WO2022250428A1 - 안테나 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

안테나 및 이를 포함하는 전자 장치 Download PDF

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WO2022250428A1
WO2022250428A1 PCT/KR2022/007375 KR2022007375W WO2022250428A1 WO 2022250428 A1 WO2022250428 A1 WO 2022250428A1 KR 2022007375 W KR2022007375 W KR 2022007375W WO 2022250428 A1 WO2022250428 A1 WO 2022250428A1
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pcb
present disclosure
antenna
metamaterial
board
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김영섭
정소현
백광현
이영주
이준석
하도혁
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삼성전자 주식회사
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/04—Fixed joints
    • H01P1/047—Strip line joints
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    • H01Q1/46—Electric supply lines or communication lines
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    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/0086—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices having materials with a synthesized negative refractive index, e.g. metamaterials or left-handed materials
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/065—Patch antenna array

Definitions

  • the present disclosure relates generally to a wireless communication system, and more specifically, the present disclosure relates to an antenna and an electronic device including the same in a wireless communication system.
  • the 5G communication system or the pre-5G communication system is called a beyond 4G network communication system or a long term evolution (LTE) system and a post LTE system.
  • LTE long term evolution
  • an evolved small cell an advanced small cell, a cloud radio access network (cloud RAN), and an ultra-dense network
  • D2D device to device communication
  • wireless backhaul moving network
  • cooperative communication coordinated multi-points (CoMP), and interference cancellation etc.
  • 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
  • Beamforming generally concentrates the reach area of radio waves using a plurality of antennas or increases the directivity of reception sensitivity in a specific direction.
  • a communication node may be equipped with multiple antennas.
  • An antenna including a phase shifter may include an antenna element, a power amplifier, and a phase shifter.
  • a feedline is disposed in a radio board (RU) board in a wireless communication system, and a metamaterial is disposed to reduce the length of the feedline, thereby reducing loss.
  • RU radio board
  • a module and an electronic device including the same are provided.
  • a metamaterial is disposed at a ground position below a feeding line to reduce the length of the feeding line, thereby reducing loss, and an antenna module including the same provide the device.
  • Another embodiment of the present disclosure provides an antenna module in which a metamaterial is disposed in a wireless communication system to reduce loss through impedance matching, and an electronic device including the same.
  • a radio unit (RU) module includes a plurality of antenna arrays, a first printed circuit board (PCB) corresponding to the plurality of antenna arrays, and a second PCB including a power interface, wherein the second PCB provides an antenna element with Includes a feeding line for transmitting a signal, includes a first layer formed to be spaced apart from the first surface of the feed line by a predetermined distance, and includes a second layer formed to be spaced apart from the second surface of the feed line by a predetermined distance And, the second layer includes a metamaterial that converts impedance.
  • an electronic device includes a plurality of antenna arrays, a plurality of first printed circuit board (PCB) sets corresponding to the plurality of antenna arrays, and a second PCB including a power interface, the second PCB comprising: A second layer including a feeding line for transmitting a signal to an antenna element, including a first layer formed to be spaced apart from a first surface of the feed line by a predetermined distance, and formed to be spaced apart from a second surface of the feed line by a predetermined distance. layer, and the second layer includes a metamaterial that converts impedance.
  • a metamaterial is disposed at a ground position below a feeding line to reduce the length of the feeding line, thereby reducing path loss and providing a high antenna to provide performance.
  • FIG. 1 illustrates an example of a wireless communication environment according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIGS. 2a and 2b illustrate examples of components of an electronic device according to various embodiments of the present disclosure.
  • 3a and 3b illustrate an example of a functional configuration of an electronic device according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 4A illustrates an example of a radio unit (RU) board of an electronic device according to an embodiment of the present disclosure.
  • 4B illustrates an example of an electronic device including an antenna structure according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 5 illustrates structures of a stripline transmission line and a microstrip transmission line according to an embodiment of the present disclosure and the degree of reflection and transmission of signals accordingly.
  • FIG. 6 illustrates an example of arranging the metamaterial in a structure of a metamaterial and a stripline transmission line according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 illustrates an example in which a signal is not transmitted in another direction except for signal transmission in a specific direction when a metamaterial according to an embodiment of the present disclosure is used.
  • FIG. 9 illustrates a structure of a stripline transmission line and a stripline transmission line using a meta-material according to an embodiment of the present disclosure and the degree of reflection and transmission of a signal accordingly.
  • FIG. 10 shows a diagram comparing the length of a feeder line in the case of a stripline transmission line according to an embodiment of the present disclosure and the length of a feeder line in a stripline transmission line using a metamaterial.
  • FIG. 11 illustrates a functional configuration of an electronic device having an air-based power feeding structure according to an embodiment of the present disclosure.
