WO2022240088A1 - 밀리미터파 대역 신호 및 전력 전송을 위한 배선 구조 - Google Patents

밀리미터파 대역 신호 및 전력 전송을 위한 배선 구조 Download PDF

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WO2022240088A1
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conductive layer
millimeter wave
waveguide
input
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김명회
김민석
김윤호
심종완
양광모
천정남
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삼성전자 주식회사
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    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
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    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/08—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a rectilinear path

Definitions

  • Various embodiments relate to wiring structures for transmitting millimeter wave band signals and power.
  • Electronic devices supporting the 5G communication system use power (eg, direct current (DC) signals) for endurance components as well as multi-band signals such as RF signals and mmwave signals (eg, alternating current (AC) signals). ) signal) is needed.
  • power eg, direct current (DC) signals
  • multi-band signals such as RF signals and mmwave signals (eg, alternating current (AC) signals).
  • AC alternating current
  • Electronic devices implementing the 5G communication system will require a wiring structure that includes a signal transmission line (eg transmission line) and a power transmission line (eg power line) that transmit signals in the ultra-high frequency band (eg 30 GHz to 300 GHz).
  • a signal transmission line eg transmission line
  • a power transmission line eg power line
  • the width of the signal transmission line must be implemented thinly. There may be structural issues that need to be supplied. For this reason, in order to improve the performance of the signal transmission line and the power transmission line, when the power line is implemented separately from the transmission line, it may be difficult to miniaturize the electronic device.
  • Various embodiments may provide a wiring structure capable of more stably transmitting power while improving transmission loss for a millimeter wave signal band signal.
  • a wiring structure included in an electronic device is a power and transmission line that transmits a millimeter wave signal and transmits power, and the power and transmission line includes a negative wiring of a direct current (DC) signal.
  • a first conductive layer connected to, a first dielectric layer stacked on the first conductive layer, a second conductive layer stacked on the first dielectric layer and grounded as a ground of an alternating current (AC) signal, and stacked on the second conductive layer a second dielectric layer, and a third conductive layer laminated on the second dielectric layer and connected to an input/output port of an AC signal and a positive wire of a DC signal, wherein the third conductive layer has a thickness of the millimeter A waveguide region in which a waveguide for transmitting wave signals is formed, a transition region extending in a first direction from both ends of the waveguide region, and forming part of a millimeter wave signal transmission line, and extending in a second direction of the waveguide region, It may include an isolation region for blocking
  • a wiring structure included in an electronic device is a power and transmission line that transmits a millimeter wave signal and transmits power, and includes a ground panel connected to a ground of a DC signal and a ground panel and a dielectric layer. and a multi-layer comprising a board-integrated waveguide line connected to an input/output terminal of an AC signal and a positive wiring of a DC signal, wherein the board-integrated waveguide line is a waveguide for transmitting signals of the millimeter wave band.
  • formed waveguide region extending in a first direction from both ends of the waveguide region, and extending in a second direction of the transition region and the waveguide region for converting a millimeter wave band signal, for blocking between a DC signal and an AC signal It may contain an isolation region.
  • a wiring structure in which a conductive layer to be used as a ground plane of a DC signal is additionally stacked on a stacked structure of a board-type waveguide, it is used as a signal transmission line in the millimeter wave band and at the same time a power transmission line can be used as
  • the wiring structure for the millimeter wave band includes an ac capacitor for blocking DC signal inflow at the millimeter wave input/output terminal, and a via hole group for blocking AC signal inflow in at least a part of the stacked structure of the direct-to-board waveguide.
  • FIG. 1 is a block diagram of an electronic device in a network environment according to various embodiments.
  • FIG. 2 is a block diagram of an electronic device for supporting legacy network communication and 5G network communication according to various embodiments.
  • FIG. 3 shows an embodiment of the structure of the third antenna module 246 described with reference to FIG. 2 .
  • 4A and 4B show a wiring structure for a millimeter wave band according to an embodiment.
  • 5A and 5B show plan views of a third conductive layer and a second conductive layer.
  • FIG. 6 illustrates a configuration of a wiring structure for a millimeter wave band according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 7 illustrates results of testing performance of a wiring structure of an electronic device according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 8 illustrates performance test results of a wiring structure of an electronic device according to various embodiments of the present disclosure.
  • Electronic devices may be devices of various types.
  • the electronic device may include, for example, a portable communication device (eg, a smart phone), a computer device, a portable multimedia device, a portable medical device, a camera, a wearable device, or a home appliance.
  • a portable communication device eg, a smart phone
  • a computer device e.g., a smart phone
  • a portable multimedia device e.g., a portable medical device
  • a camera e.g., a portable medical device
  • a camera e.g., a portable medical device
  • a camera e.g., a camera
  • a wearable device e.g., a smart bracelet
  • FIG. 1 is a block diagram of an electronic device 101 within a network environment 100 according to various embodiments.
  • an electronic device 101 communicates with an electronic device 102 through a first network 198 (eg, a short-range wireless communication network) or through a second network 199. It may communicate with at least one of the electronic device 104 or the server 108 through (eg, a long-distance wireless communication network). According to an embodiment, the electronic device 101 may communicate with the electronic device 104 through the server 108 .
  • a first network 198 eg, a short-range wireless communication network
  • a second network 199 e.g., a second network 199. It may communicate with at least one of the electronic device 104 or the server 108 through (eg, a long-distance wireless communication network). According to an embodiment, the electronic device 101 may communicate with the electronic device 104 through the server 108 .
  • the electronic device 101 includes a processor 120, a memory 130, an input module 150, an audio output module 155, a display module 160, an audio module 170, a sensor module ( 176), interface 177, connection terminal 178, haptic module 179, camera module 180, power management module 188, battery 189, communication module 190, subscriber identification module 196 , or the antenna module 197 may be included.
  • at least one of these components eg, the connection terminal 178) may be omitted or one or more other components may be added.
  • some of these components eg, sensor module 176, camera module 180, or antenna module 197) are integrated into one component (eg, display module 160). It can be.
  • the processor 120 for example, executes software (eg, the program 140) to cause at least one other component (eg, hardware or software component) of the electronic device 101 connected to the processor 120. It can control and perform various data processing or calculations. According to one embodiment, as at least part of data processing or operation, the processor 120 transfers commands or data received from other components (eg, sensor module 176 or communication module 190) to volatile memory 132. , processing commands or data stored in the volatile memory 132 , and storing resultant data in the non-volatile memory 134 .
  • software eg, the program 140
  • the processor 120 transfers commands or data received from other components (eg, sensor module 176 or communication module 190) to volatile memory 132. , processing commands or data stored in the volatile memory 132 , and storing resultant data in the non-volatile memory 134 .
  • the processor 120 may include a main processor 121 (eg, a central processing unit or an application processor) or a secondary processor 123 (eg, a graphic processing unit, a neural network processing unit ( NPU: neural processing unit (NPU), image signal processor, sensor hub processor, or communication processor).
  • a main processor 121 eg, a central processing unit or an application processor
  • a secondary processor 123 eg, a graphic processing unit, a neural network processing unit ( NPU: neural processing unit (NPU), image signal processor, sensor hub processor, or communication processor.
  • NPU neural network processing unit
  • the secondary processor 123 may be implemented separately from or as part of the main processor 121 .
  • the secondary processor 123 may, for example, take the place of the main processor 121 while the main processor 121 is in an inactive (eg, sleep) state, or the main processor 121 is active (eg, running an application). ) state, together with the main processor 121, at least one of the components of the electronic device 101 (eg, the display module 160, the sensor module 176, or the communication module 190) It is possible to control at least some of the related functions or states.
  • the auxiliary processor 123 eg, an image signal processor or a communication processor
  • the auxiliary processor 123 may include a hardware structure specialized for processing an artificial intelligence model.
  • AI models can be created through machine learning. Such learning may be performed, for example, in the electronic device 101 itself where artificial intelligence is performed, or may be performed through a separate server (eg, the server 108).
  • the learning algorithm may include, for example, supervised learning, unsupervised learning, semi-supervised learning or reinforcement learning, but in the above example Not limited.
  • the artificial intelligence model may include a plurality of artificial neural network layers.
  • Artificial neural networks include deep neural networks (DNNs), convolutional neural networks (CNNs), recurrent neural networks (RNNs), restricted boltzmann machines (RBMs), deep belief networks (DBNs), bidirectional recurrent deep neural networks (BRDNNs), It may be one of deep Q-networks or a combination of two or more of the foregoing, but is not limited to the foregoing examples.
  • the artificial intelligence model may include, in addition or alternatively, software structures in addition to hardware structures.
  • the memory 130 may store various data used by at least one component (eg, the processor 120 or the sensor module 176) of the electronic device 101 .
  • the data may include, for example, input data or output data for software (eg, program 140) and commands related thereto.
  • the memory 130 may include volatile memory 132 or non-volatile memory 134 .
  • the program 140 may be stored as software in the memory 130 and may include, for example, an operating system 142 , middleware 144 , or an application 146 .
  • the input module 150 may receive a command or data to be used by a component (eg, the processor 120) of the electronic device 101 from the outside of the electronic device 101 (eg, a user).
  • the input module 150 may include, for example, a microphone, a mouse, a keyboard, a key (eg, a button), or a digital pen (eg, a stylus pen).
  • the sound output module 155 may output sound signals to the outside of the electronic device 101 .
  • the sound output module 155 may include, for example, a speaker or a receiver.
  • the speaker can be used for general purposes such as multimedia playback or recording playback.
  • a receiver may be used to receive an incoming call. According to one embodiment, the receiver may be implemented separately from the speaker or as part of it.
  • the display module 160 may visually provide information to the outside of the electronic device 101 (eg, a user).
  • the display module 160 may include, for example, a display, a hologram device, or a projector and a control circuit for controlling the device.
  • the display module 160 may include a touch sensor configured to detect a touch or a pressure sensor configured to measure the intensity of force generated by the touch.
  • the audio module 170 may convert sound into an electrical signal or vice versa. According to an embodiment, the audio module 170 acquires sound through the input module 150, the sound output module 155, or an external electronic device connected directly or wirelessly to the electronic device 101 (eg: Sound may be output through the electronic device 102 (eg, a speaker or a headphone).
  • the audio module 170 acquires sound through the input module 150, the sound output module 155, or an external electronic device connected directly or wirelessly to the electronic device 101 (eg: Sound may be output through the electronic device 102 (eg, a speaker or a headphone).
  • the sensor module 176 detects an operating state (eg, power or temperature) of the electronic device 101 or an external environmental state (eg, a user state), and generates an electrical signal or data value corresponding to the detected state. can do.
  • the sensor module 176 may include, for example, a gesture sensor, a gyro sensor, an air pressure sensor, a magnetic sensor, an acceleration sensor, a grip sensor, a proximity sensor, a color sensor, an IR (infrared) sensor, a bio sensor, It may include a temperature sensor, humidity sensor, or light sensor.
  • the interface 177 may support one or more designated protocols that may be used to directly or wirelessly connect the electronic device 101 to an external electronic device (eg, the electronic device 102).
  • the interface 177 may include, for example, a high definition multimedia interface (HDMI), a universal serial bus (USB) interface, an SD card interface, or an audio interface.
  • HDMI high definition multimedia interface
  • USB universal serial bus
  • SD card interface Secure Digital Card interface
  • audio interface audio interface
  • connection terminal 178 may include a connector through which the electronic device 101 may be physically connected to an external electronic device (eg, the electronic device 102).
  • the connection terminal 178 may include, for example, an HDMI connector, a USB connector, an SD card connector, or an audio connector (eg, a headphone connector).
  • the haptic module 179 may convert electrical signals into mechanical stimuli (eg, vibration or motion) or electrical stimuli that a user may perceive through tactile or kinesthetic senses.
  • the haptic module 179 may include, for example, a motor, a piezoelectric element, or an electrical stimulation device.
  • the camera module 180 may capture still images and moving images. According to one embodiment, the camera module 180 may include one or more lenses, image sensors, image signal processors, or flashes.
  • the power management module 188 may manage power supplied to the electronic device 101 .
  • the power management module 188 may be implemented as at least part of a power management integrated circuit (PMIC), for example.
  • PMIC power management integrated circuit
  • the battery 189 may supply power to at least one component of the electronic device 101 .
  • the battery 189 may include, for example, a non-rechargeable primary battery, a rechargeable secondary battery, or a fuel cell.
  • the communication module 190 is a direct (eg, wired) communication channel or a wireless communication channel between the electronic device 101 and an external electronic device (eg, the electronic device 102, the electronic device 104, or the server 108). Establishment and communication through the established communication channel may be supported.
  • the communication module 190 may include one or more communication processors that operate independently of the processor 120 (eg, an application processor) and support direct (eg, wired) communication or wireless communication.
  • the communication module 190 is a wireless communication module 192 (eg, a cellular communication module, a short-range wireless communication module, or a global navigation satellite system (GNSS) communication module) or a wired communication module 194 (eg, : a local area network (LAN) communication module or a power line communication module).
  • a wireless communication module 192 eg, a cellular communication module, a short-range wireless communication module, or a global navigation satellite system (GNSS) communication module
  • GNSS global navigation satellite system
  • wired communication module 194 eg, : a local area network (LAN) communication module or a power line communication module.
  • a corresponding communication module is a first network 198 (eg, a short-range communication network such as Bluetooth, wireless fidelity (WiFi) direct, or infrared data association (IrDA)) or a second network 199 (eg, legacy It may communicate with the external electronic device 104 through a cellular network, a 5G network, a next-generation communication network, the Internet, or a telecommunications network such as a computer network (eg, a LAN or a WAN).
  • a telecommunications network such as a computer network (eg, a LAN or a WAN).
  • These various types of communication modules may be integrated as one component (eg, a single chip) or implemented as a plurality of separate components (eg, multiple chips).
