상기 및 기타 측면, 특징 및 이점은 첨부 도면과 함께 취해진 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템을 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 본 개시의 실시 예들에 따른 안테나의 예들을 도시한다.
도 3은 전기장(electric field)의 예를 도시한다.
도 4a는 레이돔(radome) 공차(tolerance)의 예를 도시한다.
도 4b는 본 개시의 실시 예들에 따른 레이돔 공차로 인한 안테나 성능의 예들을 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 본 개시의 실시 예들에 따른 커플링 구조물의 배치 원리를 도시한다.
도 6은 본 개시의 실시 예들에 따른 커플링 구조물의 설계 원리를 도시한다.
도 7a 내지 도 7h는 본 개시의 실시 예들에 따른 커플링 구조물의 예들을 도시한다.
도 8a 내지 도 8b는 본 개시의 실시 예들에 따른 커플링 구조물에 따른 안테나 반사 특성의 예를 도시한다.
도 9a 내지 도 9b는 본 개시의 실시 예들에 따른 커플링 구조물에 따른 안테나 성능의 예를 도시한다.
도 10은 본 개시의 실시 예들에 따른 커플링 구조물이 형성된 레이돔(radome)을 포함하는 전자 장치의 기능적 구성을 도시한다.
본 개시에서 사용되는 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
이하에서 설명되는 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어적인 접근 방법을 예시로서 설명한다. 하지만, 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어와 소프트웨어를 모두 사용하는 기술을 포함하고 있으므로, 본 개시의 다양한 실시 예들이 소프트웨어 기반의 접근 방법을 제외하는 것은 아니다.
이하 본 개시는 무선 통신 시스템에서 안테나 레이돔 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시는 무선 통신 시스템에서 안테나를 구조적으로 보호하기 위해 실장되는 안테나 레이돔에 커플링 구조물을 연결함으로써, 레이돔의 공차로 인한 성능 저하를 보상하기 위한 기술을 설명한다.
본 개시에서 설명하는 공차(tolerance)란, 규격 범위의 허용 한계를 의미한다. 공칭 치수(nominal size)를 기준으로 정해지는 허용 범위, 즉 공차에 따라 규격 범위가 정해질 수 있다. 누적 공차 혹은 공차 누적량이란, 다수의 부품들이 조립되는 경우, 단일 부품의 허용 한계가 누적됨에 따른 조립체의 허용 한계를 의미할 수 있다. 가공 공차란, 부품 가공에 따라 정해치는 공차를 의미할 수 있다.
이하 설명에서 사용되는 전자 장치의 부품을 지칭하는 용어(예: 기판(substrate), 기판(plate), 층(layer), PCB(print circuit board), FPCB(flexible PCB), 모듈, 안테나, 안테나 소자, 회로, 프로세서, 칩, 구성요소, 기기), 소자의 기능 혹은 형상을 지칭하는 용어(예: 커플링 구조물, 튜닝 구조물, 구조체, 지지부, 접촉부, 돌출부, 개구부, 방사체, 튜닝 방사체), 구조체들 간 연결부를 지칭하는 용어(예: 연결부, 이음부, 접촉부, 지지부, 튜닝 구조체, 튜닝 연결부, 컨택 구조체, 도전성 부재, 조립체(assembly)), 회로를 지칭하는 용어(예: 전송 선로, PCB, FPCB, 신호선, 급전선(feeding line), 데이터 라인(data line), RF 신호 선, 안테나 선, RF 경로, RF 모듈, RF 회로) 등은 설명의 편의를 위해 예시된 것이다. 따라서, 본 개시가 후술되는 용어들에 한정되는 것은 아니며, 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어가 사용될 수 있다. 또한, 이하 사용되는 '...부', '...기', '...물', '...체' 등의 용어는 적어도 하나의 형상 구조를 의미하거나 또는 기능을 처리하는 단위를 의미할 수 있다.
또한, 본 개시는, 일부 통신 규격(예: 3GPP(3rd Generation Partnership Project)에서 정의하는 LTE(long term evolution), NR(new radio))에서 사용되는 용어들을 이용하여 다양한 실시 예들을 설명하지만, 이는 설명을 위한 예시일 뿐이다. 본 개시의 다양한 실시 예들은, 다른 통신 시스템에서도, 용이하게 변형되어 적용될 수 있다.
또한, 본 개시에서, 특정 조건의 만족(satisfied), 충족(fulfilled) 여부를 판단하기 위해, 초과 또는 미만의 표현이 사용되었으나, 이는 일 예를 표현하기 위한 기재일 뿐 이상 또는 이하의 기재를 배제하는 것이 아니다. '이상'으로 기재된 조건은 '초과', '이하'로 기재된 조건은 '미만', '이상 및 미만'으로 기재된 조건은 '초과 및 이하'로 대체될 수 있다.
이하, 본 개시는 무선 통신 시스템에서 안테나 레이돔 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시는 안테나 레이돔에 커플링 구조물을 배치시킴으로써, 안테나 레이돔의 위치 변화에 따른 안테나 성능 저하를 줄이기 위한 기술을 설명한다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템을 도시한다. 도 1의 무선 통신 환경(100)은 무선 채널을 이용하는 노드(node)들의 일부로서, 기지국(110) 및 단말(120)을 예시한다.
도 1을 참고하면, 기지국(110)은 단말(120)에게 무선 접속을 제공하는 네트워크 인프라스트럭쳐(infrastructure)이다. 기지국(110)은 신호를 송신할 수 있는 거리에 기초하여 일정한 지리적 영역으로 정의되는 커버리지(coverage)를 가진다. 기지국(110)은 기지국(base station) 외에 MMU(massive MIMO(multiple input multiple output) unit), '액세스 포인트(access point, AP)', '이노드비(eNodeB, eNB)', '5G 노드(5th generation node)', '5G 노드비(5G NodeB, NB)', '무선 포인트(wireless point)', '송수신 포인트(transmission/reception point, TRP)', '액세스 유닛(access unit)','분산 유닛(distributed unit, DU)', '송수신 포인트(transmission/reception point, TRP)','무선 유닛(radio unit, RU), 원격 무선 장비(remote radio head, RRH) 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다. 기지국(110)은 하향링크 신호를 송신하거나 상향링크 신호를 수신할 수 있다.
단말(120)은 사용자에 의해 사용되는 장치로서, 기지국(110)과 무선 채널을 통해 통신을 수행한다. 경우에 따라, 단말(120)은 사용자의 관여 없이 운영될 수 있다. 예를 들어, 단말(120)은 기계 타입 통신(machine type communication, MTC)을 수행하는 장치로서, 사용자에 의해 휴대되지 아니할 수 있다. 단말(120)은 단말(terminal) 외 '사용자 장비(user equipment, UE)', '이동국(mobile station)', '가입자국(subscriber station)', '고객 댁내 장치'(customer premises equipment, CPE), '원격 단말(remote terminal)', '무선 단말(wireless terminal)', '전자 장치(electronic device)', 또는 '차량(vehicle)용 단말', '사용자 장치(user device)' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다.
도 1에 도시된 단말(120), 단말(130)은 차량 통신을 지원할 수 있다. 차량 통신의 경우, LTE 시스템에서는 장치간 통신(device-to-device, D2D) 통신 구조를 기초로 V2X 기술에 대한 표준화 작업이 3GPP 릴리즈 14과 릴리즈 15에서 완료되었으며, 현재 5G NR 기초로 V2X 기술을 개발하려는 노력이 진행되고 있다. NR V2X에서는 단말과 단말 간 유니캐스트(unicast) 통신, 그룹캐스트(groupcast)(또는 멀티캐스트(multicast)) 통신, 및 브로드캐스트(broadcast) 통신을 지원한다.