  • Terms that refer to parts of electronic devices used in the following description e.g., board structure, substrate, printed circuit board (PCB), flexible PCB (FPCB), module, antenna, radiator, antenna element, circuit, processor, Chip, component, device
  • term referring to the shape of a part e.g. structure, structure, support, contact, protrusion, opening
  • term referring to the connection between structures e.g. connection line, feeding line, Connections, contacts, feeding points, feeding units, supports, contact structures, conductive members, assemblies
  • terms referring to circuits e.g. PCB, FPCB, signal lines, feed lines, data lines) (data line), RF signal line, antenna line, RF path, RF module, RF circuit) and the like are illustrated for convenience of explanation.
  • FIG. 1 illustrates an example of a wireless communication environment according to an embodiment of the present disclosure.
  • a base station 110 a terminal 120 , and a terminal 130 are illustrated as some of nodes using a radio channel in a wireless communication system.
  • FIG. 1 shows only one base station, other base stations identical or similar to the base station 110 may be further included.
  • Base station 110 is a network infrastructure that provides wireless access to terminals 120 and 130 .
  • the base station 110 has coverage defined as a certain geographical area based on a distance over which signals can be transmitted.
  • the base station 110 includes an 'access point (AP)', an 'eNodeB (eNB)', a '5G node (5th generation node)', and a 'wireless point' in addition to a base station.
  • AP 'access point
  • eNB 'eNodeB
  • 5th generation node 5th generation node
  • TRP 'transmission/reception point
  • Each of the terminal 120 and terminal 130 is a device used by a user and communicates with the base station 110 through a radio channel. In some cases, at least one of the terminal 120 and the terminal 130 may be operated without user intervention. For example, at least one of the terminal 120 and the terminal 130 is a device that performs machine type communication (MTC) and may not be carried by a user.
  • MTC machine type communication
  • Each of the terminal 120 and the terminal 130 is a 'user equipment (UE)', a 'mobile station', a 'subscriber station', a 'customer premises device' ( customer premises equipment (CPE), 'remote terminal', 'wireless terminal', 'electronic device', or 'user device' or equivalent technical meaning may be referred to by other terms.
  • the base station 110, terminal 120, and terminal 130 may transmit and receive wireless signals in a mmWave band (eg, 28 GHz, 30 GHz, 38 GHz, and 60 GHz).
  • a mmWave band eg, 28 GHz, 30 GHz, 38 GHz, and 60 GHz.
  • the base station 110, the terminal 120, and the terminal 130 may perform beamforming.
  • beamforming may include transmit beamforming and receive beamforming.
  • the base station 110, the terminal 120, and the terminal 130 may assign directivity to a transmitted signal or a received signal.
  • the base station 110 and the terminals 120 and 130 may select serving beams 112, 113, 121 and 131 through a beam search or beam management procedure. .
  • communication may be performed through a resource having a quasi co-located (QCL) relationship with a resource transmitting the serving beams 112, 113, 121, and 131.
  • QCL quasi co-located
  • the base station 110 or the terminals 120 and 130 may include an antenna array.
  • Each antenna included in the antenna array may be referred to as an array element or an antenna element.
  • the antenna array is shown as a two-dimensional planar array in the present disclosure, this is only one embodiment of the present disclosure and does not limit other embodiments of the present disclosure.
  • the antenna array may be configured in various forms such as a linear array or a multilayer array.
  • An antenna array may be referred to as a massive antenna array.
  • the antenna array may include a plurality of sub arrays including a plurality of antenna elements.
  • the terminal 120 and terminal 130 illustrated in FIG. 1 may support vehicle communication.
  • the LTE system uses V2X (vehicle to everythin) technology (eg, V2V (vehicle to vehicle), V2I (vehicle to infrastructure), etc.) technology based on a device-to-device (D2D) communication structure.
  • V2X vehicle to everythin
  • V2V vehicle to vehicle
  • V2I vehicle to infrastructure
  • D2D device-to-device
  • the standardization work for was completed in 3GPP release 14 and release 15, and efforts are currently underway to develop V2X technology based on 5G NR.
  • NR V2X supports unicast communication between terminals, groupcast (or multicast) communication, and broadcast communication between terminals.
  • FIG. 2A and 2b illustrate examples of components of an electronic device according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 2A shows internal components constituting the electronic device
  • FIG. 2B shows top, bottom, and side surfaces of the electronic device.
  • the electronic device may include a radome cover 201, an RU housing 203, a DU cover 205, and an RU 210.
  • the RU 210 may include an antenna module and RF components 213 for the antenna module.
  • the RU 210 may include an antenna module having an air-based power feeding structure according to embodiments of the present disclosure described later.
  • the antenna module may include a BGA module antenna.