  • the wireless communication module 192 uses subscriber information (eg, International Mobile Subscriber Identifier (IMSI)) stored in the subscriber identification module 196 within a communication network such as the first network 198 or the second network 199.
  • subscriber information eg, International Mobile Subscriber Identifier (IMSI)
  • IMSI International Mobile Subscriber Identifier
  • the electronic device 101 may be identified or authenticated.
  • the wireless communication module 192 may support a 5G network after a 4G network and a next-generation communication technology, for example, NR access technology (new radio access technology).
  • NR access technologies include high-speed transmission of high-capacity data (enhanced mobile broadband (eMBB)), minimization of terminal power and access of multiple terminals (massive machine type communications (mMTC)), or high reliability and low latency (ultra-reliable and low latency (URLLC)).
  • eMBB enhanced mobile broadband
  • mMTC massive machine type communications
  • URLLC ultra-reliable and low latency
  • -latency communications can be supported.
  • the wireless communication module 192 may support a high frequency band (eg, mmWave band) to achieve a high data rate, for example.
  • the wireless communication module 192 uses various technologies for securing performance in a high frequency band, such as beamforming, massive multiple-input and multiple-output (MIMO), and full-dimensional multiplexing. Technologies such as input/output (FD-MIMO: full dimensional MIMO), array antenna, analog beam-forming, or large scale antenna may be supported.
  • the wireless communication module 192 may support various requirements defined for the electronic device 101, an external electronic device (eg, the electronic device 104), or a network system (eg, the second network 199).
  • the wireless communication module 192 is a peak data rate for eMBB realization (eg, 20 Gbps or more), a loss coverage for mMTC realization (eg, 164 dB or less), or a U-plane latency for URLLC realization (eg, Example: downlink (DL) and uplink (UL) each of 0.5 ms or less, or round trip 1 ms or less) may be supported.
  • eMBB peak data rate for eMBB realization
  • a loss coverage for mMTC realization eg, 164 dB or less
  • U-plane latency for URLLC realization eg, Example: downlink (DL) and uplink (UL) each of 0.5 ms or less, or round trip 1 ms or less
  • the antenna module 197 may transmit or receive signals or power to the outside (eg, an external electronic device).
  • the antenna module 197 may include an antenna including a radiator formed of a conductor or a conductive pattern formed on a substrate (eg, PCB).
  • the antenna module 197 may include a plurality of antennas (eg, an array antenna). In this case, at least one antenna suitable for a communication method used in a communication network such as the first network 198 or the second network 199 is selected from the plurality of antennas by the communication module 190, for example. can be chosen A signal or power may be transmitted or received between the communication module 190 and an external electronic device through the selected at least one antenna.
  • other components eg, a radio frequency integrated circuit (RFIC) may be additionally formed as a part of the antenna module 197 in addition to the radiator.
  • RFIC radio frequency integrated circuit
  • the antenna module 197 may form a mmWave antenna module.
  • the mmWave antenna module includes a printed circuit board, an RFIC disposed on or adjacent to a first surface (eg, a lower surface) of the printed circuit board and capable of supporting a designated high frequency band (eg, mmWave band); and a plurality of antennas (eg, array antennas) disposed on or adjacent to a second surface (eg, a top surface or a side surface) of the printed circuit board and capable of transmitting or receiving signals of the designated high frequency band. can do.
  • peripheral devices eg, a bus, general purpose input and output (GPIO), serial peripheral interface (SPI), or mobile industry processor interface (MIPI)
  • signal e.g. commands or data
  • commands or data may be transmitted or received between the electronic device 101 and the external electronic device 104 through the server 108 connected to the second network 199 .
  • Each of the external electronic devices 102 or 104 may be the same as or different from the electronic device 101 .
  • all or part of operations executed in the electronic device 101 may be executed in one or more external electronic devices among the external electronic devices 102 , 104 , or 108 .
  • the electronic device 101 when the electronic device 101 needs to perform a certain function or service automatically or in response to a request from a user or another device, the electronic device 101 instead of executing the function or service by itself.
  • one or more external electronic devices may be requested to perform the function or at least part of the service.
  • One or more external electronic devices receiving the request may execute at least a part of the requested function or service or an additional function or service related to the request, and deliver the execution result to the electronic device 101 .
  • the electronic device 101 may provide the result as at least part of a response to the request as it is or additionally processed.
  • cloud computing distributed computing, mobile edge computing (MEC), or client-server computing technology may be used.
  • the electronic device 101 may provide an ultra-low latency service using, for example, distributed computing or mobile edge computing.
  • the external electronic device 104 may include an internet of things (IoT) device.
  • Server 108 may be an intelligent server using machine learning and/or neural networks. According to an embodiment, the external electronic device 104 or server 108 may be included in the second network 199 .
  • the electronic device 101 may be applied to intelligent services (eg, smart home, smart city, smart car, or health care) based on 5G communication technology and IoT-related technology.
  • FIG. 2 is a block diagram 200 of an electronic device 101 for supporting legacy network communication and 5G network communication according to various embodiments.
  • the electronic device 101 includes a first communication processor 212, a second communication processor 214, a first radio frequency integrated circuit (RFIC) 222, a second RFIC 224, and a third An RFIC 226, a fourth RFIC 228, a first radio frequency front end (RFFE) 232, a second RFFE 234, a first antenna module 242, a second antenna module 244, and an antenna (248).
  • the electronic device 101 may further include a processor 120 and a memory 130 .
  • the network 199 may include a first network 292 and a second network 294 . According to another embodiment, the electronic device 101 may further include at least one of the components illustrated in FIG. 1 , and the network 199 may further include at least one other network.
  • a first communication processor 212, a second communication processor 214, a first RFIC 222, a second RFIC 224, a fourth RFIC 228, a first RFFE 232, and the second RFFE 234 may form at least a portion of the wireless communication module 192 .
  • the fourth RFIC 228 may be omitted or included as part of the third RFIC 226 .
  • the first communication processor 212 may establish a communication channel of a band to be used for wireless communication with the first network 292 and support legacy network communication through the established communication channel.
  • the first network may be a legacy network including a second generation (2G), 3G, 4G, or long term evolution (LTE) network.
  • the second communication processor 214 establishes a communication channel corresponding to a designated band (eg, about 6 GHz to about 60 GHz) among bands to be used for wireless communication with the second network 294, and 5G network communication through the established communication channel.
  • a designated band eg, about 6 GHz to about 60 GHz
  • the second network 294 may be a 5G network defined by 3GPP.
  • the first communication processor 212 or the second communication processor 214 corresponds to another designated band (eg, about 6 GHz or less) among bands to be used for wireless communication with the second network 294. It is possible to support establishment of a communication channel and 5G network communication through the established communication channel.
  • the first communication processor 212 and the second communication processor 214 may be implemented in a single chip or a single package. According to various embodiments, the first communication processor 212 or the second communication processor 214 may be formed in a single chip or a single package with the processor 120, the auxiliary processor 123, or the communication module 190. .
  • the first RFIC 222 transmits a baseband signal generated by the first communication processor 212 to about 700 MHz to about 3 GHz used in the first network 292 (eg, a legacy network). of radio frequency (RF) signals.
  • RF radio frequency
  • an RF signal is obtained from a first network 292 (eg, a legacy network) via an antenna (eg, first antenna module 242), and via an RFFE (eg, first RFFE 232). It can be preprocessed.
  • the first RFIC 222 may convert the preprocessed RF signal into a baseband signal to be processed by the first communication processor 212 .
  • the second RFIC 224 When transmitting, the second RFIC 224 transfers the baseband signal generated by the first communication processor 212 or the second communication processor 214 to the second network 294 (eg, a 5G network). It can be converted into an RF signal (hereinafter referred to as a 5G Sub6 RF signal) of the Sub6 band (eg, about 6 GHz or less).
  • a 5G Sub6 RF signal RF signal of the Sub6 band (eg, about 6 GHz or less).
  • a 5G Sub6 RF signal is obtained from a second network 294 (eg, a 5G network) through an antenna (eg, the second antenna module 244), and an RFFE (eg, the second RFFE 234) It can be pre-treated through The second RFIC 224 may convert the preprocessed 5G Sub6 RF signal into a baseband signal to be processed by a corresponding communication processor among the first communication processor 212 and the second communication processor 214 .
  • the third RFIC 226 transmits the baseband signal generated by the second communication processor 214 to the RF of the 5G Above 6 band (eg, about 6 GHz to about 60 GHz) to be used in the second network 294 (eg, a 5G network). signal (hereinafter referred to as 5G Above6 RF signal).
  • the 5G Above6 RF signal may be obtained from the second network 294 (eg, 5G network) through an antenna (eg, antenna 248) and pre-processed through a third RFFE 236.
  • the third RFIC 226 may convert the preprocessed 5G Above6 RF signal into a baseband signal to be processed by the second communication processor 214 .
  • the third RFFE 236 may be formed as a part of the third RFIC 226 .
  • the electronic device 101 may include a fourth RFIC 228 separately from or at least as part of the third RFIC 226.
  • the fourth RFIC 228 converts the baseband signal generated by the second communication processor 214 into an RF signal (hereinafter, an IF signal) of an intermediate frequency band (eg, about 9 GHz to about 11 GHz). After conversion, the IF signal may be transmitted to the third RFIC 226.
  • the third RFIC 226 may convert the IF signal into a 5G Above6 RF signal.
  • the 5G Above6 RF signal may be received from the second network 294 (eg, 5G network) via an antenna (eg, antenna 248) and converted to an IF signal by a third RFIC 226.
  • the fourth RFIC 228 may convert the IF signal into a baseband signal so that the second communication processor 214 can process it.
  • the first RFIC 222 and the second RFIC 224 may be implemented as a single chip or at least part of a single package.
  • the first RFFE 232 and the second RFFE 234 may be implemented as a single chip or at least part of a single package.
  • at least one antenna module of the first antenna module 242 or the second antenna module 244 may be omitted or combined with another antenna module to process RF signals of a plurality of corresponding bands.
  • the third RFIC 226 and the antenna 248 may be disposed on the same substrate to form the third antenna module 246 .
  • the wireless communication module 192 or processor 120 may be disposed on a first substrate (eg, main PCB).
  • the third RFIC 226 is provided on a part (eg, bottom surface) of the second substrate (eg, sub PCB) separate from the first substrate, and the antenna 248 is placed on another part (eg, top surface). is disposed, the third antenna module 246 may be formed.
  • the electronic device 101 can improve the quality or speed of communication with the second network 294 (eg, 5G network).
  • the antenna 248 may be formed as an antenna array including a plurality of antenna elements that may be used for beamforming.
  • the third RFIC 226 may include, for example, a plurality of phase shifters 238 corresponding to a plurality of antenna elements as a part of the third RFFE 236.
  • each of the plurality of phase converters 238 may convert the phase of a 5G Above6 RF signal to be transmitted to the outside of the electronic device 101 (eg, a base station of a 5G network) through a corresponding antenna element. .
  • each of the plurality of phase converters 238 may convert the phase of the 5G Above6 RF signal received from the outside through the corresponding antenna element into the same or substantially the same phase. This enables transmission or reception through beamforming between the electronic device 101 and the outside.
  • the second network 294 may be operated independently of the first network 292 (eg, a legacy network) (eg, stand-alone (SA)) or connected to the first network 292 (eg, a legacy network). non-stand alone (NSA)).
  • a 5G network may include only an access network (eg, a 5G radio access network (RAN) or a next generation RAN (NG RAN)) and no core network (eg, a next generation core (NGC)).
  • the electronic device 101 may access an external network (eg, the Internet) under the control of a core network (eg, evolved packed core (EPC)) of the legacy network.
  • a core network eg, evolved packed core (EPC)
  • Protocol information for communication with the legacy network eg LTE protocol information
  • protocol information for communication with the 5G network eg New Radio (NR) protocol information
  • NR New Radio
  • FIG. 3 illustrates an embodiment of the structure of the third antenna module 246 described with reference to FIG. 2 , for example.
  • a is a perspective view of the third antenna module 246 viewed from one side
  • b is a perspective view of the third antenna module 246 viewed from the other side
  • c is a cross-sectional view of the third antenna module 246 along line A-A'.
  • the third antenna module 246 includes a first printed circuit board 310, an antenna array 330, a radio frequency integrate circuit (RFIC) 352, and a power manage (PMIC). integrate circuit) 354, and a module interface (not shown).
  • the third antenna module 246 may further include a shielding member 390 .
  • at least one of the aforementioned components may be omitted or at least two of the components may be integrally formed.
  • the first printed circuit board 310 may include a plurality of conductive layers and a plurality of non-conductive layers alternately stacked with the conductive layers.
  • the first printed circuit board 310 may provide an electrical connection between the first printed circuit board 310 and/or various electronic components disposed externally using wires and conductive vias formed on the conductive layer. have.
  • Antenna array 330 may include a plurality of antenna elements 332 , 334 , 336 , or 338 arranged to form a directional beam. As shown, the antenna elements may be formed on the first surface 310a of the first printed circuit board 310 . According to another embodiment, the antenna array 330 may be formed inside the first printed circuit board 310 . According to various embodiments, the antenna array 330 may include a plurality of antenna arrays (eg, a dipole antenna array and/or a patch antenna array) of the same or different shapes or types.
  • the RFIC 352 (eg, 226 in FIG. 2 ) is located on another area of the first printed circuit board 310 (eg, on a second surface opposite to the first surface 310a), spaced apart from the antenna array. (310b)).
  • the RFIC is configured to process signals of a selected frequency band transmitted/received through the antenna array 330.
  • the RFIC 352 may convert a baseband signal obtained from a communication processor (eg, the second communication processor 214 of FIG. 2 ) into an RF signal of a designated band during transmission.
  • the RFIC 352 may convert the RF signal received through the antenna array 330 into a baseband signal and transmit the converted baseband signal to the communication processor.