5G 통신의 데이터 용량을 향상시키는 주요한 기술은 다수의 RF 경로들과 연결된 안테나 어레이(antenna array)를 사용한 빔포밍 기술이다. 전파 경로 손실을 완화하고 전파의 전달 거리를 증가시키기 위한 기술 중 하나로써, 빔포밍 기술이 이용되고 있다. 빔포밍은, 일반적으로, 다수의 안테나를 이용하여 전파의 도달 영역을 집중시키거나, 특정 방향에 대한 수신 감도의 지향성(directivity)를 증대시킨다. 따라서, 단일 안테나를 이용하여 등방성(isotropic) 패턴으로 신호를 형성하는 대신 빔포밍 커버리지를 형성하기 위해, 통신 장비는 다수의 안테나들을 구비할 수 있다. 이하, 다수의 안테나들이 포함되는 안테나 어레이가 서술된다.
기지국(110) 또는 단말(120)은 안테나 어레이를 포함할 수 있다. 안테나 어레이는 2차원의 평면 어레이(planar array), 선형 어레이(linear array) 혹은 다층 어레이 등 다양한 형태로 구성될 수 있다. 안테나 어레이는 매시브 안테나 어레이(massive antenna array)로 지칭될 수 있다. 안테나 어레이에 포함되는 각 안테나는 어레이 엘리멘트(array element), 또는 안테나 엘리멘트(antenna element)라 지칭될 수 있다. 이하, 본 개시에서 안테나 어레이의 안테나 엘리멘트는 사각형의 패치 안테나가 예로 도시되었으나, 이는 일 실시 예일뿐, 본 개시의 다른 실시 예들을 제한하지 않는다.
도 2a 및 도 2b는 본 개시의 실시 예들에 따른 안테나의 예들을 도시한다. 레이돔(radome)은 안테나를 구조적으로 보호하기 위한 구조물을 의미한다. 레이돔은 안테나에 의해 전송되거나 수신되는 전자기 신호를 최소한으로 감쇠시키며, 전파를 투과하기 위한 재질로 구성될 수 있다. 이하, 본 개시에서 안테나는 어레이 안테나의 안테나 엘리멘트를 의미할 수 있다.
도 2a를 참고하면, 안테나 보드(220)는 금속 플레이트(230) 위에 적층될 수 있다. 안테나(225)는 안테나 보드(220) 위에 실장될 수 있다. 예를 들어, 안테나는 지지부를 통해 커플링 급전되거나 혹은 지지부를 통해 직접 급전될 수 있다. 한편, 레이돔(210)은 안테나 보드(220)로부터 일정 간격 이상 떨어진 위치에 배치될 수 있다. 레이돔(210)과 안테나 보드(220)의 이격 거리가 크면, 레이돔(210)에 의한 안테나 성능의 민감도가 낮다. 레이돔(210)과 안테나(225) 사이의 거리가 멀어서, 레이돔(210)의 높이 변화가 안테나(225)에 미치는 영향이 적기 때문이다.
통신 성능을 높이기 위해 무선 통신을 수행하는 장비(예: 기지국(110))의 안테나들의 개수는 증가하고 있다. 또한, 안테나 엘리멘트를 통해 수신되거나 송신되는 RF 신호를 처리하기 위한 RF 부품(예: 증폭기, 필터), 구성요소들(components)의 개수도 증가하게 되어 통신 장비를 구성함에 있어 통신 성능을 충족하면서 공간적 이득, 비용적 효율이 필수적으로 요구된다. 예를 들어, 통신 장비의 소형화 및/또는 크기를 줄이기 위해, 울트라(ultra) 씬(thin) 안테나가 이용될 수 있다.
레이돔(260)과 안테나 보드(270) 간의 간격이 감소되면, 안테나(275)는 레이돔(260)으로 인한 영향이 커진다. 레이돔(260)과 안테나(275) 사이의 거리가 가까워서, 레이돔(260)의 높이 변화가 안테나(275)에 미치는 영향이 크기 때문이다. 이러한 영향을 줄이기 위해, 레이돔에는 추가 구조물(261, 263)이 배치될 수 있다. 추가 구조물(261, 263)은 조정 가능(tunable) 소자 기술이 적용된 소자를 포함할 수 있다. 추가 구조물(261, 263)(예: 링)은 방사체와 커플링됨으로써, 레이돔으로 인한 성능 변화는 보정될 수 있다.
도 2b를 참고하면, 레이돔 공차는 안테나(275)와 레이돔(260) 간의 거리 변화를 야기할 수 있다. 레이돔은 통신 장비(예: 기지국)의 안테나 전면부에 배치될 수 있다. 안테나 보드(예: 그라운드(ground, GND) 층(285))를 기준으로, 레이돔은 안테나로부터 일정 거리 이격되어 있다. 이 때, 레이돔은 공차를 가지고 있어, 안테나 보드(270)와 레이돔(260) 사이의 거리는 변한다. 안테나 보드(270)와 레이돔(260) 사이의 거리 변화는 안테나 성능에 영향을 미친다. 다시 말해, 레이돔(260)의 높이 공차에 의한 안테나(275)의 성능 변화는 필연적이다. 예를 들어, 안테나(275)와 레이돔(260) 간의 거리가 가까울수록, 안테나 특성에 많은 영향을 미치게 되므로, 레이돔(260)의 높이 공차에 강건한 레이돔 설계가 요구된다.
도 3은 전기장(electric field)의 예를 도시한다. 도 3에서는 3 x 1 서브 어레이들을 포함하는 안테나 어레이가 예로 서술되었으나, 이는 본 개시의 실시 예들에서 레이돔 공차를 설명하기 위한 일 예일뿐, 본 개시의 실시 예들이 적용되는 안테나 어레이 혹은 안테나 배치를 한정하는 것은 아니다.
도 3을 참고하면, 안테나 유닛(300)은 12개의 안테나들을 포함할 수 있다. 안테나 유닛(300)은 12개의 안테나들을 포함할 수 있다. 안테나 유닛은, 4개의 서브 어레이들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각 서브 어레이는, 3 x 1 형태로 배치되는 안테나 엘리멘트들을 포함할 수 있다. 안테나 유닛(300)의 각 안테나 엘리멘트는 사각형 패치 형태이고, 이중 편파 신호가 급전될 수 있다.
그래프(310)는 안테나 보드로부터 레이돔 높이가 9mm 인 경우, 전기장 분포를 나타낸다. 그래프(320)는 안테나 보드로부터 레이돔 높이가 11mm 인 경우, 전기장 분포를 나타낸다. 그래프(330)는 안테나 보드로부터 레이돔 높이가 13mm 인 경우, 전기장 분포를 나타낸다. 레이돔의 높이에 따라, 프린징 필드(fringing field)의 영역이 달라짐이 확인된다. 예를 들어, 레이돔의 높이에 따라, 안테나 유전율이 변한다. 안테나 유전율은 공진 주파수에 영향을 미친다. 예를 들어, 레이돔의 높이가 높아지면 공진 주파수가 상승한다. 다른 예를 들어, 레이돔의 높이가 낮아지면, 레이돔의 유전율에 의해 안테나의 유효 유전율이 증가할 수 있다. 유효 유전율의 증가로 공진 주파수가 낮아질 수 있다. 레이돔의 높이가 낮아질수록 안테나 성능에 많은 영향을 미친다.
도 4a는 레이돔 공차의 예를 도시한다. 이하, 별도의 설명이 없는 한 높이를 지칭하는 기준 면은 안테나 보드의 그라운드 층을 의미한다. 예를 들어, 안테나의 높이는, 그라운드 층(이하, 기준면)으로부터 실질적으로 평행하게 배치되는 패치 안테나의 일 면의 높이를 의미한다.
도 4a를 참고하면, 전자 장치는 안테나를 보호하기 위한 커버, 예를 들어, 레이돔(410)을 포함할 수 있다. 안테나 보드(420)를 기준으로, 제1 높이에서 안테나(430)이 배치될 수 있다. 안테나 보드(420)를 기준으로, 제2 높이에서 레이돔(410)이 배치될 수 있다. 레이돔(410)은 안테나(430)를 구조적으로 보호하기 위해, 안테나보다 일정 높이 위에 배치될 수 있다. 다시 말해, 제2 높이는 제1 높이보다 높을 수(예를 들어, 클 수) 있다.