  • the RU 210 may include an RU board 215 on which RF components 213 are mounted.
  • the electronic device may include the DU 220.
  • the DU 220 may include an interface board 221 , a modem board 223 , and a CPU board 225 .
  • the electronic device may include a power module 230, a GPS 240, and a DU housing 250.
  • a diagram 260 shows a view of the electronic device viewed from above.
  • Drawing 261 , drawing 263 , drawing 265 , and drawing 267 show views of the electronic device viewed from the left, front, right, and rear, respectively.
  • Drawing 270 shows a bottom view of the electronic device.
  • An electronic device may include an access unit.
  • the access unit may include an RU 310, a DU 320, and a DC/DC module.
  • An RU 310 according to an embodiment of the present disclosure may refer to an assembly in which antennas and RF components are mounted.
  • the DU 320 according to embodiments of the present disclosure is configured to process a digital radio signal, encrypt a digital radio signal to be transmitted to the RU 310, or decode a digital radio signal received from the RU 310. can be configured.
  • the DU 320 may be configured to communicate with an upper node (eg, a centralized unit (CU)) or a core network (eg, 5GC, EPC) by processing packet data.
  • an upper node eg, a centralized unit (CU)
  • a core network eg, 5GC, EPC
  • the RU 310 may include a plurality of antenna elements.
  • RU 310 may include one or more array antennas.
  • an array antenna may be configured as a planar antenna array.
  • An array antenna may correspond to one stream.
  • An array antenna may include a plurality of antenna elements corresponding to one transmission path (or reception path).
  • an array antenna may include 256 antenna elements configured in a 16x16 array.
  • the RU 310 may include RF chains for processing signals of each array antenna.
  • RF chains may be referred to as 'RFAs'.
  • the RFA may include RF components (eg, a phase shifter and a power amplifier) and a mixer for beamforming.
  • the mixer of the RFA may be configured to downconvert an RF signal at an RF frequency to an intermediate frequency or upconvert a signal at an intermediate frequency to a signal at an RF frequency.
  • one set of RF chains may correspond to one array antenna.
  • the RU 310 may include 4 RF chain sets for 4 array antennas.
  • a plurality of RF chains may be connected to a transmit path or a receive path through a divider (eg, 1:16).
  • RF chains may be implemented as an RFIC.
  • the RFIC may process and generate RF signals supplied to a plurality of antenna elements.
  • the RU 310 may include a digital analog front end (DAFE) and 'RFB'.
  • a DAFE may be configured to convert digital and analog signals to and from each other.
  • the RU 310 may include two DAFEs (DAFE #0 and DAFE #1).
  • a DAFE may be configured to upconvert a digital signal (ie, DUC) and convert the upconverted signal to an analog signal (ie, DAC) in the transmit path.
  • a DAFE may be configured to convert an analog signal to a digital signal (ie ADC) and downconvert the digital signal (ie DDC) in the receive path.
  • RFB may include mixers and switches corresponding to transmit and receive paths.
  • the mixer of the RFB may be configured to upconvert a baseband frequency to an intermediate frequency or downconvert a signal at an intermediate frequency to a signal at a baseband frequency.
  • a switch may be configured to select one of a transmit path and a receive path.
  • the RU 310 may include two RFBs (RFB #0 and RFB #1).
  • the RU 310 is a controller and may include a field programmable gate array (FPGA).
  • FPGA refers to a semiconductor device that includes designable logic devices and programmable internal circuitry. Communication with the DU 320 may be performed through SPI (Serial Peripheral Interface) communication.
  • SPI Serial Peripheral Interface
  • the RU 310 may include an RF local oscillator (LO).
  • the RF LO can be configured to supply a reference frequency for either up-conversion or down-conversion.
  • the RF LO may be configured to provide frequencies for up-conversion or down-conversion of the RFB described above.
  • the RF LO may supply reference frequencies to RFB #0 and RFB #1 through a 2-way divider.
  • the RF LO may be configured to provide frequencies for up-conversion or down-conversion of the RFAs described above.
  • the RF LO can supply a reference frequency to each RFA (8 for each RF chain, for each polarization group) through a 32-way divider.
  • the RU 310 may include a DAFE block 311, an IF up/down converter 313, a beamformer 315, an array antenna 317, and a control block 319.
  • the DAFE block 311 may convert a digital signal into an analog signal or convert an analog signal into a digital signal.
  • the IF up/down converter 313 may correspond to RFB.
  • the IF up/down converter 313 may convert a baseband frequency signal into an IF frequency signal or convert an IF frequency signal into a baseband frequency signal based on a reference frequency supplied from the RF LO.
  • the beamformer 315 may correspond to RFA.
  • the beamformer 315 may convert an RF frequency signal into an IF frequency signal or convert an IF frequency signal into an RF frequency signal based on a reference frequency supplied from the RF LO.