  • the RFIC 352 during transmission, an IF signal obtained from an intermediate frequency integrate circuit (IFIC) (eg, the fourth RFIC 228 of FIG. 2) (eg, about 9 GHz to about 11 GHz) can be up-converted into an RF signal of a selected band.
  • IFIC intermediate frequency integrate circuit
  • the RFIC 352 down converts the RF signal obtained through the antenna array 330, converts the RF signal into an IF signal, and transmits the converted signal to the IFIC.
  • the PMIC 354 may be disposed on another partial area (eg, the second surface 310b) of the first printed circuit board 310 , spaced apart from the antenna array 330 .
  • the PMIC 354 receives voltage from the main printed circuit board (eg, the second printed circuit board 430 of FIG. 4) and provides power necessary for various components (eg, the RFIC 352) on the antenna module. can do.
  • a shielding member 390 is disposed on a portion (eg, the second surface 310b) of the first printed circuit board 310 to electromagnetically shield at least one of the RFIC 352 and the PMIC 354. It can be. According to one embodiment, the shielding member 390 may include a shield can.
  • the third antenna module 246 may be electrically connected to another printed circuit board (eg, the second printed circuit board 430 of FIG. 4 ) through a module interface.
  • the module interface may include a connecting member, for example, a coaxial cable connector, a board to board connector, an interposer, or a flexible printed circuit board (FPCB).
  • FPCB flexible printed circuit board
  • the RFIC 352 and/or the PMIC 354 of the antenna module may be electrically connected to the main printed circuit board (eg, the second printed circuit board 430 of FIG. 4 ).
  • an electronic device may include a single third antenna module 246 or a plurality of third antenna modules 246 .
  • connection member of the electronic device 101 for example, a wiring structure of an interconnection cable will be described.
  • FIG. 4A and 4B show a wiring structure for a millimeter wave band according to an embodiment.
  • FIG. 4A is a view of the upper surface of the wiring structure 410 viewed in a first direction (1)
  • FIG. 4B may be a view showing a cross section along the line A-A' of 4a.
  • an electronic device 101 connects an antenna array (eg, the antenna array 330 of FIG. 3 ) and components (or electronic components) of the electronic device.
  • An interconnection wiring structure (or wiring cable) may be included.
  • the wiring structure 410 may include a millimeter wave band signal transmission and power and transmission line.
  • the wiring structure 410 may include multi-layers in which dielectric layers and conductive layers are alternately stacked to enable DC power supply and millimeter wave band (EHF (extremely high frequency) (e.g., mmwave) signal transmission.
  • EHF extreme high frequency
  • mmwave millimeter wave band
  • the wiring structure 410 includes a first conductive layer 420, a first dielectric layer 430, and a second conductive layer 440 sequentially stacked on the first conductive layer 420 in a second direction (2). ), the second dielectric layer 450 and the third conductive layer 460 may be included.
  • the stacked area between the second conductive layer 440 and the third conductive layer 460 is used as a signal transmission line in the millimeter wave band, and at the same time as a power transmission line. ) can be used as a plus (+) wire.
  • the wiring structure 410 can form a structure capable of transmitting millimeter wave band signals simultaneously with power supply. have.
  • the first conductive layer 420 is connected to an input/output terminal of a direct current (DC) signal and may operate as a ground plane for power transmission.
  • a direct current (DC) signal For example, one end (eg, power input terminal) 4201 located in the third direction (3) of the first conductive layer 420 is a negative (-) wire of a power supply source (eg, PMIC 354 in FIG. 3).
  • the other end (eg, power output terminal) 4202 located in the fourth direction 4 of the first conductive layer 420 may be connected to a component (or electronic component) of an electronic device to which power is supplied.
  • the second conductive layer 440 and the third conductive layer 460 are connected to input/output terminals of millimeter band signals (eg, alternating current (AC) signals) in the first portion 4610, and at the same time, the second portion 4611 It can be connected to the input/output terminal of the DC (direct current) signal.
  • the third conductive layer 460 has one end 4601 located in the third direction (3) connected to a signal source (eg, mmwave in), and is connected to the fourth direction.
  • the other end 4602 located at (4) may be connected to a signal output unit (eg, mmwave out).
  • the third conductive layer 460 has one end (eg, power input terminal) 4603 located in the third direction (3) connected to a positive (+) wire of the power supply source, and a fourth direction
  • the other end (eg, power output end) 4604 located at (4) may be connected to a component (or electronic part) of the electronic device.
  • the second conductive layer 440 may operate as a ground plane of an AC signal.
  • One end (eg, signal input end) 4401 located in the third direction of the second conductive layer 440 and the other end 4402 located in the fourth direction (4) may be grounded (or connected to the ground) to the signal transmission line. have.
  • the second conductive layer 440 may be used as a power transmission line together with the third conductive layer 460 .
  • the wiring structure 410 while the first conductive layer 420 operates as a ground plane during power transmission, more power is supplied to the input terminal (eg, by using the area of the second conductive layer 440 and the third conductive layer 460 : 4603) to the output terminal 4604.
  • the wiring structure 410 has a waveguide formed between the second conductive layer 440 and the third conductive layer 460 while the second conductive layer 440 acts as a ground plane when transmitting signals in the millimeter wave band. ), the millimeter wave band signal input from the input terminal (eg, 4601 or 4401) may be transmitted to the other terminal (eg, 4602 or 4402). Signal transmission and power transmission may be transmitted in the fourth direction 4.
  • the stack structure of the second conductive layer 440, the second dielectric layer 450, and the third conductive layer 460 may be formed as a substrate integrated waveguide (SIW) structure.
  • the second dielectric layer 450 may be a flexible printed circuit board (FPCB), but may include other suitable dielectric substrates.
  • the second conductive layer 440 and the third conductive layer 460 include two conductive via hole lines 470a and 470b spaced at a set interval w with the second dielectric layer 450 interposed therebetween. can include
  • the wiring structure 410 may form a rectangular waveguide through two via hole lines 470a and 470b.
  • the via hole lines 470a and 470b may be designed to transmit a millimeter wave band signal along the second direction (2) through resonance.
  • the distance (a) between via holes, the spacing (w) of via hole lines, the thickness (h) of the second dielectric layer 450, and the radius (r) of the via hole may vary depending on signal transmission characteristics in the millimeter band.
  • the second conductive layer 440, the second dielectric layer 450, and the third conductive layer 460 may be formed in a hollow substrate integrated waveguide (HSIW) structure, limited thereto. Otherwise, other waveguide structures that can be implemented in multi-layers may be formed.
  • HSUW hollow substrate integrated waveguide
  • the wiring structure 410 transmits a millimeter wave band signal (eg, an AC signal) using the second conductive layer 440 and the third conductive layer 460 and simultaneously transmits a power signal (e.g. DC signal).
  • the wiring structure 410 may further include an isolation structure for separating an AC signal and a DC signal at both input and output ends of the power transmission line or the signal transmission line.
  • the isolation structure may include DC blocking circuits (eg, AC capacitors) 490 disposed at input/output terminals of AC signals connected to the second conductive layer 440 and the third conductive layer 460.
  • the AC capacitor is a filter for preventing a DC signal from flowing into a signal transmission line, and can block a DC signal and pass an AC signal.
  • the isolation structure is an isolation region (eg, isolation region 530 of FIG. )) may be included.
  • the separation region may be formed in the second portion 4611 of the third conductive layer 460 and the second conductive layer 440 .
  • the separation structure may further include an AC blocking circuit (not shown) disposed at input/output terminals of DC signals connected to the second conductive layer 440 and the third conductive layer 460 .
  • the wiring structure 210 uses the conductive layers (eg, the second conductive layer 440 and the third conductive layer 460) of the signal transmission line on which the substrate waveguide is formed as a power transmission line, but as a ground for power transmission.
  • a separation structure e.g., separation region, DC blocking circuit, AC blocking circuit
  • the wiring structure 210 implements a signal transmission line of a millimeter wave band as a substrate integrated waveguide (SIW) structure, but is not compatible with other components or a transmission line (eg, a waveguide).
  • SIW substrate integrated waveguide
  • a transition region eg, the transition region 520 of FIG. 5
  • a transition region and an isolation region will be described in detail.
  • 5A and 5B show plan views of a third conductive layer and a second conductive layer.
  • 5A is a plan view of the third conductive layer in FIG. 4B
  • FIG. 5B is a plan view of the second conductive layer in FIG. 4B.
  • the third conductive layer 460 included in the wiring structure 410 includes the waveguide region 520 and both ends of the waveguide region 520 in the first portion 4610 . includes transition regions 530 and 540 extending in the third direction (3) and the fourth direction (4), and extends in the first direction (1) from the other part of the waveguide region 520 in the second portion 4611
  • An isolation region 550 may be included.
  • two conductive via hole lines 470a and 470b spaced apart at a set interval w may be disposed in parallel.
  • a spherical waveguide may be formed through a via hole line.
  • the transition regions 520 and 530 may include an input/output line 521 matching an impedance value of 50 ( ⁇ ) and a transformer line 522 for path conversion in the input/output line.
  • the input/output line 521 and the conversion line 522 may include a microstrip, strip, or slot structure.
  • the conversion line 522 extends from both ends of the waveguide region 510 of the third conductive layer 460, but is arranged as three conversion lines 522 spaced apart at regular intervals, and in any one conversion line
  • One extended input/output line 521 may be disposed, but is not limited thereto.
  • the waveguide region 510 is formed in a SIW structure, and the conversion line 522 and the input/output line 521 connected to the waveguide region 510 are formed, thereby reducing signal loss for millimeter wave band burnout.
  • a millimeter wave band signal transferred from a signal source through an input terminal may be matched with an impedance of 50 ohms and output while passing through the input/output line 521 .
  • the conversion line 522 converts a signal between the impedance-matched signal and the signal transmitted through the waveguide, and when there is a transmission interruption, a transition may be made to maintain the signal flow in the same direction.
  • the separation region 530 may include a group of via holes 480 implemented to have a higher cut-off frequency than a frequency band of a signal (eg, mmwave) transmitted through a signal transmission line.
  • the via hole group 531 disposed in the separation region 530 serves as a filter to block the millimeter wave band signal (ie, AC signal) transmitted through the substrate integrated waveguide, and the AC signal and DC signal are coupled that can be prevented
  • the second conductive layer 440 may be formed with a relatively larger area than the third conductive layer 460 . Similar to the third conductive layer 460, the second conductive layer 440 has two conductive via hole lines 470a and 470b disposed in parallel in the first portion 4610, and the second portion 4611 ), the via hole group 480 may be disposed.
  • FIG. 6 illustrates a configuration of a wiring structure for a millimeter wave band according to an exemplary embodiment.
  • a wiring structure eg, 410 in FIG. 4 or a wiring cable for a millimeter wave band includes a substrate-integrated waveguide line 611 used as a signal transmission line and a power transmission line in the millimeter wave band. ), and a multi-layer 610 including a DC ground panel 612 for power transmission, a first signal separation unit 620 disposed at a line input terminal, and a second signal separation unit 630 disposed at a line output terminal. can do.
  • the first signal separation unit 620 and the second signal separation unit 630 include DC blocking circuits 621 and 631 that block DC signals from entering the signal transmission line and AC blocking circuits that block AC signals from entering the power transmission line. (622,632).
  • the DC blocking circuits 621 and 631 may be connected to conductive layers (eg, the second conductive layer 440 and the third conductive layer 460 of FIG. 4 ) used as the substrate integrated waveguide line 611 .
  • Some of the AC blocking circuits 622 and 632 are connected to conductive layers (eg, the second conductive layer 440 and the third conductive layer 460 of FIG. 4) used as the substrate integrated waveguide line 611, and the other part is DC ground panel 612 may be connected.
  • the DC blocking circuits 621 and 631 may include AC capacitors, but are not limited thereto.
  • the AC blocking circuits 622 and 632 may be implemented as circuits that pass DC signals and block AC signals, but may also be implemented to filter AC signals through a group of via holes.
  • a wiring structure (eg, the wiring structure 410 of FIGS. 4A/4B ) included in an electronic device (eg, the electronic device 101 of FIG. 1 ) transmits a millimeter wave signal and transmits power.
  • the power and transmission line includes a first conductive layer 420 connected to a negative wire of a DC (direct current) signal, and a first conductive layer 420 stacked on top of the first conductive layer 420.
  • the layer 460 includes a waveguide region 520 in which a waveguide for transmitting the millimeter wave signal is formed, and a transition region extending in a first direction from both ends of the waveguide region 520 and forming a part of a millimeter wave signal transmission line. (530, 540)) and an isolation region 550 extending in the second direction of the waveguide region and for blocking between the DC signal and the AC signal.
  • the second dielectric layer includes a flexible circuit board
  • the waveguide includes two conductive via hole lines disposed in the second conductive layer and the third conductive layer with the second dielectric layer interposed therebetween. It may be formed as a substrate integrated waveguide.
  • AC capacitors that block DC signals and pass AC signals may be disposed at input/output terminals connected to the second conductive layer and the third conductive layer and the millimeter wave signal transmission line.
  • the transition region extends from both ends of the waveguide region, but extends from at least one of at least a plurality of conversion lines and a plurality of conversion lines spaced apart at regular intervals, and has a resistance of 50 ( ⁇ )
  • An input/output line matching an impedance value may be further included.
  • the conversion line and the input/output line may be implemented with at least one of a microstrip, strip, and slot structure.
  • the isolation region may include a group of via holes arranged to have a cutoff frequency higher than a frequency of a millimeter wave band.
  • a separation circuit blocking an AC signal and passing a DC signal may be further included at an input/output terminal connected to the third conductive layer and the positive wire of the DC signal.