레이돔(410)은 안테나(430)와 별도로 제작되는 바, 제조 공차가 발생할 수 있다. 또한, 레이돔(410)은 안테나 조립 이후, 조립된 안테나 모듈을 커버하기 위해 조립될 수 있어, 조립 시 공차가 발생할 수 있다. 레이돔(410)의 공차로 인해 레이돔(410)의 높이가 변화할 수 있다. 레이돔(410)과 안테나(430) 사이의 거리가 일정 값 이상 크다면, 레이돔(410)의 높이가 변화하더라도 안테나(430)의 방사 성능에 영향을 미치지 않는다. 그러나, 울트라 씬 안테나와 같이, 레이돔(410)과 안테나(430)의 사이의 거리가 일정 거리 미만이라면, 레이돔(410)의 공차는 안테나(430)의 방사 성능에 영향을 미친다. 또한, 둘 사이의 거리가 가까워질수록 안테나(430)의 전계에 많은 영향을 미칠 수 있다.
가까운 거리의 레이돔(410)과 안테나(430)는, 외부에서 바라볼 때, 하나의 안테나로 동작하는 것으로 해석될 수 있다. 일 예로, 낮은 레이돔(410)의 높이는, 레이돔(410)이 유전체로서의 기능을 수행하는 것을 의미할 수 있다. 레이돔(410)의 높이가 낮아질수록, 안테나(430)의 유효 유전율이 증가한다. 유전율이 증가할수록, 안테나에서 공진을 형성하는 동작 주파수는 낮아진다. 레이돔(410)의 높이가 높다면, 안테나(430)의 유효 유전율이 감소한다. 유전율이 감소할수록, 안테나에서 공진을 형성하는 동작 주파수는 높아진다. 다시 말해, 레이돔(410)의 높이는 동작 주파수에 비례할 수 있다.
도 4b를 참고하면, 그래프(451)은 고정된 레이돔 높이에서 안테나 반사 특성을 나타낸다. 가로축은 주파수(단위: GHz)를 나타내고, 세로축은 S-파라미터(단위: dB(decibel))를 나타낸다. S(2,1)은 통과 계수, S(1,1)은 반사 계수를 나타낸다. 그래프(453)는 레이돔 공차(예: ±2mm)를 갖는 안테나의 반사 특성을 나타낸다. 가로축은 주파수(단위: GHz)를 나타내고, 세로축은 S-파라미터(단위: dB(decibel))를 나타낸다. 그래프(451) 및 그래프(453)을 비교하면, 레이돔 높이에 따라 반사 특성이 안정적이지 못함이 확인된다. 레이돔의 높이에 따라 반사 특성이 유지될 수 있도록, 개선이 요구된다. 이하, 도 5a 내지 도 7h를 통해, 레이돔의 높이가 변하더라도 반사 특성이 유지될 수 있도록, 레이돔에 물리적으로 연결되는 커플링 구조물이 제안된다.
도 5a 및 도 5b는 본 개시의 실시 예들에 따른 커플링 구조물의 배치 원리를 도시한다. 커플링 구조물은, 안테나와 커플링 연결을 통해 안테나의 전계를 제어하기 위한 구조물을 의미한다. '커플링 구조물'의 용어는 레이돔과 연결되고 안테나의 전계를 제어하기 위한 기능을 갖는 구조물을 지칭하는 것으로서, 동일한 기능을 수행하는 다른 명칭이 본 개시의 실시 예들을 위해 '커플링 구조물' 대신 사용될 수 있다. 예를 들어, 커플링 구조물은 적응적 튜너(adaptive tuner), 튜닝 구조물(tuning structure), 커플링 튜너(coupling tuner), 적응적 튜닝 방사체(adaptive tuning radiator), 튜닝 방사체(tuning radiator), 돌출 방사부(protrusion radiator), 또는 돌출부(protrusion) 등 다른 명칭으로 대체될 수 있다. 이하, 별도의 설명이 없는 한 높이를 지칭하는 기준 면은 안테나 보드의 그라운드 층을 기준으로 높이를 의미한다. 또한, 안테나의 높이는, 그라운드 층(이하, 기준면)으로부터 실질적으로 평행하게 배치되는 안테나의 일 면의 높이를 의미한다.
도 5a를 참고하면, 레이돔(510)의 공차(515)로 인해 레이돔(510)의 높이가 변화할 수 있다. 레이돔(510)의 높이가 높아지면, 레이돔(510)과 안테나(530) 사이의 거리가 멀어진다. 멀어진 거리는 유효 유전율을 낮춰, 동작 주파수를 높인다. 반대로, 레이돔(510)의 높이가 낮아지면, 레이돔(510)과 안테나(530) 사이의 거리가 가까워진다. 가까워진 거리는 유효 유전율을 높여, 동작 주파수를 낮춘다. 레이돔(510)의 높이 변화에 대응하여, 일정한 안테나(530) 성능을 제공하기 위해서는, 레이돔(510)의 높이에 따라 변하는 동작 주파수를 반대로 보상해줄 수 있는 구조가 요구된다.
본 개시의 실시 예들에 따른 커플링 구조물들(531a, 531b)은, 레이돔(510)의 높이가 낮아지면, 안테나(530)와 멀어지도록 배치될 수 있다. 이하, 커플링 구조물들(531a, 531b)에 대한 설명은 커플링 구조물(531a)을 기준으로 설명되나, 다른 커플링 구조물(531b)에도 동일하게 적용될 수 있다. 또한, 도 5a에 도시된 레이돔 배치 구조는 일 단면의 예일뿐이므로, 커플링 구조물의 개수는 하나이거나 혹은 둘보다 많을 수 있다. 커플링 구조물(531a)이 안테나(530)와 멀어짐에 따라, 커플링 구조물(531a)로 인한 동작 주파수는 높아질 수 있다. 본 개시의 실시 예들에 따른 커플링 구조물(531a)은, 레이돔(510)의 높이가 높아지면, 안테나(530)와 가까워지도록 배치될 수 있다. 커플링 구조물(531a)이 안테나(530)와 가까워짐에 따라, 커플링 구조물(531a)로 인한 동작 주파수는 낮아질 수 있다. 레이돔(510)이 안테나(530)와 가까워질수록, 커플링 구조물(531a)은 안테나(530)와 멀어질 수 있다. 레이돔(510)이 안테나(530)와 멀어질수록, 커플링 구조물(531a)은 안테나(530)와 가까워질 수 있다. 레이돔(510)의 공차(515)에 따른 높이 변화와 반대로 동작하기 위하여, 본 개시의 실시 예들에 따른 커플링 구조물(531a)은 레이돔(510)과 물리적으로 연결될 수 있다.
본 개시의 실시 예들에 따른 커플링 구조물(531a)은 레이돔(510)을 기준으로 안테나(530)보다 멀리 위치할 수 있다. 안테나 보드(예: 그라운드 층(520))을 기준으로, 커플링 구조물(531a)은, 안테나 보드(예: 그라운드 층(520))을 기준으로 안테나(530)보다 같거나 낮은 높이에 위치할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 레이돔(510)과 커플링 구조물(531a)은 물리적으로 연결될 수 있다. 물리적으로 연결되어 있다는 것은, 별도의 커플링 구조물(531a)이 레이돔(510)과 물리적인 연결부를 통해 닿아있는 구조뿐만 아니라 레이돔(510)의 일부 재질이 안테나(530) 높이의 밑으로 위치하도록 돌출된 구조를 포함할 수 있다. 레이돔 공차(515)에 따라, 커플링 구조물(531a)의 높이도 공차(535)를 갖는다. 레이돔(510)과 커플링 구조물(531a)이 물리적으로 연결됨에 따라, 레이돔(510)의 높이 변화 범위(515)는 커플링 구조물(531a)의 높이 변화 범위(535)에 대응할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 커플링 구조물(531a)은 안테나(530)보다 낮거나 동일한 높이에 위치할 수 있다. 커플링 구조물(531a)이 안테나(530) 높이 이하에 위치해야, 레이돔(510)의 높이가 높아질 때, 안테나(530)와 가까워질 수 있기 때문이다. 커플링 구조물(531a)은, 레이돔(510)의 공차(515)에 따라 높이가 변화할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 커플링 구조물(531a)의 높이 변화의 상한(upper limit)은 안테나(530) 높이일 수 있다. 즉, 커플링 구조물(531a)의 높이는 안테나(530)의 면과 실질적으로 수평이 되도록 배치될 수 있다. 한편, 다른 일 실시 예에 따라, 커플링 구조물(531a)의 높이 변화의 상한이 안테나(530) 높이보다 낮은 위치일 수 있다. 커플링 구조물(531a)과 안테나(530) 간 접촉을 통해 방사 성능이 달라지지 않도록, 일정 높이 차이를 유지할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 레이돔 공차(515)가 최고일 때(예를 들어, 레이돔(510)이 그라운드 층(520)으로부터 가장 멀리 떨어졌을 때), 커플링 구조물(531a)은 안테나(530)에 가장 가까이 접근할 수 있다. 커플링 구조물(531a)이 안테나(530)에 가까이 접근할수록, 커플링 구조물(531a)에 커플링되는 전류가 증가할 수 있다. 커플링 전류의 증가는 실질적으로 안테나(530)의 방사 면적을 늘리는 효과를 제공한다. 안테나(530)의 동작 주파수가 낮아질 수 있다. 레이돔(510)의 높이로 인해 증가될 동작 주파수는, 커플링 구조물(531a)로 인해 보상될 수 있다. 동작 주파수는 유지될 수 있다.