  • the array antenna 317 may include a plurality of antenna elements. Each antenna element of the array antenna 317 may be configured to radiate a signal processed through the RFA. The array antenna 317 may be configured to perform beamforming according to the phase applied by the RFA.
  • the control block 319 may control each block of the RU 310 to perform commands from the DU 320 and the signal processing described above.
  • a base station is illustrated as an example of an electronic device in FIGS. 2A, 2B, 3A, and 3B, various embodiments of the present disclosure are not limited to the base station. Various embodiments of the present disclosure may be applied to electronic devices for radiating radio signals as well as base stations composed of DUs and RUs.
  • a TR/RX switch eg, SPDT switch
  • Adding a switch causes an increase in insertion loss. For example, there is a problem in that Tx performance is deteriorated by 4 dB and Rx performance is degraded by 3.6 dB based on the same antenna array.
  • a compensation method of about 1 dB loss is required.
  • an additional compensation method is required.
  • various embodiments of the present disclosure propose an antenna module for improving a feeling loss of an antenna and an electronic device including the same.
  • an antenna module having a disposition structure for achieving low loss along with unit cost reduction and an electronic device including the same.
  • Various embodiments of the present disclosure propose an antenna structure and an electronic device including the same for providing high transmission performance by supporting dual bands and simultaneously reducing power supply loss in each band.
  • various embodiments of the present disclosure propose an antenna structure for increasing reliability in mass production and an electronic device including the antenna structure through the arrangement of a grid array that is robust to bending characteristics.
  • FIG. 4A illustrates an example of a radio unit (RU) board of an electronic device according to an embodiment of the present disclosure.
  • the electronic device includes a PCB (hereinafter referred to as a first PCB) on which an antenna is mounted, array antennas, and components for signal processing (eg, connector, direct current (DC)/DC converter, DFE). ) refers to a structure in which a PCB (hereinafter referred to as a second PCB) to be mounted is separated and disposed.
  • the first PCB may be referred to as an antenna board, antenna board, radiating board, radiating board, or RF board.
  • the second PCB may be referred to as an RU board, main board, power board, mother board, package board, or filter board.
  • the RU board may include components for transmitting a signal to a radiator (eg, an antenna).
  • a radiator eg, an antenna
  • one or more antenna PCBs ie, first PCBs
  • one or more array antennas may be mounted on the RU board.
  • two array antennas may be mounted on an RU board.
  • the array antennas may be disposed in symmetric positions on the RU board (405).
  • the array antennas may be disposed on one side (eg, left) on the RU board, and the RF components described later may be disposed on the other side (eg, right) ( 415).
  • Two array antennas may be disposed for each band to support dual bands, and array antennas mounted on the RU board may be configured to support 2-transmit 2-receive (2T2R).
  • the RU board may include components for supplying an RF signal to the antenna.
  • the RU board may include one or more DC/DC converters.
  • a DC/DC converter may be used to convert direct current to direct current.
  • an RU board may include one or more local oscillators (LOs).
  • An LO can be used to provide a reference frequency for upconversion or downconversion in an RF system.
  • an RU board may include one or more one or more connectors. Connectors may be used to transmit electrical signals.
  • the RU board may include one or more dividers. Dividers can be used to distribute and multipath the input signal.
  • the RU board may include one or more low-dropout regulators (LDOs).
  • LDO low-dropout regulators
  • the RU board may include one or more voltage regulator modules (VRMs).
  • VRM may refer to a module for ensuring that an appropriate voltage is maintained.
  • an RU board may include one or more digital front ends (DFEs).
  • the RU board may include one or more radio frequency programmable gain amplifiers (FPGAs).
  • the RU board may include one or more intermediate frequency (IF) processors.
  • IF intermediate frequency
  • a radio unit (RU) board 440 of FIG. 4B may include a structure corresponding to the RU 310 of FIG. 3B.
  • the RU board 440 of FIG. 4B may include elements and components included in the RU 310 of FIG. 3B, may not include some of them, or may further include other elements.
  • the electronic device 400 including one first radiator 411 and one second radiator 421 is illustrated, but the present disclosure is not limited thereto.
  • the electronic device 400 includes a first printed circuit board (PCB) 410, an antenna unit 420, a frame structure 430, an RU board 440, and a package board. board) 450 and a radio frequency integrated circuit (RFIC) 460.
  • the first PCB 410 and the antenna unit 420 may mean the antenna PCB of FIG. 3 as described above.
  • the first PCB 410 may be disposed between the RU board 440 and the frame structure 430 .
  • the first PCB 410 may receive signals from the RFIC 460 through the RU board 440 by being disposed between the RU board 440 and the frame structure 430 .
  • transmission of a signal may mean feeding.