  • a wiring structure included in an electronic device as a power and transmission line for transmitting a millimeter wave signal and transmitting power, DC a ground panel 612 connected to the ground of the signal; and a multi-layer 610 including a substrate-integrated waveguide line 611 isolated from the ground panel and a dielectric layer and connected to an input/output terminal of an AC signal and a positive wire of a DC signal, wherein the substrate-integrated waveguide line A waveguide region 520 in which waveguides transmitting signals of the millimeter wave band are formed, transition regions 530 and 540 extending in a first direction from both ends of the waveguide region and converting signals of the millimeter wave band, and the waveguide region It extends in the second direction of and may include an isolation region 550 for blocking between the DC signal and the AC signal.
  • the substrate-integrated waveguide line may include two conductive via hole lines disposed on an upper conductive layer disposed in a third direction of the flexible circuit board and a lower conductive layer disposed in a fourth direction of the flexible circuit board.
  • a DC blocking circuit that blocks DC signals and passes AC signals may be further disposed at transmission input/output terminals of millimeter wave signals.
  • the transition region extends from both ends of the waveguide region, but extends from at least a plurality of conversion lines spaced apart at regular intervals and from at least one line among the plurality of conversion lines, 50 ( ⁇ )
  • An input/output line matching the impedance value of may be further included.
  • the conversion line and the input/output line may be implemented with at least one of a microstrip, strip, and slot structure.
  • the isolation region may include a group of via holes arranged to have a cutoff frequency higher than a frequency of a millimeter wave band.
  • an AC blocking circuit for blocking an AC signal and passing a DC signal may be further included at an input/output terminal connected to the upper conductive layer and the positive wire of the DC signal.
  • the millimeter wave band may include signals in the 37 to 45 GHz band.
  • FIG. 7 illustrates results of testing performance of a wiring structure of an electronic device according to various embodiments of the present disclosure.
  • a horizontal axis may be a frequency and a vertical axis may be a signal level.
  • Signal S11 may represent input reflection characteristics
  • signal S21 may represent forward transmission characteristics.
  • the input reflection characteristic may be a signal with no noise as the magnitude reaches 0. Looking at signal S11, it can be seen that the transmission characteristics are excellent by reaching zero magnitude from 24 GHz. As the forward transmission characteristic decreases to a negative value, the isolation between the AC signal and the DC signal may be improved. Looking at signal S21, it can be seen that transmission characteristics are excellent in the 37.5 GHz band.
  • FIG. 8 illustrates performance test results of a wiring structure of an electronic device according to various embodiments of the present disclosure.
  • Reference numerals 8001 and 8003 in FIG. 8 indicate the results of reflection characteristics measured at the signal input terminal (eg 4601) and the power transmission input terminal (eg 4603) of the third conductive layer 460 in FIG. Reflection characteristics measured at the signal input end of the conductive layer 460 (eg 4601) and the power transmission output end (eg ”4604) are shown.
  • the wiring structure for the millimeter wave band has excellent isolation characteristics from the DC signal while the signal loss of the millimeter wave band is small.
  • each component (eg, module or program) of the components described above may include a single object or a plurality of objects, and some of the multiple objects may be separately disposed in other components.
  • one or more components or operations among the aforementioned components may be omitted, or one or more other components or operations may be added.
  • a plurality of components eg modules or programs
  • the integrated component may perform one or more functions of each of the plurality of components identically or similarly to those performed by a corresponding component of the plurality of components prior to the integration. .
  • operations performed by modules, programs, or other components are executed sequentially, in parallel, iteratively, or heuristically, or one or more of the operations are executed in a different order, omitted, or , or one or more other operations may be added.

Landscapes

  • Transceivers (AREA)

Abstract

다양한 실시예에 따른 전자 장치에 포함된 배선 구조는 밀리미터파 신호 전송 및 전력을 전달하는 파워 및 전송 선로(power and transmission line)로서, 파워 및 전송 선로는, DC(direct current) 신호의 마이너스 배선과 연결되는 제1 도전층, 상기 제1 도전층 위에 적층되는 제1 유전층, 상기 제1 유전층 위에 적층되며, AC(alternating current) 신호의 그라운드로 접지되는 제2 도전층, 상기 제2 도전층 위에 적층되는 제2 유전층, 및 상기 제2 유전층 위에 적층되며, AC 신호의 입출력 포트와 DC신호의 플러스 배선과 연결되는 제3 도전층을 포함하는 적층 구조로 형성되고, 상기 제3 도전층은, 상기 밀리미터파 신호를 전송하는 도파관이 형성된 도파관 영역, 상기 도파관 영역의 양단으로부터 제1 방향으로 연장되며, 밀리미터파 신호 전송 라인의 일부를 형성하는 트랜지션 영역 및 상기 도파관 영역의 제2 방향으로 연장되며, DC 신호와AC 신호 사이의 차단을 위한 분리(isolation) 영역을 포함할 수 있다.

Description

밀리미터파 대역 신호 및 전력 전송을 위한 배선 구조
다양한 실시 예들은 밀리미터파 대역 신호 및 전력 전송을 위한 배선 구조에 관한 것이다.
차세대 통신 시스템은 서로 다른 요구사항을 가진 다양한 서비스를 하나의 시스템에서 동작할 수 있도록 다양한 구조적인 개선이 요구되고 있다. 5G 통신 시스템을 지원하는 전자 장치는 RF 신호, 밀리미터파(mmwave) 신호(예: AC(alternating current) 신호)와 같이 다중 대역의 신호뿐만 아니라, 내구 구성들에 대해 전력(예: DC(direct current) 신호)를 공급하기 위한 구조가 필요하다.
5G 통신 시스템을 구현하고 있는 전자 장치는 초고주파 대역(예: 30GHz~300GHz) 신호를 전달하는 신호 전송 라인(예: transmission line)과 전력 전송 라인(예: power line)을 포함하는 배선 구조가 요구될 수 있다.
그러나, 밀리미터 웨이브(mmwave) 신호에 대한 전송 손실(loss)을 억제하기 위해서는 신호 전송 라인의 폭을 얇게 구현해야 하는 반면에, 전력 공급을 위해서는 넓은 폭 또는 멀티레이어(multi layer)로 구현하여 전력을 공급해야 하는 구조적인 문제가 있을 수 있다. 이로 인해, 신호 전송 라인과 전력 전송 라인의 성능 향상을 위해서는 전송 라인과 별도로 파워 라인 구현할 경우, 전자 장치의 소형화에 어려움이 있을 수 있다.
다양한 실시 예들은 밀리미터파 신호 대역 신호에 대한 전송 손실을 개선하면서 동시에, 보다 안정적으로 전력 전송이 가능한 배선 구조를 제공할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 전자 장치에 포함된 배선 구조는 밀리미터파 신호 전송 및 전력을 전달하는 파워 및 전송 선로(power and transmission line)로서, 파워 및 전송 선로는, DC(direct current) 신호의 마이너스 배선과 연결되는 제1 도전층, 상기 제1 도전층 위에 적층되는 제1 유전층, 상기 제1 유전층 위에 적층되며, AC(alternating current) 신호의 그라운드로 접지되는 제2 도전층, 상기 제2 도전층 위에 적층되는 제2 유전층, 및 상기 제2 유전층 위에 적층되며, AC 신호의 입출력 포트와 DC신호의 플러스 배선과 연결되는 제3 도전층을 포함하는 적층 구조로 형성되고, 상기 제3 도전층은, 상기 밀리미터파 신호를 전송하는 도파관이 형성된 도파관 영역, 상기 도파관 영역의 양단으로부터 제1 방향으로 연장되며, 밀리미터파 신호 전송 라인의 일부를 형성하는 트랜지션 영역 및 상기 도파관 영역의 제2 방향으로 연장되며, DC 신호와 AC 신호 사이의 차단을 위한 분리(isolation) 영역을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 전자 장치에 포함된 배선 구조는, 밀리미터파 신호 전송 및 전력을 전달하는 파워 및 전송 선로(power and transmission line)로서, DC 신호의 그라운드로 연결되는 그라운드 패널 및 상기 그라운드 패널과 유전층을 사이에 두고 격리되며, AC 신호의 입출력단과 DC 신호의 플러스 배선과 연결되는 기판 집적 도파관 선로를 포함하는 멀티레이어를 포함하고, 상기 기판 집적 도파관 선로는, 상기 밀리미터파 대역의 신호를 전달하는 도파관이 형성된 도파관 영역, 상기 도파관 영역의 양단으로부터 제1 방향으로 연장되며, 밀리미터파 대역의 신호를 변환시키는 트랜지션 영역 및 상기 도파관 영역의 제2 방향에서 연장되며, DC 신호와AC 신호 사이의 차단을 위한 분리(isolation) 영역을 포함할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 기판 직접형 도파관의 적층 구조에 DC 신호의 그라운드면으로 활용될 도전층을 추가로 적층한 배선 구조로 구현함으로써, 밀리미터파 대역의 신호 전송 라인으로 이용하면서, 동시에 전력 전송 라인으로 이용할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역용 배선 구조는, 밀리미터파 입출력단에서 DC 신호 유입을 차단하는 ac 캐패시터를 배치하고, 기판 직접형 도파관의 적층 구조의 적어도 일부에 AC 신호 유입을 차단하는 비아홀 집단을 배치함으로써, AC 신호와 DC 신호 분리를 통해 밀리미터파 신호 전송과 동시에 전력 전송이 가능할 수 있다. 또한, 밀리미터파 전송 라인 구조와 별도로 구현하는 전력 전송 구조를 위한 금속과 층수를 감소됨으로써, 배선 구조 또는 케이블의 소형화가 가능할 수 있다.
도 1은 다양한 실시 예들에 따른 네트워크 환경 내의 전자 장치의 블록도이다.
도 2는 다양한 실시 예들에 따른, 레거시 네트워크 통신 및 5G 네트워크 통신을 지원하기 위한 전자 장치의 블록도이다.
도 3은 도 2를 참조하여 설명된 제 3 안테나 모듈(246)의 구조의 일 실시 예를 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 일 실시 예에 따른 밀리미터파 대역용 배선 구조를 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 제3 도전층 및 제2 도전층의의 평면도를 도시한다.
도 6은 일 실시 예에 따른 밀리미터파 대역용 배선 구조의 구성을 나타낸다.
도 7은 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 배선 구조의 성능을 테스트한 결과를 나타낸다.
도 8 은 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 배선 구조의 성능을 테스트한 결과들을 나타낸다.
본 문서에 개시된 다양한 실시 예들에 따른 전자 장치는 다양한 형태의 장치가 될 수 있다. 전자 장치는, 예를 들면, 휴대용 통신 장치(예: 스마트폰), 컴퓨터 장치, 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 의료 기기, 카메라, 웨어러블 장치, 또는 가전 장치를 포함할 수 있다. 본 문서의 실시 예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다.
도 1 은 다양한 실시 예들에 따른, 네트워크 환경(100) 내의 전자 장치(101)의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 네트워크 환경(100)에서 전자 장치(101)는 제 1 네트워크(198)(예: 근거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(102)와 통신하거나, 또는 제 2 네트워크(199)(예: 원거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(104) 또는 서버(108) 중 적어도 하나와 통신할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 전자 장치(101)는 서버(108)를 통하여 전자 장치(104)와 통신할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 전자 장치(101)는 프로세서(120), 메모리(130), 입력 모듈(150), 음향 출력 모듈(155), 디스플레이 모듈(160), 오디오 모듈(170), 센서 모듈(176), 인터페이스(177), 연결 단자(178), 햅틱 모듈(179), 카메라 모듈(180), 전력 관리 모듈(188), 배터리(189), 통신 모듈(190), 가입자 식별 모듈(196), 또는 안테나 모듈(197)을 포함할 수 있다. 어떤 실시 예에서는, 전자 장치(101)에는, 이 구성요소들 중 적어도 하나(예: 연결 단자(178))가 생략되거나, 하나 이상의 다른 구성요소가 추가될 수 있다. 어떤 실시 예에서는, 이 구성요소들 중 일부들(예: 센서 모듈(176), 카메라 모듈(180), 또는 안테나 모듈(197))은 하나의 구성요소(예: 디스플레이 모듈(160))로 통합될 수 있다.
프로세서(120)는, 예를 들면, 소프트웨어(예: 프로그램(140))를 실행하여 프로세서(120)에 연결된 전자 장치(101)의 적어도 하나의 다른 구성요소(예: 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소)를 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 데이터 처리 또는 연산의 적어도 일부로서, 프로세서(120)는 다른 구성요소(예: 센서 모듈(176) 또는 통신 모듈(190))로부터 수신된 명령 또는 데이터를 휘발성 메모리(132)에 저장하고, 휘발성 메모리(132)에 저장된 명령 또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리(134)에 저장할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 프로세서(120)는 메인 프로세서(121)(예: 중앙 처리 장치 또는 어플리케이션 프로세서) 또는 이와는 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(123)(예: 그래픽 처리 장치, 신경망 처리 장치(NPU: neural processing unit), 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 또는 커뮤니케이션 프로세서)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(101)가 메인 프로세서(121) 및 보조 프로세서(123)를 포함하는 경우, 보조 프로세서(123)는 메인 프로세서(121)보다 저전력을 사용하거나, 지정된 기능에 특화되도록 설정될 수 있다. 보조 프로세서(123)는 메인 프로세서(121)와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
보조 프로세서(123)는, 예를 들면, 메인 프로세서(121)가 인액티브(예: 슬립) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(121)를 대신하여, 또는 메인 프로세서(121)가 액티브(예: 어플리케이션 실행) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(121)와 함께, 전자 장치(101)의 구성요소들 중 적어도 하나의 구성요소(예: 디스플레이 모듈(160), 센서 모듈(176), 또는 통신 모듈(190))와 관련된 기능 또는 상태들의 적어도 일부를 제어할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 보조 프로세서(123)(예: 이미지 시그널 프로세서 또는 커뮤니케이션 프로세서)는 기능적으로 관련 있는 다른 구성요소(예: 카메라 모듈(180) 또는 통신 모듈(190))의 일부로서 구현될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 보조 프로세서(123)(예: 신경망 처리 장치)는 인공지능 모델의 처리에 특화된 하드웨어 구조를 포함할 수 있다. 인공지능 모델은 기계 학습을 통해 생성될 수 있다. 이러한 학습은, 예를 들어, 인공지능이 수행되는 전자 장치(101) 자체에서 수행될 수 있고, 별도의 서버(예: 서버(108))를 통해 수행될 수도 있다. 학습 알고리즘은, 예를 들어, 지도형 학습(supervised learning), 비지도형 학습(unsupervised learning), 준지도형 학습(semi-supervised learning) 또는 강화 학습(reinforcement learning)을 포함할 수 있으나, 전술한 예에 한정되지 않는다. 인공지능 모델은, 복수의 인공 신경망 레이어들을 포함할 수 있다. 인공 신경망은 심층 신경망(DNN: deep neural network), CNN(convolutional neural network), RNN(recurrent neural network), RBM(restricted boltzmann machine), DBN(deep belief network), BRDNN(bidirectional recurrent deep neural network), 심층 Q-네트워크(deep Q-networks) 또는 상기 중 둘 이상의 조합 중 하나일 수 있으나, 전술한 예에 한정되지 않는다. 인공지능 모델은 하드웨어 구조 이외에, 추가적으로 또는 대체적으로, 소프트웨어 구조를 포함할 수 있다.