일 실시 예에 따라, 레이돔 공차(515)가 최저일 때(예를 들어, 레이돔(510)이 그라운드 층(520)으로부터 가장 가까울 때), 커플링 구조물(531a)은 안테나(530)에 가장 멀리 떨어질 수 있다. 커플링 구조물(531a)이 안테나(530)와 멀어질수록, 커플링 구조물(531a)에 커플링되는 전류는 감소한다. 커플링 전류의 감소는 안테나(530) 방사 면적의 확장 효과를 감소시키므로, 안테나(530)의 동작 주파수는 커플링 구조물(531a)이 안테나(530)와 가까울때보다 높아질 수 있다. 레이돔(510)의 높이로 인해 감소될 동작 주파수는, 커플링 구조물(531a)로 인해 보상될 수 있다. 동작 주파수는 유지될 수 있다. 이하, 도 5b를 통해 커플링 구조물(531a)이 예시된다.
도 5b를 참고하면, 일 실시 예에 따라, 커플링 구조물들(531a, 531b, 531c, 531d)은, 위에서 바라볼 때, 안테나(530)를 둘러쌓는 구조로 배치될 수 있다. 예를 들어, 안테나(530)는 사각형의 패치 안테나(530)를 포함할 수 있다. 커플링 구조물들(531a, 531b, 531c, 531d) 각각은 안테나(530)로부터 전류를 커플링시키도록 구성될 수 있다. 커플링 구조물들(531a, 531b, 531c, 531d) 각각은 커플링된 전류가 흐를 수 있도록 도전성 경로(path)를 구비할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 각 커플링 구조물의 높이 변화의 상한은 안테나(530) 높이일 수 있다. 다른 일 실시 예에 따라, 커플링 구조물의 높이 변화의 상한은 안테나(530) 높이보다 낮은 위치일 수 있다.
도 5b에서는 사각형 패치 안테나(530)의 주변을 둘러쌓는 커플링 구조물들(531a, 531b, 531c, 531d)이 예시되었으나, 본 개시의 실시 예들은 이에 한정되지 않는다. 사각형 패치 외에 다른 형태의 안테나(530) 엘리멘트들에 본 개시의 실시 예들이 적용될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 이중 편파에서 코-폴 성분을 높이기 위한 팔각형 패치 안테나(530)의 인접 영역에 커플링 구조물들이 배치될 수 있다(예: 도 7h). 또한, 다른 일 실시 예에 따라, 원형 패치 안테나(530)의 인접 영역에 하나 이상의 커플링 구조물들이 배치될 수 있다.
도 6은 본 개시의 실시 예들에 따른 커플링 구조물의 설계 원리를 도시한다.
도 6을 참고하면, 평면도(600)는 레이돔(620) 및 안테나(625)를 포함하는 전자 장치를 위에서 바라본 도면이다. 레이돔(620)의 공차(623)에 의해, 커플링 구조물(650)의 높이는 범위(621) 내에서 위치할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 커플링 구조물(650)은 안테나(625) 보다 낮거나 동일한 높이에 위치할 수 있다. 다시 말해, 커플링 구조물(650)의 높이의 범위(621)는 안테나(625) 높이 이하일 수 있다. 일 실시 예에 따라, 평면도(600)를 참고할 때, 커플링 구조물(650)은 안테나(650)를 중심으로 대칭적으로 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 평면도(600)를 참고할 때, 하나 이상의 커플링 구조물들 각각은 안테나(650)를 둘러싸는 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 4개의 커플링 구조물들은 사각형 패치의 각 모서리 영역에 배치될 수 있다.
커플링 구조물(650)의 모양은 다양한 방식들로 구성될 수 있다. 본 개시에서는 커플링 구조물(650)의 모양 및 위치를 정의하기 위해, 여러가지 파라미터들이 정의된다. 일 실시 예에 따라, 커플링 구조물(650)과 안테나(625) 사이의 거리(653)가 정의된다. 커플링 구조물(650)과 안테나(625)와의 거리가 가까울수록, 커플링 구조물(650)의 커플링 양이 증가한다. 일 실시 예에 따라, 커플링 구조물(650)의 길이(651)가 정의된다. 커플링 구조물의 길이가 클수록, 커플링 양이 증가한다. 일 실시 예에 따라, 커플링 구조물(650)의 두께(655)가 정의될 수 있다. 두께(655)가 두꺼워질수록, 커플링되는 영역의 크기가 증가한다. 커플링 구조물(650)의 각 파라미터의 조절을 통해, 레이돔(620)의 높이 변화에 따른 특성 변화량과 커플링 구조물(650)의 높이 변화에 따른 특성 변화량의 크기가 같도록, 커플링 구조물(650)의 위치 및 형상이 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따라, 커플링 구조물(650)은, 커플링 크기에 기반하여 결정된 형상을 가질 수 있다. 요구되는 커플링 크기는, 레이돔(620)의 공차(623), 커플링 구조물(650)의 범위(625), 레이돔(620)과 안테나(625) 사이의 거리 중 적어도 하나에 의존적일 수 있다. 레이돔(620)의 공차(623)를 보상하기 위해서는, 레이돔(620)으로 인해 미치는 영향과 반대로 작용하는 커플링이 요구되기 때문이다. 일 실시 예에 따라, 요구되는 커플링 크기에 따라, 커플링 구조물(650)의 길이(651) 및 커플링 구조물(650)의 두께(655)가 정해질 수 있다. 커플링 구조물(650)의 형상은 커플링 구조물(650)의 길이(651) 및 커플링 구조물(650)의 두께(655)에 의존적이다.
일 실시 예에 따라, 커플링 구조물(650)은, 커플링 크기에 기반하여 결정된 위치에 배치될 수 있다. 요구되는 커플링 크기는, 레이돔(620)의 공차(623), 커플링 구조물(650)의 범위(625), 레이돔(620)과 안테나(625) 사이의 거리 중 적어도 하나에 의존적일 수 있다. 커플링 구조물(650)이 형상이 고정되더라도, 커플링 구조물(650)과 안테나(625) 간의 간격 제어를 통해, 커플링 크기가 조정될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 요구되는 커플링 크기에 따라, 커플링 구조물(650)의 위치가 정의될 수 있다. 커플링 구조물(650)의 위치는 커플링 구조물(650)과 안테나(625) 사이의 거리(653)에 의존적이다.
도 6에서는 세 방향들(예: (+)x축 방향, (+)y축 방향, (-)x축 45도 및 (-)y 축 45도 방향))로 길게 형성된 삼각별이 커플링 구조물의 형상의 예로 서술되었으나, 본 개시의 실시 예들은 이에 한정되지 않는다. 커플링 구조물의 다양한 형상들의 예가 도 7a 내지 도 7h를 통해 서술된다.