  • the first radiator 411 may receive a signal supplied from the RU board 440 .
  • the present disclosure is not limited thereto.
  • the first radiator 411 may be spaced apart from the second radiator 421 by the frame structure 430 and may transmit a fed signal to the spaced first metal patch 421 .
  • the first radiator 411 may radiate signals received from the RU board 440 to other electronic devices.
  • the antenna unit 420 may be disposed at an upper end of the frame structure 430 . That is, the antenna unit 420 may be spaced apart from the first PCB 410 by the frame structure 430 . An air layer may be formed between the antenna unit 420 and the first PCB 410 by the frame structure 430 .
  • the antenna unit 420 may be an in-case FPCB antenna.
  • the antenna unit 420 may include a second radiator 421 .
  • the second radiator 421 may radiate the powered signal. In other words, the second radiator 421 may receive the supplied signal from the first radiator 411 and radiate it.
  • the electronic device 400 can transmit and receive signals more efficiently than before through two stacked radiators (eg, a first radiator and a second radiator). For example, the electronic device 400 may transmit/receive a signal having a wider bandwidth through spaced radiators.
  • the frame structure 430 may be disposed between the first PCB 410 and the antenna unit 420 .
  • an air layer may be formed.
  • the frame structure 430 may be disposed not to interfere with radiation of the first radiator 411 and the second radiator 421 .
  • the frame structure 430 may be disposed not to overlap with the first radiator 411 and the second radiator 421 .
  • the frame structure 430 may be formed of a conductive member or a non-conductive member.
  • the frame structure 430 may be formed of a metal that is a conductive member.
  • the frame structure 430 may be formed of a non-conductive material such as plastic by injection molding.
  • the RU board 440 may be disposed between the first PCB 410 and the package board 450 .
  • the RU board 440 may be connected to the first PCB 410 by a coupler or a connector, and may be connected to the package board 450 and a grid array (eg, ball grid array (BGA) , LGA (land grid array)) can be connected.
  • the RU board 440 may include a power interface and may be referred to as a second PCB 440 .
  • the second PCB 440 may include a feeding line 441 .
  • a first ground 443 may be disposed at an upper end of the feed line 441
  • a second ground 445 may be disposed at a lower end of the feed line 441
  • the power supply line 441 included in the second PCB 440 means a transmission line for transferring an RF signal transmitted from the RFIC 460 through the package board 450 to the first PCB 410.
  • the package board 450 may be disposed between the second PCB 440 and the RFIC 460 . Also, the package board 450 may be connected to the second PCB 440 through a grid array.
  • the grid array may be a ball grid array (BGA) or a land grid array (LGA).
  • the package board 450 may be connected to the RFIC 460 by soldering. The package board 450 may transmit the RF signal processed by the RFIC 460 to the second PCB 440 .
  • the RFIC 460 may include a plurality of RF components for processing RF signals.
  • the RFIC 460 may include a power amplifier, a mixer, an oscillator, a digital to analog converter (DAC), an analog to digital converter (ADC), and the like.
  • the RFIC 460 may process an RF signal in order to transmit or receive a target signal in the electronic device 400, and the RF signal processed in the RFIC 460 may be converted to a package board ( 450), the second PCB 440, the first PCB 410, the antenna unit 420, and the plurality of second radiators 421 may be transmitted or received.
  • the power supply line 441 included in the second PCB 440 may have a relatively low impedance due to the first ground 443 and the second ground 445, so that the impedance matching For matching, there may be cases in which the length of the feed line 441 is excessively increased. In this case, loss may occur due to an excessive increase in the length of the power supply line 441 .
  • a metamaterial may refer to a material artificially placed in a small area or volume shorter than the wavelength of a radio wave.
  • Metamaterial is a microscopic optical element, that is, a meta atom designed as a dielectric material composed of an aggregate of complex elements formed from common materials such as metal or plastic made with a size much smaller than the wavelength of light to realize characteristics that do not exist in nature.
  • (Meta Atom) is a material composed of periodic arrangement. Essentially, metamaterials have a negative index of refraction and can refract light the moment it hits it, making it appear as if the object doesn't exist.
  • Metamaterials can be designed to interact with light and sound waves in ways that natural materials cannot, and have new applications such as high-performance lenses, efficient miniature antennas, and ultra-sensitive sensors. Metamaterials can cut the propagation of not only light but also general waves such as electromagnetic waves and sound waves, so they can develop stealth functions. By using metamaterials, electronic devices can adjust the direction of radio waves in a desired direction, or absorb or scatter radio waves, unlike general materials that can be obtained in nature. When using such a metamaterial, a high-efficiency antenna can be manufactured with a higher antenna gain and lower attenuation by a side lobe.