메모리(130)는, 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성요소(예: 프로세서(120) 또는 센서 모듈(176))에 의해 사용되는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 데이터는, 예를 들어, 소프트웨어(예: 프로그램(140)) 및, 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(130)는, 휘발성 메모리(132) 또는 비휘발성 메모리(134)를 포함할 수 있다.
프로그램(140)은 메모리(130)에 소프트웨어로서 저장될 수 있으며, 예를 들면, 운영 체제(142), 미들 웨어(144) 또는 어플리케이션(146)을 포함할 수 있다.
입력 모듈(150)은, 전자 장치(101)의 구성요소(예: 프로세서(120))에 사용될 명령 또는 데이터를 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로부터 수신할 수 있다. 입력 모듈(150)은, 예를 들면, 마이크, 마우스, 키보드, 키(예: 버튼), 또는 디지털 펜(예: 스타일러스 펜)을 포함할 수 있다.
음향 출력 모듈(155)은 음향 신호를 전자 장치(101)의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 모듈(155)은, 예를 들면, 스피커 또는 리시버를 포함할 수 있다. 스피커는 멀티미디어 재생 또는 녹음 재생과 같이 일반적인 용도로 사용될 수 있다. 리시버는 착신 전화를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 리시버는 스피커와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
디스플레이 모듈(160)은 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 디스플레이 모듈(160)은, 예를 들면, 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 디스플레이 모듈(160)은 터치를 감지하도록 설정된 터치 센서, 또는 상기 터치에 의해 발생되는 힘의 세기를 측정하도록 설정된 압력 센서를 포함할 수 있다.
오디오 모듈(170)은 소리를 전기 신호로 변환시키거나, 반대로 전기 신호를 소리로 변환시킬 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 오디오 모듈(170)은, 입력 모듈(150)을 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 모듈(155), 또는 전자 장치(101)와 직접 또는 무선으로 연결된 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))(예: 스피커 또는 헤드폰)를 통해 소리를 출력할 수 있다.
센서 모듈(176)은 전자 장치(101)의 작동 상태(예: 전력 또는 온도), 또는 외부의 환경 상태(예: 사용자 상태)를 감지하고, 감지된 상태에 대응하는 전기 신호 또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 센서 모듈(176)은, 예를 들면, 제스처 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 가속도 센서, 그립 센서, 근접 센서, 컬러 센서, IR(infrared) 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 또는 조도 센서를 포함할 수 있다.
인터페이스(177)는 전자 장치(101)가 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))와 직접 또는 무선으로 연결되기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 지정된 프로토콜들을 지원할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 인터페이스(177)는, 예를 들면, HDMI(high definition multimedia interface), USB(universal serial bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스, 또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다.
연결 단자(178)는, 그를 통해서 전자 장치(101)가 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))와 물리적으로 연결될 수 있는 커넥터를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 연결 단자(178)는, 예를 들면, HDMI 커넥터, USB 커넥터, SD 카드 커넥터, 또는 오디오 커넥터(예: 헤드폰 커넥터)를 포함할 수 있다.
햅틱 모듈(179)은 전기적 신호를 사용자가 촉각 또는 운동 감각을 통해서 인지할 수 있는 기계적인 자극(예: 진동 또는 움직임) 또는 전기적인 자극으로 변환할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 햅틱 모듈(179)은, 예를 들면, 모터, 압전 소자, 또는 전기 자극 장치를 포함할 수 있다.
카메라 모듈(180)은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 카메라 모듈(180)은 하나 이상의 렌즈들, 이미지 센서들, 이미지 시그널 프로세서들, 또는 플래시들을 포함할 수 있다.
전력 관리 모듈(188)은 전자 장치(101)에 공급되는 전력을 관리할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 전력 관리 모듈(188)은, 예를 들면, PMIC(power management integrated circuit)의 적어도 일부로서 구현될 수 있다.
배터리(189)는 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성요소에 전력을 공급할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 배터리(189)는, 예를 들면, 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지 또는 연료 전지를 포함할 수 있다.
통신 모듈(190)은 전자 장치(101)와 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102), 전자 장치(104), 또는 서버(108)) 간의 직접(예: 유선) 통신 채널 또는 무선 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 통신 모듈(190)은 프로세서(120)(예: 어플리케이션 프로세서)와 독립적으로 운영되고, 직접(예: 유선) 통신 또는 무선 통신을 지원하는 하나 이상의 커뮤니케이션 프로세서를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 통신 모듈(190)은 무선 통신 모듈(192)(예: 셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, 또는 GNSS(global navigation satellite system) 통신 모듈) 또는 유선 통신 모듈(194)(예: LAN(local area network) 통신 모듈, 또는 전력선 통신 모듈)을 포함할 수 있다. 이들 통신 모듈 중 해당하는 통신 모듈은 제 1 네트워크(198)(예: 블루투스, WiFi(wireless fidelity) direct 또는 IrDA(infrared data association)와 같은 근거리 통신 네트워크) 또는 제 2 네트워크(199)(예: 레거시 셀룰러 네트워크, 5G 네트워크, 차세대 통신 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크(예: LAN 또는 WAN)와 같은 원거리 통신 네트워크)를 통하여 외부의 전자 장치(104)와 통신할 수 있다. 이런 여러 종류의 통신 모듈들은 하나의 구성요소(예: 단일 칩)로 통합되거나, 또는 서로 별도의 복수의 구성요소들(예: 복수 칩들)로 구현될 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은 가입자 식별 모듈(196)에 저장된 가입자 정보(예: 국제 모바일 가입자 식별자(IMSI))를 이용하여 제 1 네트워크(198) 또는 제 2 네트워크(199)와 같은 통신 네트워크 내에서 전자 장치(101)를 확인 또는 인증할 수 있다.
무선 통신 모듈(192)은 4G 네트워크 이후의 5G 네트워크 및 차세대 통신 기술, 예를 들어, NR 접속 기술(new radio access technology)을 지원할 수 있다. NR 접속 기술은 고용량 데이터의 고속 전송(eMBB(enhanced mobile broadband)), 단말 전력 최소화와 다수 단말의 접속(mMTC(massive machine type communications)), 또는 고신뢰도와 저지연(URLLC(ultra-reliable and low-latency communications))을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은, 예를 들어, 높은 데이터 전송률 달성을 위해, 고주파 대역(예: mmWave 대역)을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은 고주파 대역에서의 성능 확보를 위한 다양한 기술들, 예를 들어, 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO(multiple-input and multiple-output)), 전차원 다중입출력(FD-MIMO: full dimensional MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 또는 대규모 안테나(large scale antenna)와 같은 기술들을 지원할 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은 전자 장치(101), 외부 전자 장치(예: 전자 장치(104)) 또는 네트워크 시스템(예: 제 2 네트워크(199))에 규정되는 다양한 요구사항을 지원할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 무선 통신 모듈(192)은 eMBB 실현을 위한 Peak data rate(예: 20Gbps 이상), mMTC 실현을 위한 손실 Coverage(예: 164dB 이하), 또는 URLLC 실현을 위한 U-plane latency(예: 다운링크(DL) 및 업링크(UL) 각각 0.5ms 이하, 또는 라운드 트립 1ms 이하)를 지원할 수 있다.
안테나 모듈(197)은 신호 또는 전력을 외부(예: 외부의 전자 장치)로 송신하거나 외부로부터 수신할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 서브스트레이트(예: PCB) 위에 형성된 도전체 또는 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함하는 안테나를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 복수의 안테나들(예: 어레이 안테나)을 포함할 수 있다. 이런 경우, 제 1 네트워크(198) 또는 제 2 네트워크(199)와 같은 통신 네트워크에서 사용되는 통신 방식에 적합한 적어도 하나의 안테나가, 예를 들면, 통신 모듈(190)에 의하여 상기 복수의 안테나들로부터 선택될 수 있다. 신호 또는 전력은 상기 선택된 적어도 하나의 안테나를 통하여 통신 모듈(190)과 외부의 전자 장치 간에 송신되거나 수신될 수 있다. 어떤 실시 예에 따르면, 방사체 이외에 다른 부품(예: RFIC(radio frequency integrated circuit))이 추가로 안테나 모듈(197)의 일부로 형성될 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 mmWave 안테나 모듈을 형성할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, mmWave 안테나 모듈은 인쇄 회로 기판, 상기 인쇄 회로 기판의 제 1 면(예: 아래 면)에 또는 그에 인접하여 배치되고 지정된 고주파 대역(예: mmWave 대역)을 지원할 수 있는 RFIC, 및 상기 인쇄 회로 기판의 제 2 면(예: 윗 면 또는 측 면)에 또는 그에 인접하여 배치되고 상기 지정된 고주파 대역의 신호를 송신 또는 수신할 수 있는 복수의 안테나들(예: 어레이 안테나)을 포함할 수 있다.
상기 구성요소들 중 적어도 일부는 주변 기기들간 통신 방식(예: 버스, GPIO(general purpose input and output), SPI(serial peripheral interface), 또는 MIPI(mobile industry processor interface))을 통해 서로 연결되고 신호(예: 명령 또는 데이터)를 상호간에 교환할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 명령 또는 데이터는 제 2 네트워크(199)에 연결된 서버(108)를 통해서 전자 장치(101)와 외부의 전자 장치(104)간에 송신 또는 수신될 수 있다. 외부의 전자 장치(102, 또는104) 각각은 전자 장치(101)와 동일한 또는 다른 종류의 장치일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 전자 장치(101)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 외부의 전자 장치들(102,104, 또는108) 중 하나 이상의 외부의 전자 장치들에서 실행될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(101)가 어떤 기능이나 서비스를 자동으로, 또는 사용자 또는 다른 장치로부터의 요청에 반응하여 수행해야 할 경우에, 전자 장치(101)는 기능 또는 서비스를 자체적으로 실행시키는 대신에 또는 추가적으로, 하나 이상의 외부의 전자 장치들에게 그 기능 또는 그 서비스의 적어도 일부를 수행하라고 요청할 수 있다. 상기 요청을 수신한 하나 이상의 외부의 전자 장치들은 요청된 기능 또는 서비스의 적어도 일부, 또는 상기 요청과 관련된 추가 기능 또는 서비스를 실행하고, 그 실행의 결과를 전자 장치(101)로 전달할 수 있다. 전자 장치(101)는 상기 결과를, 그대로 또는 추가적으로 처리하여, 상기 요청에 대한 응답의 적어도 일부로서 제공할 수 있다. 이를 위하여, 예를 들면, 클라우드 컴퓨팅, 분산 컴퓨팅, 모바일 에지 컴퓨팅(MEC: mobile edge computing), 또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 기술이 이용될 수 있다. 전자 장치(101)는, 예를 들어, 분산 컴퓨팅 또는 모바일 에지 컴퓨팅을 이용하여 초저지연 서비스를 제공할 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 외부의 전자 장치(104)는 IoT(internet of things) 기기를 포함할 수 있다. 서버(108)는 기계 학습 및/또는 신경망을 이용한 지능형 서버일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 외부의 전자 장치(104) 또는 서버(108)는 제 2 네트워크(199) 내에 포함될 수 있다. 전자 장치(101)는 5G 통신 기술 및 IoT 관련 기술을 기반으로 지능형 서비스(예: 스마트 홈, 스마트 시티, 스마트 카, 또는 헬스 케어)에 적용될 수 있다.
도 2는 다양한 실시 예들에 따른, 레거시 네트워크 통신 및 5G 네트워크 통신을 지원하기 위한 전자 장치(101)의 블록도(200)이다.
도 2를 참조하면, 전자 장치(101)는 제 1 커뮤니케이션 프로세서(212), 제 2 커뮤니케이션 프로세서(214), 제 1 radio frequency integrated circuit(RFIC)(222), 제 2 RFIC(224), 제 3 RFIC(226), 제 4 RFIC(228), 제 1 radio frequency front end(RFFE)(232), 제 2 RFFE(234), 제 1 안테나 모듈(242), 제 2 안테나 모듈(244), 및 안테나(248)를 포함할 수 있다. 전자 장치(101)는 프로세서(120) 및 메모리(130)를 더 포함할 수 있다. 네트워크(199)는 제 1 네트워크(292)와 제 2 네트워크(294)를 포함할 수 있다. 다른 실시 예에 따르면, 전자 장치(101)는 도 1에 기재된 부품들 중 적어도 하나의 부품을 더 포함할 수 있고, 네트워크(199)는 적어도 하나의 다른 네트워크를 더 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제 1 커뮤니케이션 프로세서(212), 제 2 커뮤니케이션 프로세서(214), 제 1 RFIC(222), 제 2 RFIC(224), 제 4 RFIC(228), 제 1 RFFE(232), 및 제 2 RFFE(234)는 무선 통신 모듈(192)의 적어도 일부를 형성할 수 있다. 다른 실시 예에 따르면, 제 4 RFIC(228)는 생략되거나, 제 3 RFIC(226)의 일부로서 포함될 수 있다.