도 7a 내지 도 7h는 본 개시의 실시 예들에 따른 커플링 구조물의 예들을 도시한다. 커플링 구조물은, 다양한 형상을 가질 수 있다. 안테나와의 커플링을 통해, 실질적인 방사 면적을 증가시키는 형상이라면, 어떠한 형상이라도 본 개시의 커플링 구조물로써 기능할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 커플링 구조물은 도체일 수 있다. 일 실시 예에 따라, 커플링 구조물은 유전체일 수 있다. 유전체 커플링을 통해 동일한 효과를 갖도록 설계될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 커플링 구조물은 안테나로부터 커플링되어, 안테나의 방사 면적을 넓힐 수 있다. 일 실시 예에 따라, 커플링 구조물은 커플링된 전류의 길이가 조절될 수 있는 구조를 가질 수 있다. 이하, 도 7a 내지 도 7h를 통해 서술되는 형상은 상술된 구조에 부합하는 예시적인 구조로써, 본 개시의 실시 예들을 제한하는 것으로 해석되지 않는다. 도 7a 내지 도 7h를 통해 서술되는 형상 뿐만 아니라, 다른 형상이더라도, 안테나와 이격되어 방사 면적을 넓히는 구조물이라면, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 커플링 구조물이 될 수 있음은 물론이다.
도 7a를 참고하면, 커플링 구조물(701)은 세 방향들 각각으로 길이가 형성된 삼각별 형상일 수 있다. 커플링 구조물(701)은 사각형 패치 안테나의 각 모서리 영역에 배치될 수 있다.
도 7b를 참고하면, 커플링 구조물(703)은 'L'자 형태일 수 있다. 커플링 구조물(703)은 사각형 패치 안테나의 각 모서리 영역에 배치될 수 있다.
도 7c를 참고하면, 커플링 구조물(705)은 사각형 고리 형태일 수 있다. 하나의 커플링 구조물(705)은 안테나를 둘러쌓는 형태로 배치될 수 있다. 도 7c에서는, 사각형 패치 안테나가 예로 서술되었으나, 다른 다각형 패치 안테나에도 본 개시가 적용될 수 있다. 예를 들어, 팔각형 패치 안테나를 위해, 팔각형 고리 형태를 갖는 커플링 구조물이 안테나와 일정 거리 이격된 채로 배치될 수 있다. 또 다른 예를 들어, 원형 패치 안테나를 위해, 원형 고리 형태를 갖는 커플링 구조물이 안테나와 일정 거리 이격된 채로 배치될 수 있다.
도 7d를 참고하면, 커플링 구조물(707)은 일자 형태일 수 있다. 커플링 구조물(707)은 사각형 패치 안테나의 각 변에 배치될 수 있다. 커플링 구조물(707)의 두께 및 커플링 구조물(707)의 길이는 요구되는 커플링 크기에 의존적이다.
도 7e를 참고하면, 커플링 구조물은 다양한 형태가 공존할 수 있다(709). 예를 들어, 커플링 구조물은 안테나의 각 모서리 영역에 배치될 수 있다. 이 때, 모서리 영역 별로 커플링 구조물의 형상이 다를 수 있다. 일 실시 예에 따라, 일부 모서리 영역에 위치하는 커플링 구조물은 삼각별 형태일 수 있다(예: 도 7a). 다른 일부 모서리 영역에 위치하는 커플링 구조물은 'L'자 형태일 수 있다(예: 도 7b).
도 7f를 참고하면, 커플링 구조물들은 일부 모서리 영역에 위치할 수 있다(711). 다른 일부 모서리 영역에는 커플링 구조물이 위치하지 않을 수 있다. 도 7b에 도시된 커플링 구조물(703)을 기준으로, 안테나의 각 모서리 쪽에 커플링 구조물들이 위치하는 것이 아니라, 대칭적인 일부 모서리 영역에만 커플링 구조물이 위치할 수 있다. 도 7f에서는 커플링 구조물들이 서로 대칭인 모서리 영역들 각각에 위치하는 것으로 도시되었으나, 일부 실시 예들에서는 커플링 구조물이 비대칭적으로 배치될 수도 있다.
도 7g를 참고하면, 커플링 구조물들은 일부 변 영역에만 위치할 수 있다(713). 다른 일부 변 영역에는 커플링 구조물이 위치하지 않을 수 있다. 도 7d에 도시된 커플링 구조물(707)을 기준으로, 안테나의 각 변 영역에 커플링 구조물들이 위치하는 것이 아니라, 대칭적인 일부 변 영역에만 커플링 구조물이 위치할 수 있다. 도 7g에서는 커플링 구조물들이 서로 대칭인 변 영역들 각각에 위치하는 것으로 도시되었으나, 일부 실시 예들에서는 커플링 구조물이 비대칭적으로 배치될 수도 있다.
도 7h를 참고하면, 커플링 구조물들은 일부 변 영역에만 위치할 수 있다(715). 이 때, 패치 안테나는 편파의 크로스 폴 성분을 높이기 위한 구조로서, 팔각형 패치 안테나일 수 있다. 커플링 구조물들은 서로 비대칭적인 위치에 배치될 수 있다. 커플링 구조물들이 배치되는 위치들은, 제1 편파의 신호가 입력되는 위치 및 제2 편파의 신호가 입력되는 위치와 연관될 수 있다. 다른 일부 변 영역에는 커플링 구조물이 위치하지 않을 수 있다.
도 8a 내지 도 8b는 본 개시의 실시 예들에 따른 커플링 구조물에 따른 안테나 반사 특성의 예를 도시한다. 반사 특성은, 동작 주파수에서의 반사 계수를 의미할 수 있다.
도 8a를 참고하면, 그래프(810)는 레이돔의 높이에 따른 안테나의 반사 계수를 나타낸다. 가로축은 주파수(단위: GHz)를 나타내고, 세로축은 반사 계수(S(1,1), 단위: dB(decibel)를 나타낸다. 반사 계수가 가장 낮은 주파수 영역은 동작 주파수를 의미할 수 있다. 그래프(810)의 각 라인(811, 812, 813)은 왼쪽부터 오른쪽까지 레이돔의 높이가 증가함에 따른 반사 특성을 나타낸다. 예를 들어, 레이돔의 공차는 -1.5mm부터 1.5mm일 수 있다. 제1 라인(811)은 레이돔의 높이가 최저 공차(-1.5mm)인 경우, 반사 계수를 나타낸다. 제2 라인(812)은 레이돔의 높이가 중간 공차(0mm)인 경우, 반사 계수를 나타낸다. 제3 라인(813)은 레이돔의 높이가 최고 공차(1.5mm)인 경우, 반사 계수를 나타낸다. 레이돔의 높이가 높아짐에 따라, 동작 주파수가 높아짐이 확인된다. 레이돔의 높이가 낮아진다면, 안테나와의 거리가 가까워져 유효 유전율이 증가한다. 유효 유전율이 증가하면 동작 주파수가 낮아진다. 반대로, 레이돔의 높이가 높아진다면, 유효 유전율이 낮아지기 때문에, 동작 주파수가 높아진다.
도 8b를 참고하면, 그래프(860)는 커플링 구조물의 높이에 따른 안테나의 반사 계수를 나타낸다. 가로축은 주파수(단위: GHz)를 나타내고, 세로축은 반사 계수(S(1,1), 단위: dB(decibel)를 나타낸다. 그래프(860)의 각 라인(861, 862, 863)은 오른쪽부터 왼쪽까지 커플링 구조물의 높이가 증가함에 따른 반사 특성을 나타낸다. 예를 들어, 커플링 구조물은, 레이돔의 공차에 따라, -1.5mm부터 1.5mm 사이에서 변하는 높이 범위를 가질 수 있다. 제1 라인(861)은 최저 높이(범위: -1.5mm)인 경우, 반사 계수를 나타낸다. 제2 라인(862)은 레이돔의 높이가 중간 높이(범위: 0mm)인 경우, 반사 계수를 나타낸다. 제3 라인(863)은 레이돔의 높이가 최고 높위(범위: 1.5mm)인 경우, 반사 계수를 나타낸다. 커플링 구조물의 높이가 낮아진다면, 커플링 구조물과 안테나 사이의 거리가 멀어진다. 커플링 구조물과 안테나 사이의 거리가 멀어짐으로 인해, 실질적인 방사 면적이 감소한다. 방사 면적의 감소는 커플링 전류량의 감소를 야기하므로, 동작 주파수가 높아진다. 커플링 구조물의 높이가 높아진다면, 커플링 구조물과 안테나 사이의 거리가 가까워진다. 커플링 구조물과 안테나 사이의 거리가 가까워짐으로 인해, 실질적인 방사 면적이 증가한다. 방사 면적의 증가는 동작 주파수가 낮아진다.