  • the feed line 441 of the second PCB 440 may have an electronic bandgap (EBG) structure, and a signal for a specific direction within the frequency of the EBG may be formed through the EBG structure. It has the effect of preventing flow. Through this function, impedance can be increased, so that it can serve as an impedance transformer and convert impedance. In this case, there is no need to excessively increase the length for impedance matching, and no loss occurs due to the excessive increase in the length of the feeder line 441, so path loss can be alleviated.
  • EBG electronic bandgap
  • a connection relationship between components may be exemplary. That is, a structure different from the structure shown in FIG. 4B (eg, a connection method between an RU board and a package board, an RFIC connection method, and a vertical PTH within the RU board) can be used as an embodiment of the present disclosure. .
  • FIG. 5 illustrates structures of a stripline transmission line and a microstrip transmission line according to an embodiment of the present disclosure and the degree of reflection and transmission of signals accordingly.
  • an RU board 510 shows an example of a stripline transmission line.
  • the RU board 510 of the stripline transmission line may include a structure corresponding to the RU 310 of FIG. 3B.
  • the RU board 510 of the stripline transmission line of FIG. 5 may include elements and components included in the RU 310 of FIG. 3B , may not include some of them, or may further include other elements.
  • the RU board 510 of the stripline transmission line may be the second PCB 440 of FIG. 4B.
  • the RU board 510 of the stripline transmission line may include a feeding line 511 .
  • a first ground 513 may be disposed at an upper end of the feed line 511
  • a second ground 515 may be disposed at a lower end of the feed line 511
  • the feed line 511 included in the RU board 510 of the stripline transmission line is a transmission line for transferring an RF signal transmitted from the RFIC 460 through the package board 450 to the first PCB 410 can mean
  • the feed line 511 included in the RU board 510 of the stripline transmission line may have relatively low impedance by the first ground 513 and the second ground 515, so for impedance matching, the feed line There may be cases where the length of 511 is excessively extended.
  • the Smith chart 520 of FIG. 5 shows an example of performance impact according to one embodiment of the RU board 510 of a stripline transmission line.
  • reflection may be small if it is included in the dotted line circle, and reflection may be large if it is out of the dotted line circle.
  • the lines deviating from the dotted circle are 1 mm and 2 mm. 2.5 mm.
  • the lines included in the dotted circle are 1.5 mm and 3.5 mm.
  • graph 530 Referring to the graph 530 of FIG. 5, when included in the dotted line circle, the reflection coefficient is less than -10dB, so it can be confirmed that the reflection is small and well transmitted. When not included in the dotted circle, the reflection coefficient is -10dB It is higher, so it can be confirmed that the reflection is good. In the case of -10dB, it means that when 10 is added, 9 can pass. Through this, since it is lower than -10 dB only for the lengths of 1.5 mm and 3.5 mm in the stripline transmission line, it can be confirmed that transmission is good only in the case of these lengths, and only transmission lines of these lengths can be used.
  • the RU board 540 of the microstrip transmission line of FIG. 5 may include a structure corresponding to the RU 310 of FIG. 3B.
  • the RU board 540 of the microstrip transmission line of FIG. 5 may include elements and components included in the RU 310 of FIG. 3B , may not include some of them, or may further include other elements.
  • the RU board 540 of the microstrip transmission line may include a feeding line 541 .
  • the first ground 543 may be disposed at an upper end of the feed line 541 , but the ground is not disposed at a lower end of the feed line 541 .
  • the impedance may be relatively higher than that of the stripline transmission line, and thus impedance matching may be performed.
  • impedance matching can be achieved, so there is no need to excessively increase the length, and loss due to excessive extension of the length of the feeder line does not occur, so path loss can be mitigated. .
  • This can be confirmed in the Smith chart (550) and graph (560).
  • the Smith chart 550 of FIG. 5 shows an example of the performance impact according to one embodiment of the RU board 540 of the microstrip transmission line.
  • reflection may be small if it is included in the dotted line circle, and reflection may be large if it is out of the dotted line circle.
  • the RU board 540 of the microstrip transmission line it can be seen that all lines are included in a circle. This can be seen in more detail in graph 560 . Referring to the graph 560 of FIG. 5, when it is included in the dotted line circle, the reflection coefficient is less than -10dB, so it can be confirmed that the reflection is small and well transmitted, and when it is not included in the dotted line circle, the reflection coefficient is -10dB It is higher, so it can be confirmed that the reflection is good. In the case of -10dB, it means that when 10 is added, 9 can pass. Through this, it can be shown that a transmission line of any length can be used in a microstrip transmission line, unlike a stripline transmission line.
  • Microstrip transmission lines do not have specific lengths like stripline transmission lines. Therefore, there is no need to excessively increase the length for impedance matching, and loss due to excessive extension of the length of the feeder line does not occur, so path loss can be alleviated.