제 1 커뮤니케이션 프로세서(212)는 제 1 네트워크(292)와의 무선 통신에 사용될 대역의 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 레거시 네트워크 통신을 지원할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 제 1 네트워크는 2세대(2G), 3G, 4G, 또는 long term evolution(LTE) 네트워크를 포함하는 레거시 네트워크일 수 있다. 제 2 커뮤니케이션 프로세서(214)는 제 2 네트워크(294)와의 무선 통신에 사용될 대역 중 지정된 대역(예: 약 6GHz ~ 약 60GHz)에 대응하는 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 5G 네크워크 통신을 지원할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 제 2 네트워크(294)는 3GPP에서 정의하는 5G 네트워크일 수 있다. 추가적으로, 일 실시 예에 따르면, 제 1 커뮤니케이션 프로세서(212) 또는 제 2 커뮤니케이션 프로세서(214)는 제 2 네트워크(294)와의 무선 통신에 사용될 대역 중 다른 지정된 대역(예: 약 6GHz 이하)에 대응하는 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 5G 네크워크 통신을 지원할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제 1 커뮤니케이션 프로세서(212)와 제 2 커뮤니케이션 프로세서(214)는 단일(single) 칩 또는 단일 패키지 내에 구현될 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 제 1 커뮤니케이션 프로세서(212) 또는 제 2 커뮤니케이션 프로세서(214)는 프로세서(120), 보조 프로세서(123), 또는 통신 모듈(190)과 단일 칩 또는 단일 패키지 내에 형성될 수 있다.
제 1 RFIC(222)는, 송신 시에, 제 1 커뮤니케이션 프로세서(212)에 의해 생성된 기저대역(baseband) 신호를 제 1 네트워크(292)(예: 레거시 네트워크)에 사용되는 약 700MHz 내지 약 3GHz의 라디오 주파수(RF) 신호로 변환할 수 있다. 수신 시에는, RF 신호가 안테나(예: 제 1 안테나 모듈(242))를 통해 제 1 네트워크(292)(예: 레거시 네트워크)로부터 획득되고, RFFE(예: 제 1 RFFE(232))를 통해 전처리(preprocess)될 수 있다. 제 1 RFIC(222)는 전처리된 RF 신호를 제 1 커뮤니케이션 프로세서(212)에 의해 처리될 수 있도록 기저대역 신호로 변환할 수 있다.
제 2 RFIC(224)는, 송신 시에, 제 1 커뮤니케이션 프로세서(212) 또는 제 2 커뮤니케이션 프로세서(214)에 의해 생성된 기저대역 신호를 제 2 네트워크(294)(예: 5G 네트워크)에 사용되는 Sub6 대역(예: 약 6GHz 이하)의 RF 신호(이하, 5G Sub6 RF 신호)로 변환할 수 있다. 수신 시에는, 5G Sub6 RF 신호가 안테나(예: 제 2 안테나 모듈(244))를 통해 제 2 네트워크(294)(예: 5G 네트워크)로부터 획득되고, RFFE(예: 제 2 RFFE(234))를 통해 전처리될 수 있다. 제 2 RFIC(224)는 전처리된 5G Sub6 RF 신호를 제 1 커뮤니케이션 프로세서(212) 또는 제 2 커뮤니케이션 프로세서(214) 중 대응하는 커뮤니케이션 프로세서에 의해 처리될 수 있도록 기저대역 신호로 변환할 수 있다.
제 3 RFIC(226)는 제 2 커뮤니케이션 프로세서(214)에 의해 생성된 기저대역 신호를 제 2 네트워크(294)(예: 5G 네트워크)에서 사용될 5G Above6 대역(예: 약 6GHz ~ 약 60GHz)의 RF 신호(이하, 5G Above6 RF 신호)로 변환할 수 있다. 수신 시에는, 5G Above6 RF 신호가 안테나(예: 안테나(248))를 통해 제 2 네트워크(294)(예: 5G 네트워크)로부터 획득되고 제 3 RFFE(236)를 통해 전처리될 수 있다. 제 3 RFIC(226)는 전처리된 5G Above6 RF 신호를 제 2 커뮤니케이션 프로세서(214)에 의해 처리될 수 있도록 기저대역 신호로 변환할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제 3 RFFE(236)는 제 3 RFIC(226)의 일부로서 형성될 수 있다.
전자 장치(101)는, 일 실시 예에 따르면, 제 3 RFIC(226)와 별개로 또는 적어도 그 일부로서, 제 4 RFIC(228)를 포함할 수 있다. 이런 경우, 제 4 RFIC(228)는 제 2 커뮤니케이션 프로세서(214)에 의해 생성된 기저대역 신호를 중간(intermediate) 주파수 대역(예: 약 9GHz ~ 약 11GHz)의 RF 신호(이하, IF 신호)로 변환한 뒤, 상기 IF 신호를 제 3 RFIC(226)로 전달할 수 있다. 제 3 RFIC(226)는 IF 신호를 5G Above6 RF 신호로 변환할 수 있다. 수신 시에, 5G Above6 RF 신호가 안테나(예: 안테나(248))를 통해 제 2 네트워크(294)(예: 5G 네트워크)로부터 수신되고 제 3 RFIC(226)에 의해 IF 신호로 변환될 수 있다. 제 4 RFIC(228)는 IF 신호를 제 2 커뮤니케이션 프로세서(214)가 처리할 수 있도록 기저대역 신호로 변환할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제 1 RFIC(222)와 제 2 RFIC(224)는 단일 칩 또는 단일 패키지의 적어도 일부로 구현될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제 1 RFFE(232)와 제 2 RFFE(234)는 단일 칩 또는 단일 패키지의 적어도 일부로 구현될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 제 1 안테나 모듈(242) 또는 제 2 안테나 모듈(244)중 적어도 하나의 안테나 모듈은 생략되거나 다른 안테나 모듈과 결합되어 대응하는 복수의 대역들의 RF 신호들을 처리할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제 3 RFIC(226)와 안테나(248)는 동일한 서브스트레이트에 배치되어 제 3 안테나 모듈(246)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 무선 통신 모듈(192) 또는 프로세서(120)가 제 1 서브스트레이트(예: main PCB)에 배치될 수 있다. 이런 경우, 제 1 서브스트레이트와 별도의 제 2 서브스트레이트(예: sub PCB)의 일부 영역(예: 하면)에 제 3 RFIC(226)가, 다른 일부 영역(예: 상면)에 안테나(248)가 배치되어, 제 3 안테나 모듈(246)이 형성될 수 있다. 제 3 RFIC(226)와 안테나(248)를 동일한 서브스트레이트에 배치함으로써 그 사이의 전송 선로의 길이를 줄이는 것이 가능하다. 이는, 예를 들면, 5G 네트워크 통신에 사용되는 고주파 대역(예: 약 6GHz ~ 약 60GHz)의 신호가 전송 선로에 의해 손실(예: 감쇄)되는 것을 줄일 수 있다. 이로 인해, 전자 장치(101)는 제 2 네트워크(294)(예: 5G 네트워크)와의 통신의 품질 또는 속도를 향상시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 안테나(248)는 빔포밍에 사용될 수 있는 복수개의 안테나 엘레멘트들을 포함하는 안테나 어레이로 형성될 수 있다. 이런 경우, 제 3 RFIC(226)는, 예를 들면, 제 3 RFFE(236)의 일부로서, 복수개의 안테나 엘레멘트들에 대응하는 복수개의 위상 변환기(phase shifter)(238)들을 포함할 수 있다. 송신 시에, 복수개의 위상 변환기(238)들 각각은 대응하는 안테나 엘레멘트를 통해 전자 장치(101)의 외부(예: 5G 네트워크의 베이스 스테이션)로 송신될 5G Above6 RF 신호의 위상을 변환할 수 있다. 수신 시에, 복수개의 위상 변환기(238)들 각각은 대응하는 안테나 엘레멘트를 통해 상기 외부로부터 수신된 5G Above6 RF 신호의 위상을 동일한 또는 실질적으로 동일한 위상으로 변환할 수 있다. 이것은 전자 장치(101)와 상기 외부 간의 빔포밍을 통한 송신 또는 수신을 가능하게 한다.
제 2 네트워크(294)(예: 5G 네트워크)는 제 1 네트워크(292)(예: 레거시 네트워크)와 독립적으로 운영되거나(예: stand-alone(SA)), 연결되어 운영될 수 있다(예: non-stand alone(NSA)). 예를 들면, 5G 네트워크에는 액세스 네트워크(예: 5G radio access network(RAN) 또는 next generation RAN(NG RAN))만 있고, 코어 네트워크(예: next generation core(NGC))는 없을 수 있다. 이런 경우, 전자 장치(101)는 5G 네트워크의 액세스 네트워크에 액세스한 후, 레거시 네트워크의 코어 네트워크(예: evolved packed core(EPC))의 제어 하에 외부 네트워크(예: 인터넷)에 액세스할 수 있다. 레거시 네트워크와 통신을 위한 프로토콜 정보(예: LTE 프로토콜 정보) 또는 5G 네트워크와 통신을 위한 프로토콜 정보(예: New Radio(NR) 프로토콜 정보)는 메모리(230)에 저장되어, 다른 부품(예: 프로세서(120), 제 1 커뮤니케이션 프로세서(212), 또는 제 2 커뮤니케이션 프로세서(214))에 의해 액세스될 수 있다.
도 3은, 예를 들어, 도 2를 참조하여 설명된 제 3 안테나 모듈(246)의 구조의 일 실시 예를 도시한다. 도 3의 a는 상기 제 3 안테나 모듈(246)을 일측에서 바라본 사시도이고, b는 상기 제 3 안테나 모듈(246)을 다른 측에서 바라본 사시도이다. c는 상기 제 3 안테나 모듈(246)의 A-A'에 대한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 일 실시 예에 따르면, 제 3 안테나 모듈(246)은 제 1 인쇄 회로 기판(310), 안테나 어레이(330), RFIC(radio frequency integrate circuit)(352), PMIC(power manage integrate circuit)(354), 모듈 인터페이스(미도시)를 포함할 수 있다. 다른 실시 예에 따르면, 제 3 안테나 모듈(246)은 차폐 부재(390)를 더 포함할 수 있다. 다른 실시 예들에서는, 상기 언급된 부품들 중 적어도 하나가 생략되거나, 상기 부품들 중 적어도 두 개가 일체로 형성될 수도 있다.
제 1 인쇄 회로 기판(310)은 복수의 도전성 레이어들, 및 상기 도전성 레이어들과 교번하여 적층된 복수의 비도전성 레이어들을 포함할 수 있다. 상기 제 1 인쇄 회로 기판(310)은, 상기 도전성 레이어에 형성된 배선들 및 도전성 비아들을 이용하여 제 1 인쇄 회로 기판(310) 및/또는 외부에 배치된 다양한 전자 부품들 간 전기적 연결을 제공할 수 있다.
안테나 어레이(330)(예를 들어, 도 2의 248)는, 방향성 빔을 형성하도록 배치된 복수의 안테나 엘리먼트들(332, 334, 336, 또는 338)을 포함할 수 있다. 상기 안테나 엘리먼트들은, 도시된 바와 같이 제 1 인쇄 회로 기판(310)의 제 1 면(310a)에 형성될 수 있다. 다른 실시 예에 따르면, 안테나 어레이(330)는 제 1 인쇄 회로 기판(310)의 내부에 형성될 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 안테나 어레이(330)는, 동일 또는 상이한 형상 또는 종류의 복수의 안테나 어레이들(예: 다이폴 안테나 어레이, 및/또는 패치 안테나 어레이)을 포함할 수 있다.
RFIC(352)(예를 들어, 도 2의 226)는, 상기 안테나 어레이와 이격된, 제 1 인쇄 회로 기판(310)의 다른 영역(예: 상기 제 1 면(310a)의 반대쪽인 제 2 면(310b))에 배치될 수 있다. 상기 RFIC는, 안테나 어레이(330)를 통해 송/수신되는, 선택된 주파수 대역의 신호를 처리할 수 있도록 구성된다. 일 실시 예에 따르면, RFIC(352)는, 송신 시에, 커뮤니케이션 프로세서(예: 도 2의 제 2 커뮤니케이션 프로세서(214)) 로부터 획득된 기저대역 신호를 지정된 대역의 RF 신호로 변환할 수 있다. 상기 RFIC(352)는, 수신 시에, 안테나 어레이(330)를 통해 수신된 RF 신호를, 기저대역 신호로 변환하여 커뮤니케이션 프로세서에 전달할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, RFIC(352)는, 송신 시에, IFIC(intermediate frequency integrate circuit)(예를 들어, 도 2의 제4 RFIC(228))로부터 획득된 IF 신호(예: 약 9GHz ~ 약 11GHz)를 선택된 대역의 RF 신호로 업 컨버트(up convert) 할 수 있다. 상기 RFIC(352)는, 수신 시에, 안테나 어레이(330)를 통해 획득된 RF 신호를 다운 컨버트(down convert)하여 IF 신호로 변환하여 상기 IFIC에 전달할 수 있다.
PMIC(354)는, 상기 안테나 어레이(330)와 이격된, 제 1 인쇄 회로 기판(310)의 다른 일부 영역(예: 상기 제 2 면(310b))에 배치될 수 있다. PMIC(354)는 메인 인쇄 회로 기판(예: 도 4의 제 2 인쇄 회로 기판(430))으로부터 전압을 공급받아서, 안테나 모듈 상의 다양한 부품(예를 들어, RFIC(352))에 필요한 전원을 제공할 수 있다.