그래프(810) 및 그래프(860)를 비교하면, 레이돔의 높이가 높아짐에 따라 동작 주파수는 높아진다. 한편, 커플링 구조물의 높이가 높아짐에 따라, 동작 주파수 또한 낮아지기 때문에, 동작 주파수의 변화를 서로 상쇄하는 효과가 있다. 레이돔 공차로 인한 반사 계수 변화량의 크기는, 커플링 구조물의 높이 변동으로 인한 반사 계수 변화량의 크기에 대응할 수 있다. 한편, 그래프(810) 및 그래프(860)에 도시된 바와 같이, 레이돔 공차로 인한 반사 계수 변화량의 방향은, 커플링 구조물의 높이 변동으로 인한 반사 계수 변화량의 방향과 다를 수 있다.
도 9a 내지 도 9b는 본 개시의 실시 예들에 따른 커플링 구조물에 따른 안테나 성능의 예를 도시한다.
도 9a를 참고하면, 그래프(910)는 레이돔의 높이에 따른 안테나의 반사 계수를 나타낸다. 가로축은 주파수(단위: GHz)를 나타내고, 세로축은 반사 계수(S11)(단위: dB(decibel))를 나타낸다. 점선은 기존의 레이돔에 따른 안테나의 반사 계수를 나타내고, 실선은 레이돔에 커플링 구조물이 연결된 상태에서 안테나의 반사 계수를 나타낸다. 반사 계수가 가장 낮은 주파수 영역은 동작 주파수를 의미할 수 있다. 그래프(910)의 각 라인은 다른 레이돔의 높이를 나타낸다. 레이돔의 높이는 커플링 구조물의 높이에 연관된다. 일 실시 예에 따라, 커플링 구조물의 높이 범위(예: -1.5mm~+1.5mm)는, 레이돔의 높이의 공차(예: -1.5mm~+1.5mm)에 대응한다. 따라서, 안테나 반사 손실(return loss) 특성은 레이돔의 공차와 관계 없이 일정하게 유지될 수 있다.
도 9b를 참고하면, 그래프(960)는 레이돔의 높이에 따른 안테나의 방사 특성을 나타낸다. 가로축은 각도(단위: 도(degree))를 나타내고, 세로축은 이득(단위: dB(decibel))를 나타낸다. 각 라인은 다른 레이돔의 높이를 나타낸다. 레이돔의 높이가 달라지더라도 방사 특성이 변하지 않음이 확인된다.
본 개시의 실시 예들은, 레이돔 공차에 의한 성능 저하를 보완하기 위한 배치 구조 및 안테나 레이돔을 제안한다. 레이돔 공차에 의한 성능 변화를 조절하기 위해 특정 구조체가 이용된다. 특정 구조체는, 안테나 방사체와의 커플링을 통해, 레이돔 공차에도 안테나 특성이 유지되도록 구성될 수 있다. 특정 구조체가 포함된 레이돔 구조물은, 레이돔의 높이 공차로부터 발생되는 안테나의 성능 저하를 방지 및 감소시킬 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 9b에서는 안테나 커버인 레이돔, 안테나 엘리멘트, 안테나 보드와의 관계만이 도시되었다. 레이돔에 커플링 구조물을 연결함으로써, 레이돔 공차를 해소하기 위한 구조는 단일 안테나 뿐만 아니라 다수의 안테나 엘리멘트들이 밀집된 안테나 어레이에도 동일하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 1 내지 도 9b에 도시된 설명들은 단일 안테나를 구비하는 전자 장치 뿐만 아니라 복수의 안테나들을 구비하는 전자 장치에도 적용 가능함은 물론이다.
신호 이득을 높이기 위해, 빔포밍 기술 혹은 서브 어레이 기술이 이용될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 레이돔은 하나의 안테나 엘리멘트 만을 위해 배치되는 것이 아니라 복수의 안테나 엘리멘트들을 보호하기 위해 배치될 수 있다. 하나의 레이돔 공차를 제어하기 위해, 각 안테나 엘리멘트에 대응하는 커플링 구조물이 레이돔과 연결될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 레이돔은 복수의 커플링 구조물들과 물리적으로 연결될 수 있다. 하나의 안테나 엘리멘트의 커플링 연결을 제어하기 위한 하나 이상의 커플링 구조물들은 하나의 커플링 구조물 세트로 정의될 수 있다. 레이돔은 복수의 커플링 구조물 세트들과 연결될 수 있다. 레이돔의 공차에 따른 높이 변화는, 상기 레이돔이 커버하는 안테나 엘리멘트들 각각에 인접한 커플링 구조물 세트들의 높이 변화에 영향을 미친다. 도 5a 내지 도 9b를 통해 서술된 바와 같이, 커플링 구조물 세트들은 안테나와의 커플링을 통해 레이돔 공차로 인한 동작 주파수의 변동을 억제하도록 배치될 수 있다.
도 10은 본 개시의 실시 예들에 따른 커플링 구조물이 형성된 레이돔(radome)을 포함하는 전자 장치의 기능적 구성을 도시한다. 전자 장치(110)는, 도 1의 기지국(110) 혹은 단말(120) 중 하나일 수 있다. 일 실시 예에 따라, 전자 장치(110)는 MMU일 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따라, 전자 장치(110)는 mmWave 통신 모듈을 포함하는 기지국 장비일 수 있다. 도 1 내지 도 9b를 통해 언급된 레이돔의 커플링 구조물 배치 자체 뿐만 아니라,이를 포함하는 전자 장치 또한 본 개시의 실시 예들에 포함된다.
도 10를 참고하면, 전자 장치(110)의 예시적인 기능적 구성이 도시된다. 전자 장치(110)은 안테나부(1011)(예를 들어, 안테나 엘리멘트를 포함하고), 필터부(1012)(예를 들어, 필터를 포함하고), RF(radio frequency) 처리부(1013)(예를 들어, RF 회로를 포함하고), 제어부 또는 프로세서(1014)(예를 들어, 프로세싱 회로)를 포함할 수 있다.