  • the PCB actually has a layered structure, it is difficult to remove the bottom ground. In case of removal, it is difficult to use a microstrip transmission line because the PCB must be very thick and can be bent in terms of durability.
  • a metamaterial if a metamaterial is used, the same effect as when using a microstrip transmission line can be obtained. Therefore, with respect to FIGS. 6 to 12, a case where the same effect as when using a microstrip transmission line using a metamaterial is described.
  • FIG. 6 illustrates an example of arranging the metamaterial in a structure of a metamaterial and a stripline transmission line according to an embodiment of the present disclosure.
  • a three-dimensional view 610 shows an arrangement relationship between a PCB, a ground, and a metamaterial.
  • the three-dimensional view 610 it can be seen that by disposing the metamaterial between the PCB and the GROUND, the feeding line is prevented from moving up and down.
  • the three-dimensional view 620 it can be confirmed that the arrangement is repeated for a specific structure. Metamaterials, as shown in the figure, can be expressed in a form in which a specific structure is repeated, and in this case, it is possible to artificially have the characteristics of other media. Its properties are determined by the shape of the repeating structure.
  • a metamaterial is disposed at a location of the second ground with respect to the same structure as the stripline transmission line. Through this, as indicated by an arrow in the cross-sectional view 630, a signal transmitted in a downward direction is blocked.
  • the same operation can be performed on the stripline transmission line as in the case of a microstrip transmission line without a ground.
  • an EBG structure may be formed, and there is an effect of preventing a signal for a specific direction from flowing within a frequency of the EBG through the EBG structure. This EBG structure is illustrated in FIG. 7 .
  • FIG. 7 illustrates that, when using a metamaterial according to an embodiment of the present disclosure, a signal is not transmitted in another direction except for transmission in a specific direction.
  • a first transmission mode (frequency less than 3 GHz) and a second transmission mode (frequency greater than 5 GHz) may exist outside the band gap frequency.
  • a first transmission mode (frequency less than 3 GHz) and a second transmission mode (frequency greater than 5 GHz) may exist outside the band gap frequency.
  • no other transmission mode can exist, and only a quasi transverse electromagnetic (TEM) transmission mode can exist.
  • TEM quasi transverse electromagnetic
  • Graph 730 represents this as the s parameter versus frequency.
  • a cross-sectional view 810 is a stripline transmission line, and since a signal is transmitted to the right while moving up and down in a feeder line, it can be seen that impedance is reduced and impedance matching is not good.
  • the cross section 820 by disposing the metamaterial only on the second ground on the existing stripline transmission line, as in the case of the microstrip in the cross section 830, the signal is transmitted to the right while moving only upward in the feed line, so the impedance can increase. have. In this case, it can be confirmed that impedance matching can be achieved even when a line having a free length is used. Therefore, there is no need to excessively increase the length, and loss due to excessive extension of the length of the feeder line does not occur, so path loss can be alleviated.
  • FIG. 9 illustrates a structure of a stripline transmission line and a stripline transmission line using a meta-material according to an embodiment of the present disclosure and the degree of reflection and transmission of a signal accordingly.
  • the RU board 910 of the stripline transmission line may have a structure corresponding to the RU 310 of FIG. 3B.
  • the RU board 910 of the stripline transmission line of FIG. 9 may include elements and components included in the RU 310 of FIG. 3B , may not include some of them, or may further include other elements.
  • the RU board 910 of the stripline transmission line may be the second PCB 440 of FIG. 4 .
  • the RU board 910 of the stripline transmission line may include a feeding line 911 .
  • a first ground 913 may be disposed at an upper end of the feed line 911
  • a second ground 915 may be disposed at a lower end of the feed line 911 .
  • the feed line 911 included in the RU board 910 of the stripline transmission line is a transmission line for transferring an RF signal transmitted from the RFIC 460 through the package board 450 to the first PCB 410 can mean
  • the feed line 911 included in the RU board 910 of the stripline transmission line may have relatively low impedance by the first ground 913 and the second ground 915, so for impedance matching, the feed line There may be cases where the length of 911 is excessively extended. Since this is transmitted while moving up and down the first ground 913 and the second ground 915 in the feeder line 911, the impedance is relatively low. In this case, loss may occur due to an excessive increase in the length of the power supply line 911 .
  • FIG. 9 shows an example of the performance impact according to one embodiment of the RU board 910 of a stripline transmission line.
  • the lines deviating from the dotted circle are 1 mm and 2 mm. 2.5 mm. 3 mm, and the lines included in the dotted circle are 1.5 mm and 3.5 mm. This can be seen in more detail in graph 530 .
  • the reflection coefficient is less than -10dB, so it can be confirmed that the reflection is small and well transmitted.