차폐 부재(390)는 RFIC(352) 또는 PMIC(354) 중 적어도 하나를 전자기적으로 차폐하도록 상기 제 1 인쇄 회로 기판(310)의 일부(예를 들어, 상기 제 2 면(310b))에 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 차폐 부재(390)는 쉴드캔을 포함할 수 있다.
도시되지 않았으나, 다양한 실시 예들에서, 제 3 안테나 모듈(246)은, 모듈 인터페이스를 통해 다른 인쇄 회로 기판(예: 도 4의 제 2 인쇄 회로 기판(430))과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 모듈 인터페이스는, 연결 부재, 예를 들어, 동축 케이블 커넥터, board to board 커넥터, 인터포저, 또는 FPCB(flexible printed circuit board)를 포함할 수 있다. 상기 연결 부재를 통하여, 상기 안테나 모듈의 RFIC(352) 및/또는 PMIC(354)가 상기 메인 인쇄 회로 기판(예: 도 4의 제 2 인쇄 회로 기판(430))과 전기적으로 연결될 수 있다.
다양한 실시 예들에 있어서, 전자 장치(예: 도 1의 전자 장치(101))는 단일의 제 3 안테나 모듈(246)을 포함하거나, 또는 복수개의 제 3 안테나 모듈(246)을 포함할 수 있다.
이하, 전자 장치(101)의 연결 부재 예를 들어, 인터커넥션 케이블의 배선 구조를 설명하기로 한다.
도 4a 및 도 4b는 일 실시 예에 따른 밀리미터파 대역용 배선 구조를 도시한다. 도 4a 는 배선 구조(410)의 상면을 제1 방향(①)에서 바라본 도면이며, 도 4b는4a의 A-A' 의 단면을 도시한 도면일 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 다양한 실시 예에 따른 전자 장치(101)는 안테나 어레이(예: 도 3의 안테나 어레이(330)))와, 전자 장치의 구성 요소(또는 전자 부품)를 연결하는 인터커넥션(interconnection) 배선 구조(또는 배선 케이블)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 배선 구조(410)는, 밀리미터파 대역의 신호 전송 및 전력 전송 선로(power and transmission line)를 포함할 수 있다. 배선 구조(410)는 직류 전원 공급 및 밀리미터파 대역(millimetre wave band, EHF(extremely high Frequency))(예: mmwave)의 신호 전송이 가능하도록 유전층과 도전층들이 교대로 적층된 멀티 레이어를 포함할 수 있다.
일 예로서, 배선 구조(410)는, 제1 도전층(420), 제1 도전층(420) 위에 제2 방향(②)으로 순차 적층된 제1 유전층(430), 제2 도전층(440), 제2 유전층(450) 및 제3 도전층(460)을 포함할 수 있다.
배선 구조(410)에 있어서, 제2 도전층(440)과 제3 도전층(460) 사이의 적층 영역은 밀리미터파 대역의 신호 전송 선로(transmission line)로 이용하며, 동시에 전력 전송 선로(power line)의 플러스(+) 배선으로 이용할 수 있다. 배선 구조(410)의 제1 도전층(420)은 전력 전송 선로의 마이너스(-) 배선으로 이용함으로써, 배선 구조(410)는 전력 공급과 동시에 밀리미터파 대역의 신호 전송이 가능한 구조를 형성할 수 있다.
제1 도전층(420)은 DC(direct current) 신호의 입출력단과 연결되며, 전력 전송의 그라운드(ground)면으로 동작할 수 있다. 예를 들어, 제1 도전층(420)의 제3 방향(③)에 위치한 일단(예: 전력 입력단)(4201)은 전력 공급원(예: 도 3의PMIC(354))의 마이너스(-) 배선과 연결되고, 제1 도전층(420)의 제4 방향(④)에 위치한 타단(예: 전력 출력단)(4202)은 전력이 공급될 전자 장치의 구성 요소(또는 전자 부품)와 연결될 수 있다.
제2 도전층(440) 및 제3 도전층(460)은, 제1 부분(4610)에서 밀리미터 대역 신호(예: AC(alternating current) 신호)의 입출력단과 연결되고 동시에, 제2 부분(4611)에서 DC(direct current) 신호의 입출력단과 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 부분(4610)에서 제3 도전층(460)은 제3 방향(③)에 위치한 일단(4601)이 신호 소스(source)(예: mmwave in)와 연결되고, 제4방향(④)에 위치한 타단(4602)이 신호 출력부(예: mmwave out)와 연결될 수 있다.
제2 부분(4611)에서 제3 도전층(460)은 제3 방향(③)에 위치한 일단 일단(예: 전력 입력단)(4603)이 전력 공급원의 플러스(+) 배선과 연결되고, 제4 방향(④)에 위치한 타단(예: 전력 출력단)(4604)이 전자 장치의 구성 요소(또는 전자 부품)와 연결될 수 있다.
제2 도전층(440)은 AC 신호의 그라운드(ground)면으로 동작할 수 있다. 제2 도전층(440)의 제3 방향에 위치한 일단(예: 신호 입력단)(4401) 및 제4방향(④)에 위치한 타단(4402)은 신호 전송 라인에 접지(또는 그라운드에 연결)될 수 있다. 제2 도전층(440)은 제3 도전층(460)과 함께 전력 전송 선로로 이용될 수 있다.
배선 구조(410)는 전력 전송 시 제1 도전층(420)이 그라운드면으로 동작하면서, 제2 도전층(440) 및 제3 도전층(460)의 면적을 이용하여 보다 많은 전력을 입력단(예: 4603)으로부터 출력단(4604)으로 전달할 수 있다. 동시에, 배선 구조(410)는 밀리미터파 대역의 신호 전송 시 제2 도전층(440)이 그라운드 면으로 동작하면서, 제2 도전층(440) 및 제3 도전층(460) 사이의 형성된 도파관(waveguide)을 통해 입력단(예: 4601,4401)으로부터 입력된 밀리미터파 대역의 신호를 타단(예: 4602,4402)으로 전달할 수 있다. 신호 전송 및 전력 전송은 제4 방향(④)으로 전달될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제2 도전층(440), 제2 유전층(450) 및 제3 도전층(460)의 적층 구조는 기판 직접형 도파관(SIW(substrate integrated waveguide)) 구조로 형성할 수 있다. 제2 유전층(450)은 연성 회로 기판(FPCB: flexible printed circuit board)일 수 있으나, 다른 적합한 유전체 기판을 포함할 수 있다. 제2 도전층(440) 및 제3 도전층(460)은 제2 유전층(450)을 사이에 두고 설정된 간격(w)으로 이격된 두 개의 전도성 비아홀 라인(via hole line)(470a, 470b)을 포함할 수 있다. 배선 구조(410)는, 두 개의 비아홀 라인(via hole line)(470a, 470b)을 통해 구형 도파관(rectangular waveguide)을 형성할 수 있다. 비아홀 라인들(470a, 470b)은 밀리미터파 대역의 신호를 공진으로 통해 제2 방향(②)으로 따라 전달하도록 설계될 수 있다. 비아홀 사이의 거리(a), 비아홀 라인의 간격(w), 제2 유전층(450)의 두께(h), 비아홀의 반지름(r)은 밀리미터 대역의 신호 전송 특성에 따라 달라질 수 있다.
다른 예를 들어, 제2 도전층(440), 제2 유전층(450) 및 제3 도전층(460)은 공간 기판 집적 도파관(hollow substrate integrated waveguide(HSIW))구조로 형성될 수 있으며, 이에 한정하지 않으며, 멀티 레이어로 구현 가능한 다른 도파관 구조가 형성될 수도 있다.
일 실시 예에 따르면, 배선 구조(410)는, 제2 도전층(440) 및 제3 도전층(460)을 이용하여 밀리미터파 대역의 신호(예: AC 신호)를 전송함과 동시에 전력 신호(예: DC 신호)를 전달할 수 있다. 배선 구조(410)는 전력 전송 선로 또는 신호 전송 선로의 입출력 양단에 AC 신호와 DC 신호 분리를 위한 분리(isolation) 구조를 더 포함할 수 있다.
일 예를 들어, 분리 구조는 제2 도전층(440) 및 제3 도전층(460)과 연결된 AC 신호의 입출력단에 배치되는 DC 차단 회로(예: AC capacitors)(490)를 포함할 수 있다. AC 캐패시터는 DC 신호가 신호 전송 선로로 유입되는 것을 방지하기 위한 필터로서, DC 신호는 차단하고 AC 신호는 패스(pass)할 수 있다.
다른 예를 들어, 분리 구조는 제3 도전층(460)에 전력 전송 라인으로 AC 신호의 유입을 차단하는 비아홀 집단(480)이 배치된 분리(isolation) 영역(예: 도 5의 분리 영역(530))을 포함할 수 있다. 분리 영역은 제3 도전층 (460) 및 제2 도전층(440)의 제2 부분(4611)에 형성될 수 있다. 어떤 예에 따르면, 분리 구조는, 제2 도전층(440) 및 제3 도전층(460)과 연결된 DC 신호의 입출력단에 배치되는 AC 차단 회로(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
배선 구조(210)는 직접 기판 도파관이 형성된 신호 전송 라인의 도전층들(예: 제2 도전층(440) 및 제3 도전층(460))을 전력 전송 라인으로 이용하되, 전력 전송의 그라운드로 이용되는 제1 도전층(420) 및 AC 신호와 DC 신호를 분리하는 분리 구조(예: 분리 영역, DC 차단 회로, AC 차단 회로)을 추가로 구현함으로서, 밀리미터파 대역의 신호 전송의 손실을 개선하면서, 넓은 폭과 복수의 도전층들을 통해 높은 전력을 전송할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 배선 구조(210)는 밀리미터파 대역의 신호 전송 선로를 기판 집적형 도파관(SIW(substrate integrated waveguide)) 구조로 구현하되, 다른 구성요소들 또는 전송 선로(예: 도파관)와의 연결에서 오는 구조적 불연속을 해결하기 위해 트랜지션(transition) 영역(예: 도 5의 트랜지션 영역(520))을 포함할 수 있다. 이하, 트랜지션(transition) 영역과 분리(isolation) 영역에 대해 상세히 설명하기로 한다
도 5a 및 도 5b는 제3 도전층 및 제2 도전층의의 평면도를 도시한다. 도 5a 는 도 4b 제3 도전층의 평면도이며, 도 5b는 도 4b 제2 도전층의 평면도를 도시한다
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 일 실시 예에 따르면 배선 구조(410)에 포함된 제3 도전층(460)은 제1 부분(4610)에서 도파관 영역(520), 도파관 영역(520)의 양단에서 제3 방향(③및 제4 방향(④으로 연장되는 트랜지션(transition) 영역(530,540)을 포함하고, 제2 부분(4611)에서 도파관 영역(520)의 다른 일부로부터 제1 방향(①으로 연장되는 분리(isolation) 영역(550)을 포함할 수 있다.
도파관 영역(520)은, 설정된 간격(w)으로 이격된 두 개의 전도성 비아홀 라인(via hole line)(470a, 470b)이 평행하게 배치될 수 있다. 배선 구조(410)는 비아홀 라인을 통해 구형 도파관이 형성될 수 있다.
트랜지션 영역(520,530)은 50(Ω)의 임피던스값으로 매칭하는 입출력선로(Input, ouptput Line)(521)와, 입출력선로에서 경로 변환을 위한 변환 선로(Transformer Line)(522)를 포함할 수 있다. 입출력 선로 (521) 및 변환 선로 (522)는 마이크로 스트립(mircostrip), 스트립(strip), 슬롯(slot) 선로 구조를 포함할 수 있다.
일 예로, 변환 선로(522)는 제3 도전층(460)의 도파관 영역(510)의 양단으로부터 연장하되, 일정 간격을 두고 이격된 3개의 변환 선로(522)로 배치되고 어느 하나의 변환 선로에서 연장된 하나의 입출력 선로(521)가 배치될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
배선 구조(410)는 도파관 영역(510)은 SIW 구조로 형성하되, 도파관 영역(510)과 연결되는 변환 선로(522)와 입출력선로(521)를 형성함으로써, 밀리미터파 대역 전소에 대한 신호 손실을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 신호 소스로부터 입력단을 통해 전달된 밀리미터파 대역의 신호는 입출력 선로(521)를 통과하면서 50옴(Ωohm) 임피던스로 매칭되어 출력될 수 있다. 변환 선로(522)는 임피던스 매칭된 신호와 도파관을 통해 전송되는 신호 사이의 신호를 변환하며, 전송 중단이 있는 경우, 신호 흐름을 동일한 방향으로 유지하기 위한 전이(transition)가 이루어질 수 있다.
분리 영역(530)은 신호 전송선로로 전달되는 신호(예: mmwave) 의 주파수 대역보다 더 높은 차단 주파수를 가지도록 구현된 비아홀 집단(480)을 포함할 수 있다. 분리 영역(530)에 배치된 비아홀 집단(531)은 기판 집적 도파관을 통해 전달되는 밀리미터파 대역의 신호(다시 말해, AC 신호)를 차단하는 필터 역할을 하며, AC 신호와 DC 신호가 커플링되는 것을 방지할 수 있다.
제2 도전층(440)은 도 5b에 도시된 바와 같이 제3 도전층(460)보다 상대적으로 넓은 큰 면적으로 형성될 수 있다. 제2 도전층(440)은 제3 도전층(460)과 마찬가지로 제1 부분(4610)에 두 개의 전도성 비아홀 라인(via hole line)(470a, 470b)이 평행하게 배치되고, 제2 부분(4611)에, 비아홀 집단(480)이 배치될 수 있다.
도 6은 일 실시 예에 따른 밀리미터파 대역용 배선 구조의 구성을 나타낸다.