안테나부(1011)는 다수의 안테나들을 포함할 수 있다. 안테나는 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능들을 수행한다. 안테나는 서브스트레이트(예: PCB)의 옆면에 배치되는 방사체를 포함할 수 있다. 안테나는 상향 변환된 신호를 무선 채널 상에서 방사하거나 다른 장치가 방사한 신호를 획득할 수 있다. 각 안테나는 안테나 엘리멘트 또는 안테나 소자로 지칭될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 안테나부(1011)는 복수의 안테나 엘리멘트들이 열(array)을 이루는 안테나 어레이(antenna array)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 서브 어레이 기술이 이용될 수 있다. 안테나 어레이는 복수의 서브 어레이들을 포함할 수 있다. 하나의 서브 어레이는 다수의 안테나 엘리멘트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 서브 어레이는 2개의 안테나 엘리멘트들을 포함할 수 있다. 또한, 예를 들어, 서브 어레이는 3개의 안테나 엘리멘트들을 포함할 수 있다. 또한, 예를 들어, 서브 어레이는 6개의 안테나 엘리멘트들을 포함할 수 있다. 안테나부(1011)는 RF 신호선들을 통해 필터부(1012)와 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따라, 안테나부(1011)는 이중 편파 안테나를 갖는 적어도 하나의 안테나 모듈을 포함할 수 있다. 이중 편파 안테나는 일 예로, 크로스-폴(x-pol) 안테나일 수 있다. 이중 편파 안테나는 서로 다른 편파에 대응하는 2개의 안테나 엘리멘트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이중 편파 안테나는 +45°의 편파를 갖는 제1 안테나 엘리멘트와 -45°의 편파를 갖는 제2 안테나 엘리멘트를 포함할 수 있다. 편파는 +45°, -45° 외에 직교하는 다른 편파들로 형성될 수 있음은 물론이다. 각 안테나 엘리멘트는 급전선(feeding line)과 연결되고, 후술되는 필터부(1012), RF 처리부(1013), 제어부(1014)와 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따라, 이중 편파 안테나는 패치 안테나(혹은 마이크로스트립 안테나(microstrip antenna))일 수 있다. 이중 편파 안테나는 패치 안테나의 형태를 가짐으로써, 배열 안테나로의 구현 및 집적이 용이할 수 있다. 서로 다른 편파를 갖는 두 개의 신호들이 각 안테나 포트에 입력될 수 있다. 각 안테나 포트는 안테나 엘리멘트에 대응한다. 높은 효율을 위하여, 서로 다른 편파를 갖는 두 개의 신호들 간 코-폴(co-pol) 특성과 크로스-폴(cross-pol) 특성과의 관계를 최적화시킬 것이 요구된다. 이중 편파 안테나에서, 코-폴 특성은 특정 편파 성분에 대한 특성 및 크로스-폴 특성은 상기 특정 편파 성분과 다른 편파 성분에 대한 특성을 나타낸다.
일 실시 예에 따라, 안테나부(1011)를 보호하기 위한 안테나 레이돔이 전자 장치(1010)에 실장될 수 있다. 안테나 레이돔은 다수의 안테나들 및 안테나 보드를 구조적으로 보호하도록 배치될 수 있다. 안테나 레이돔의 일 면은 안테나들과 실절적으로 평행할 수 있다. 안테나 레이돔과 안테나부(1011)의 안테나 엘리멘트 간의 간격이 가까워짐에 따라, 안테나 레이돔 공차로 인한 반사 특성이 안정적이지 못할 수 있다. 본 개시의 실시 예들에 따른 안테나 레이돔은, 안정적인 반사 특성을 제공하기 위해, 각 안테나 엘리멘트와 커플링 연결되기 위한 커플링 구조물을 포함할 수 있다. 커플링 구조물은, 안테나 레이돔의 공차에 따른 높이 변화에 대응하여 함께 움직이기 위하여, 안테나 레이돔과 물리적으로 연결될 수 있다.
필터부(1012)는 적어도 하나의 필터를 포함하고, 원하는 주파수의 신호를 전달하기 위해, 필터링을 수행할 수 있다. 필터부(1012)는 공진(resonance)를 형성함으로써 주파수를 선택적으로 식별하기 위한 기능을 수행할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 필터부(1012)는 구조적으로 유전체를 포함하는 공동(cavity)을 통해 공진을 형성할 수 있다. 또한, 일부 실시 예들에서 필터부(1012)는 인덕턴스 또는 캐패시턴스를 형성하는 소자들을 통해 공진을 형성할 수 있다. 또한, 일부 실시 예들에서, 필터부(1012)는 BAW(bulk acoustic wave) 필터 혹은 SAW(surface acoustic wave) 필터와 같은 탄성 필터를 포함할 수 있다. 필터부(1012)는 대역 통과 필터(band pass filter), 저역 통과 필터(low pass filter), 고역 통과 필터(high pass filter), 또는 대역 제거 필터(band reject filter) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 즉, 필터부(1012)는 송신을 위한 주파수 대역 또는 수신을 위한 주파수 대역의 신호를 얻기 위한 RF 회로들을 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따른 필터부(1012)는 안테나부(1011)와 RF 처리부(1013)를 전기적으로 연결할 수 있다.
RF 처리부(1013)는 다양한 RF 처리 및 복수의 RF 경로들을 포함할 수 있다. RF 경로는 안테나를 통해 수신되는 신호 혹은 안테나를 통해 방사되는 신호가 통과하는 경로의 단위일 수 있다. 적어도 하나의 RF 경로는 RF 체인으로 지칭될 수 있다. RF 체인은 복수의 RF 소자들을 포함할 수 있다. RF 소자들은 증폭기, 믹서, 오실레이터, DAC, ADC 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, RF 처리부(1013)는 기저대역(base band)의 디지털 송신신호를 송신 주파수로 상향 변환하는 상향 컨버터(up converter)와, 상향 변환된 디지털 송신신호를 아날로그 RF 송신신호로 변환하는 DAC(digital-to-analog converter)를 포함할 수 있다. 상향 컨버터와 DAC는 송신경로의 일부를 형성한다. 송신 경로는 전력 증폭기(power amplifier, PA) 또는 커플러(coupler)(또는 결합기(combiner))를 더 포함할 수 있다. 또한 예를 들어, RF 처리부(1013)는 아날로그RF 수신신호를 디지털 수신신호로 변환하는 ADC(analog-to-digital converter)와 디지털 수신신호를 기저대역의 디지털 수신신호로 변환하는 하향 컨버터(down converter)를 포함할 수 있다. ADC와 하향 컨버터는 수신경로의 일부를 형성한다. 수신 경로는 저전력 증폭기(low-noise amplifier, LNA) 또는 커플러(coupler)(또는 분배기(divider))를 더 포함할 수 있다. RF 처리부의 RF 부품들은 PCB에 구현될 수 있다. 전자 장치(110)는 안테나 부(1011)-필터부(1012)-RF 처리부(1013) 순으로 적층된 구조를 포함할 수 있다. 안테나들과 RF 처리부의 RF 부품들은 PCB 상에서 구현될 수 있고, PCB와 PCB 사이에 필터들이 반복적으로 체결되어 복수의 층들(layers)을 형성할 수 있다.
제어부(1014) 또는 프로세서는 전자 장치(110)의 다양한 프로세싱 회로 및 전반적인 동작들을 제어할 수 있다. 제어부 (1014)은 통신을 수행하기 위한 다양한 모듈들을 포함할 수 있다. 제어부(1014)는 모뎀(modem)과 같은 적어도 하나의 프로세서(processor)를 포함할 수 있다. 제어부(1014)는 디지털 신호 처리(digital signal processing)을 위한 모듈들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어부(1014)는 모뎀을 포함할 수 있다. 데이터 송신 시, 제어부(1014)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 예를 들어, 데이터 수신 시, 제어부(1014)은 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 제어부(1014)는 통신 규격에서 요구하는 프로토콜 스택(protocol stack)의 기능들을 수행할 수 있다.
도 10에서는 본 개시의 레이돔의 커플링 구조물의 배치가 활용될 수 있는 장비로서, 전자 장치 (110)의 기능적 구성을 서술하였다. 그러나, 도 10에 도시된 예는 도 1 내지 도 9b를 통해 서술된 본 개시의 실시 예들에 따른 안테나 모듈의 활용을 위한 예시적인 구성일 뿐, 본 개시의 실시 예들이 도 10에 도시된 장비의 구성 요소들에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 다른 구성의 통신 장비 또한 본 개시의 실시 예로써 이해될 수 있다.
본 개시의 실시 예들에 따르면, 전자 장치는, PCB(printed circuit board); 안테나; 레이돔(radome); 및 커플링 구조물을 포함하고, 상기 안테나는 상기 PCB의 제1 면으로부터 제1 높이에 위치하도록 배치되고, 상기 커플링 구조물은 상기 레이돔과 물리적으로 연결되고, 상기 커플링 구조물은 상기 PCB의 제1 면으로부터, 상기 제1 높이보다 낮거나 같은 제2 높이를 갖도록 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 PCB의 제1 면을 기준으로, 상기 안테나의 방사면은 상기 커플링 구조물 및 상기 레이돔 사이에 위치할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 커플링 구조물은 상기 안테나와 커플링 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 커플링 구조물의 높이 범위는 상기 레이돔의 공차 범위와 연관될 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 안테나의 방사면을 기준으로, 상기 커플링 구조물의 두께는 상기 레이돔과 상기 안테나 사이의 거리에 의존적일 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 안테나의 방사면을 기준으로, 상기 커플링 구조물의 길이는 상기 레이돔과 상기 안테나 사이의 거리에 의존적일 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 안테나의 방사면을 기준으로, 상기 커플링 구조물과 상기 안테나 사이의 거리는, 상기 레이돔과 상기 안테나 사이의 거리에 의존적일 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 커플링 구조물은, 중심점으로부터 상기 안테나의 방사면의 일 측(side)과 일정 간격을 두어 형성되는 제1 영역 및 상기 중심점으로부터 상기 안테나의 방사면의 다른 일 측과 일정 간격을 두어 형성되는 제2 영역을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 커플링 구조물은 상기 중심점으로부터 상기 안테나의 방사면과 멀어지는 방향으로 형성되는 제3 영역을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 안테나는 방사면을 포함하는 패치 안테나일 수 있다.