도 6을 참조하면, 일 실시 예에 따르면 밀리미터파 대역용 배선 구조(예: 도 4의 410) 또는 배선 케이블은, 밀리미터파 대역의 신호 전송 선로 및 전력 전송 선로로서 이용되는 기판 집적 도파관 선로(611)와, 전력 전송의 DC 그라운드 패널 (612)을 포함하는 멀티 레이어(610), 선로 입력단에 배치되는 제1 신호 분리부(620), 선로출력단에 배치되는 제2 신호 분리부(630)를 포함할 수 있다.
제1 신호 분리부(620) 및 제2 신호 분리부(630)는 신호 전송 선로에서 DC 신호의 유입을 차단하는 DC 차단 회로(621,631) 및 전력 선송 선로에서 AC신호의 유입을 차단하는 AC 차단 회로(622,632)를 포함할 수 있다. DC 차단 회로(621,631)는 기판 집적 도파관 선로(611)로 이용되는 도전층들(예: 도 4의 제2 도전층(440), 제3 도전층(460))과 연결될 수 있다. AC 차단 회로(622,632)의 일부는 기판 집적 도파관 선로(611)로 이용되는 도전층들(예: 도 4의 제2 도전층(440), 제3 도전층(460))과 연결되고 다른 일부는 DC그라운드 패널(612)과 연결될 수 있다. DC 차단 회로(621,631)는 AC 캐패시터를 포함할 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니다.
어떤 실시예에 따르면, AC 차단 회로(622,632)는 DC 신호는 패스하고 AC 신호를 차단하는 회로로 구현될 수 있으나, 비아홀 집단을 통해 AC 신호를 필터링하도록 구현할 수도 있다.
다양한 실시예에 따르면, 전자 장치(예: 도 1의 전자 장치(101))에 포함된 배선 구조(예: 도 4a/4b의 배선 구조(410))는, 밀리미터파 신호 전송 및 전력을 전달하는 파워 및 전송 선로(power and transmission line)로서, 파워 및 전송 선로는, DC(direct current) 신호의 마이너스 배선과 연결되는 제1 도전층(420), 상기 제1 도전층(420) 위에 적층되는 제1 유전층(430), 상기 제1 유전층(430) 위에 적층되며, AC(alternating current) 신호의 그라운드로 접지되는 제2 도전층(440), 상기 제2 도전층(440) 위에 적층되는 제2 유전층(450), 및 상기 제2 유전층(450) 위에 적층되며, AC 신호의 입출력 포트와 DC신호의 플러스 배선과 연결되는 제3 도전층(460)을 포함하는 적층 구조로 형성되고, 상기 제3 도전층(460)은, 상기 밀리미터파 신호를 전송하는 도파관이 형성된 도파관 영역(520), 상기 도파관 영역(520)의 양단으로부터 제1 방향으로 연장되며, 밀리미터파 신호 전송 라인의 일부를 형성하는 트랜지션 영역(530,540)) 및 상기 도파관 영역의 제2 방향으로 연장되며, DC 신호와AC 신호 사이의 차단을 위한 분리(isolation) 영역(550)을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 제2 유전층은 연성 회로 기판을 포함하고, 상기 도파관은 상기 제2 유전층을 사이에 두고 상기 제2 도전층 및 제3 도전층에 두 개의 전도성 비아홀 라인이 배치되는 기판 집적 도파관(substrate integrated waveguide)으로 형성될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 제2 도전층 및 제3 도전층과 밀리미터파 신호의 전송 라인과 연결되는 입출력단에 DC 신호는 차단하고, AC 신호를 패스하는 AC 캐패시터들이 배치될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 트랜지션 영역은, 상기 도파관 영역의 양단으로부터 연장하되, 일정 간격을 두고 이격되는 적어도 복수의 변환 선로 및 복수의 변환 선로 중 적어도 하나의 선로로부터 연장되며, 50(Ω)의 임피던스값으로 매칭하는 입출력선로;를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 변환 선로 및 입출력 선로는 마이크로 스트립(mircostrip), 스트립(strip), 슬롯(slot) 선로 구조 중 적어도 하나로 구현될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 분리 영역은, 밀리미터파 대역의 주파수 보다 더 높은 차단 주파수를 가지도록 배치된 비아홀 집단을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 제3 도전층과 DC 신호의 플러스 배선과 연결되는 입출력단에 AC 신호는 차단하고 DC 신호를 패스하는 분리 회로를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 전자 장치(예: 도 1의 전자 장치(101))에 포함된 배선 구조에 있어서, 밀리미터파 신호 전송 및 전력을 전달하는 파워 및 전송 선로(power and transmission line)로서, DC 신호의 그라운드로 연결되는 그라운드 패널(612); 및 상기 그라운드 패널과 유전층을 사이에 두고 격리되며, AC 신호의 입출력단과 DC 신호의 플러스 배선과 연결되는 기판 집적 도파관 선로(611)를 포함하는 멀티 레이어(610)를 포함하고, 상기 기판 집적 도파관 선로는, 상기 밀리미터파 대역의 신호를 전달하는 도파관이 형성된 도파관 영역(520), 상기 도파관 영역의 양단으로부터 제1 방향으로 연장되며, 밀리미터파 대역의 신호를 변환시키는 트랜지션 영역(530,540) 및 상기 도파관 영역의 제2 방향에서 연장되며, DC 신호와AC 신호 사이의 차단을 위한 분리(isolation) 영역(550)을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 기판 집적 도파관 선로는, 연성 회로 기판의 제3 방향으로 배치된 상부 도전층 및 상기 연성 회로 기판의 제4 방향으로 배치된 하부 도전층에 두 개의 전도성 비아홀 라인이 배치될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 밀리미터파 신호의 전송 입출력단에 DC신호는 차단하고 AC신호를 패스하는 DC차단 회로를 더 배치될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 트랜지션 영역은, 상기 도파관 영역의 양단으로부터 연장하되, 일정 간격을 두고 이격되는 적어도 복수의 변환 선로 및 상기 복수의 변환 선로 중 적어도 하나의 선로로부터 연장되며, 50(Ω)의 임피던스값으로 매칭하는 입출력선로를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 변환 선로 및 입출력 선로는 마이크로 스트립(mircostrip), 스트립(strip), 슬롯(slot) 선로 구조 중 적어도 하나로 구현될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 분리 영역은, 밀리미터파 대역의 주파수 보다 더 높은 차단 주파수를 가지도록 배치된 비아홀 집단을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 상부도전층과 DC신호의 플러스 배선과 연결되는 입출력단에 AC 신호는 차단하고 DC 신호를 패스하는 AC 차단 회로를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 밀리미터파 대역은 37 ~45 GHz 대역의 신호를 포함할 수 있다.
도 7은 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 배선 구조의 성능을 테스트한 결과를 나타낸다.
다양한 실시 예에 따른 밀리미터파 대역용 배선 구조의 입력단과 출력단에서의 신호를 측정한 결과, 도 7에 도시된 바와 같은 AC 신호와 DC 신호와의 분리 특성을 확인할 수 있다. 도 7의 가로축은 주파수이고 세로축은 신호 크기일 수 있다. 신호 S11은 입력 반사 특성을 나타내며, 신호 S21은 순방향 전송 특성을 나타낼 수 있다. 입력 반사 특성은, 0 크기에 도달할수록 노이즈가 없는 신호일 수 있다. 신호 S11을 보면, 24GHz 부터 0크기에 도달하여 전송 특성이 우수한 것을 확인할 수 있다. 순방향 전송 특성은 마이너스 크기로 떨어질수록 AC 신호 및 DC 신호 간의 격리가 향상된 신호일 수 있다. 신호 S21을 보면, 37.5 GHz 대역에서 전송 특성이 우수한 것을 확인할 수 있다.
도 8 은 다양한 실시 예에 따른 전자 장치의 배선 구조의 성능을 테스트한 결과들을 나타낸다.
다양한 실시 예에 따른 밀리미터파 대역용 배선 구조는 다양한 위치에서 반사 특성을 측정한 결과, 도 8에 도시된 바와 같이, AC 신호와 DC 신호와의 분리 특성을 확인할 수 있다. 도 8의 8001와 8003은 도 4의 제3 도전층(460)의 신호 입력단(예: 4601)과 전력 전송의 입력단(예: 4603)에서 측정한 반사 특성 결과를 나타내며, 8002및 8004는 제3 도전층(460)의 신호 입력단(예: 4601)과 전력 전송의 출력단(예:”4604)에서 측정한 반사 특성 결과를 나타낸다. 테스트 결과, 밀리미터파 대역용 배선 구조는 밀리미터파 대역의 신호 손실이 적으면서도 DC 신호와 의 분리 (isolation) 특성이 우수한 것을 확인할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있으며, 복수의 개체 중 일부는 다른 구성요소에 분리 배치될 수도 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.

Claims (15)

  1. 전자 장치에 포함된 배선 구조에 있어서,
    밀리미터파 신호 전송 및 전력을 전달하는 파워 및 전송 선로(power and transmission line)로서, 파워 및 전송 선로는,
    DC(direct current) 신호의 마이너스 배선과 연결되는 제1 도전층,
    상기 제1 도전층 위에 적층되는 제1 유전층;
    상기 제1 유전층 위에 적층되며, AC(alternating current) 신호의 그라운드로 접지되는 제2 도전층,
    상기 제2 도전층 위에 적층되는 제2 유전층, 및
    상기 제2 유전층 위에 적층되며, 상기 AC 신호의 입출력 포트와 상기 DC 신호의 플러스 배선과 연결되는 제3 도전층을 포함하는 적층 구조로 형성되고,
    상기 제3 도전층은,
    상기 밀리미터파 신호를 전송하는 도파관이 형성된 도파관 영역;
    상기 도파관 영역의 양단으로부터 제1 방향으로 연장되며, 밀리미터파 신호 전송 라인의 일부를 형성하는 트랜지션 영역; 및
    상기 도파관 영역의 제2 방향으로 연장되며, 상기 DC 신호와 상기 AC 신호 간 차단을 위한 분리(isolation) 영역을 포함하는 배선 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 유전층은 연성 회로 기판을 포함하고,
    상기 도파관은 상기 제2 유전층을 사이에 두고 상기 제2 도전층 및 제3 도전층에 두 개의 전도성 비아홀 라인이 배치되는 기판 집적 도파관(substrate integrated waveguide)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배선 구조.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 도전층 및 제3 도전층과 밀리미터파 신호의 전송 라인과 연결되는 입출력단에 상기 DC 신호는 차단하고 상기 AC 신호를 패스하도록 구현된 AC 캐패시터들이 배치되는 배선 구조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 트랜지션 영역은,
    상기 도파관 영역의 양단으로부터 연장하되, 일정 간격을 두고 이격되는 적어도 복수의 변환 선로; 및
    복수의 변환 선로 중 적어도 하나의 선로로부터 연장되며, 50(Ω)의 임피던스값으로 매칭하는 입출력선로를 더 포함하는 배선 구조.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 변환 선로 및 입출력 선로는 마이크로 스트립(mircostrip), 스트립(strip), 슬롯(slot) 선로 구조 중 적어도 하나로 구현되는 배선 구조.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 분리 영역은,
    밀리미터파 대역의 주파수 보다 높은 차단 주파수를 가지도록 배치된 비아홀 집단을 포함하는 배선 구조.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제3 도전층과 상기 DC 신호의 플러스 배선과 연결되는 입출력단에 상기 AC 신호는 차단하고 상기 DC 신호를 패스하도록 구현된 분리 회로를 더 포함하는 배선 구조.
  8. 전자 장치에 포함된 배선 구조에 있어서,
    밀리미터파 신호 전송 및 전력을 전달하는 파워 및 전송 선로(power and transmission line)로서,
    DC 신호의 그라운드로 연결되는 그라운드 패널; 및
    상기 그라운드 패널과 유전층을 사이에 두고 격리되며, AC 신호의 입출력단과 상기 DC 신호의 플러스 배선과 연결되는 기판 집적 도파관 선로를 포함하는 멀티레이어를 포함하고,
    상기 기판 집적 도파관 선로는,
    밀리미터파 대역의 신호를 전달하는 도파관이 형성된 도파관 영역;
    상기 도파관 영역의 양단으로부터 제1 방향으로 연장되며, 상기 밀리미터파 대역의 신호를 변환시키는 트랜지션 영역; 및
    상기 도파관 영역의 제2 방향에서 연장되며, 상기 DC 신호와 상기 AC 신호 사이의 차단을 위한 분리(isolation) 영역을 포함하는 배선 구조.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기판 집적 도파관 선로는,
    연성 회로 기판의 제3 방향으로 배치된 상부 도전층 및 상기 연성 회로 기판의 제4 방향으로 배치된 하부 도전층에 두 개의 전도성 비아홀 라인이 배치된 배선 구조.
  10. 제8항에 있어서,
    밀리미터파 신호의 전송 입출력단에 DC 신호는 차단하고 AC 신호를 패스하도록 구현된 DC 차단 회로를 더 배치하는 배선 구조.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 트랜지션 영역은,
    상기 도파관 영역의 양단으로부터 연장하되, 일정 간격을 두고 이격되는 적어도 복수의 변환 선로; 및
    상기 복수의 변환 선로 중 적어도 하나의 선로로부터 연장되며, 50(Ω)의 임피던스값으로 매칭하는 입출력선로를 더 포함하는 배선 구조.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 변환 선로 및 입출력 선로는 마이크로 스트립(mircostrip), 스트립(strip), 슬롯(slot) 선로 구조 중 적어도 하나로 구현되는 배선 구조.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 분리 영역은,
    상기 밀리미터파 대역의 주파수 보다 높은 차단 주파수를 가지도록 배치된 비아홀 집단을 포함하는 배선 구조.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 상부 도전층과 상기 DC 신호의 플러스 배선과 연결되는 입출력단에 AC 신호는 차단하고 DC 신호를 패스하도록 구현된 AC 차단 회로를 더 포함하는 배선 구조.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 밀리미터파 대역은 37 ~45 GHz 대역의 신호를 포함하는 배선 구조.
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