본 개시의 실시 예들에 따르면, 전자 장치는, PCB(printed circuit board); 복수의 안테나들; 레이돔(radome); 및 복수의 커플링 구조물 세트들을 포함하고, 상기 복수의 커플링 구조물 세트들은 상기 레이돔과 물리적으로 연결되고, 상기 복수의 커플링 구조물 세트들의 각 세트는, 상기 PCB의 제1 면으로부터, 상기 복수의 안테나들 중에서 해당하는 안테나의 높이보다 낮거나 같은 높이를 갖도록 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 PCB의 제1 면을 기준으로, 상기 복수의 안테나들 각각의 방사면은, 상기 복수의 커플링 구조물 세트들 중에서 해당하는 커플링 구조물 세트와 상기 레이돔 사이에 위치할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 복수의 커플링 구조물 세트들의 각 세트는, 상기 복수의 안테나들 중에서 해당하는 안테나와 커플링 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 복수의 커플링 구조물 세트들의 각 커플링 구조물의 높이는 상기 레이돔의 공차 범위와 연관될 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 복수의 안테나들 중에서 안테나의 방사면을 기준으로, 상기 안테나에 대응하는 커플링 구조물 세트의 커플링 구조물의 두께는 상기 레이돔과 상기 안테나 사이의 거리에 의존적일 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 복수의 안테나들 중에서 안테나의 방사면을 기준으로, 상기 안테나에 대응하는 커플링 구조물 세트의 커플링 구조물의 길이는 상기 레이돔과 상기 안테나 사이의 거리에 의존적일 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 복수의 안테나들 중에서 안테나의 방사면을 기준으로, 상기 안테나에 대응하는 커플링 구조물 세트의 커플링 구조물과 상기 안테나 사이의 거리는, 상기 레이돔과 상기 안테나 사이의 거리에 의존적일 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 복수의 커플링 구조물 세트들은, 중심점으로부터 안테나의 방사면의 일 측(side)과 일정 간격을 두어 형성되는 제1 영역 및 상기 중심점으로부터 상기 안테나의 방사면의 다른 일 측과 일정 간격을 두어 형성되는 제2 영역을 포함하는 커플링 구조물을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 커플링 구조물은 상기 중심점으로부터 상기 안테나의 방사면과 멀어지는 방향으로 형성되는 제3 영역을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 복수의 안테나들 각각은 방사면을 포함하는 패치 안테나일 수 있다.
본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.
소프트웨어로 구현하는 경우, 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치(device) 내의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하도록 구성된다(configured for execution). 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치로 하여금 본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 명령어(instructions)를 포함한다.
이러한 프로그램(소프트웨어 모듈, 소프트웨어)은 랜덤 액세스 메모리 (random access memory), 플래시(flash) 메모리를 포함하는 불휘발성(non-volatile) 메모리, 롬(read only memory, ROM), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(electrically erasable programmable read only memory, EEPROM), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(compact disc-ROM, CD-ROM), 디지털 다목적 디스크(digital versatile discs, DVDs) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다.
또한, 프로그램은 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(local area network), WAN(wide area network), 또는 SAN(storage area network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 접근(access)할 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.
상술한 본 개시의 예시적인 실시 예들에서, 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 개시된 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 개시가 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
본 개시가 다양한 예시적인 실시예를 참조하여 예시되고 설명되었지만, 다양한 예시적인 실시예가 제한이 아니라 예시적인 것으로 의도된다는 것이 이해될 것이다. 첨부된 청구범위 및 그 등가물을 포함하여 본 개시내용의 진정한 사상 및 전체 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에 의해 추가로 이해될 것이다. 여기에 설명된 임의의 실시예(들)는 여기에 설명된 임의의 다른 실시예(들)와 함께 사용될 수 있음이 또한 이해될 것이다.

Claims (15)

  1. 전자 장치에 있어서,
    PCB(printed circuit board);
    안테나;
    레이돔(radome); 및
    커플링 구조물을 포함하고,
    상기 안테나는 상기 PCB의 제1 면으로부터 제1 높이에 위치하도록 배치되고,
    상기 커플링 구조물은 상기 레이돔과 물리적으로 연결되고,
    상기 커플링 구조물은 상기 PCB의 제1 면으로부터, 상기 제1 높이보다 낮거나 같은 제2 높이를 갖도록 배치되는 전자 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 PCB의 제1 면을 기준으로, 상기 안테나의 방사면은 상기 커플링 구조물 및 상기 레이돔 사이에 위치하는 전자 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 커플링 구조물은 상기 안테나와 커플링 연결되는 전자 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 커플링 구조물의 높이 범위는 상기 레이돔의 공차 범위와 연관되는 전자 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 안테나의 방사면을 기준으로, 상기 커플링 구조물의 두께는 상기 레이돔과 상기 안테나 사이의 거리에 의존적인 전자 장치.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 안테나의 방사면을 기준으로, 상기 커플링 구조물의 길이는 상기 레이돔과 상기 안테나 사이의 거리에 의존적인 전자 장치.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 안테나의 방사면을 기준으로, 상기 커플링 구조물과 상기 안테나 사이의 거리는, 상기 레이돔과 상기 안테나 사이의 거리에 의존적인 전자 장치.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 커플링 구조물은, 중심점으로부터 상기 안테나의 방사면의 일 측(side)과 일정 간격을 두어 형성되는 제1 영역 및 상기 중심점으로부터 상기 안테나의 방사면의 다른 일 측과 일정 간격을 두어 형성되는 제2 영역을 포함하는 전자 장치.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 커플링 구조물은 상기 중심점으로부터 상기 안테나의 방사면과 멀어지는 방향으로 형성되는 제3 영역을 더 포함하는 전자 장치.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 안테나는 방사면을 포함하는 패치 안테나인 전자 장치.
  11. 전자 장치에 있어서,
    PCB(printed circuit board);
    복수의 안테나들;
    레이돔(radome); 및
    복수의 커플링 구조물 세트들을 포함하고,
    상기 복수의 커플링 구조물 세트들은 상기 레이돔과 물리적으로 연결되고,
    상기 복수의 커플링 구조물 세트들의 각 세트는, 상기 PCB의 제1 면으로부터, 상기 복수의 안테나들 중에서 해당하는 안테나의 높이보다 낮거나 같은 높이를 갖도록 배치되는 전자 장치.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 PCB의 제1 면을 기준으로, 상기 복수의 안테나들 각각의 방사면은, 상기 복수의 커플링 구조물 세트들 중에서 해당하는 커플링 구조물 세트와 상기 레이돔 사이에 위치하는 전자 장치.
  13. 청구항 11에 있어서, 상기 복수의 커플링 구조물 세트들의 각 세트는, 상기 복수의 안테나들 중에서 해당하는 안테나와 커플링 연결되는 전자 장치.
  14. 청구항 11에 있어서, 상기 복수의 커플링 구조물 세트들의 각 커플링 구조물의 높이는 상기 레이돔의 공차 범위와 연관되는 전자 장치.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 복수의 안테나들 중에서 안테나의 방사면을 기준으로, 상기 안테나에 대응하는 커플링 구조물 세트의 커플링 구조물의 두께는 상기 레이돔과 상기 안테나 사이의 거리에 의존적인 전자 장치.
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