  • the RU board 940 of the stripline transmission line utilizing the metamaterial of FIG. 9 may include a feeding line 941 .
  • a first ground 943 may be disposed at an upper end of the feed line 941
  • a metamaterial 945 may be disposed at a lower end of the feed line 941 instead of a second ground.
  • the feed line 941 included in the RU board 940 of the stripline transmission line utilizing the metamaterial of FIG. 9 does not move downward when a signal is transmitted from the feed line 941 by the EBG structure of the meta material. Since the signal is transmitted while moving only upward, there is the same effect as if only the first ground 943 exists like a microstrip transmission line.
  • the impedance may be relatively higher than that of the stripline transmission line, so that impedance matching may be achieved.
  • impedance matching can be achieved, so there is no need to excessively increase the length, and loss due to excessive extension of the length of the feeder line does not occur, so path loss can be mitigated. .
  • a Smith chart 950 of FIG. 9 shows an example of the performance effect according to an embodiment of the RU board 940 of a stripline transmission line using a metamaterial. In the Smith chart 950, reflection may be small if it is included in the dotted line circle, and reflection may be large if it is out of the dotted line circle.
  • FIG. 10 shows a diagram comparing the length of a feeder line in the case of a stripline transmission line according to an embodiment of the present disclosure and the length of a feeder line in a stripline transmission line using a metamaterial.
  • a three-dimensional view and a cross-sectional view 1010 show the case of a stripline transmission line, and the length of the feeder line used at this time is expressed.
  • impedance may be low, so only a specific length of feeder line can be used for impedance matching. Therefore, there may be cases in which the length of the feed line is excessively increased for impedance matching. In this case, loss may occur due to an excessive extension of the length of the feeder line.
  • the three-dimensional view and cross-sectional view 1020 how the length of the feeder line is shortened when a stripline transmission line using a metamaterial is used and a stripline transmission line using a metamaterial is used.
  • the impedance may be relatively high compared to the stripline transmission line, and thus impedance matching may be achieved.
  • impedance matching can be achieved, so there is no need to excessively increase the length, and loss due to excessive extension of the length of the feeder line does not occur, so path loss can be mitigated. . Therefore, as shown in the three-dimensional view and the cross-sectional view 1020, impedance matching is achieved, and signals can be transmitted without reflection even when a short-length power supply line is used.
  • FIG. 11 illustrates a functional configuration of an electronic device having an air-based power feeding structure according to an embodiment of the present disclosure.
  • the air-based power supply structure is a board on which an antenna for radiation is disposed (ie, an antenna board) and a board on which RF components (eg, an RF signal line, a power amplifier, and a filter) are disposed (ie, an RU) board or main board) means a structure in which a feeder line is formed in an air layer formed between
  • a power supply line may be formed on at least one of the lowermost layer of the antenna board or the uppermost layer of the main board.
  • the electronic device 1110 may be either the base station 110 or the terminal 120 of FIG. 1 .
  • the electronic device 1110 may be base station equipment supporting mmWave communication (eg, Frequency Range 2 of 3GPP). Not only the antenna structure itself mentioned through FIGS. 1, 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b, and 5 to 10, but also an electronic device including the same, according to various embodiments of the present disclosure. included in The electronic device 1110 may include RF equipment having an air-based power feeding structure.
  • mmWave communication eg, Frequency Range 2 of 3GPP
  • the electronic device 1110 may include an antenna unit 1111, a power interface unit 1112, a radio frequency (RF) processing unit 1113, and a control unit 1114.
  • RF radio frequency
  • the antenna unit 1111 may include multiple antennas.
  • the antenna performs functions for transmitting and receiving signals through a radio channel.
  • the antenna may include a radiator formed of a conductor or a conductive pattern formed on a substrate (eg, PCB).
  • the antenna may radiate the up-converted signal on a wireless 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 1111 may include an antenna array in which a plurality of antenna elements form an array.
  • the antenna unit 1111 may be electrically connected to the power interface unit 1112 through RF signal lines.
  • the antenna unit 1111 may be mounted on a PCB including a plurality of antenna elements. According to an embodiment of the present disclosure, the antenna unit 1111 may be mounted on the FPCB.
  • the antenna unit 1111 may provide the received signal to the power interface unit 1112 or may radiate the signal provided from the power interface unit 1112 into the air.
  • the power interface unit 1112 may include modules and components.
  • the power interface unit 1112 may include one or more IFs.
  • the power interface unit 1112 may include one or more LOs.
  • the power interface unit 1112 may include one or more LDOs.
  • the power interface unit 1112 may include one or more DC/DC converters.
  • the power interface unit 1112 may include one or more DFEs.
  • the power interface unit 1112 may include one or more FPGAs.
  • the power interface unit 1112 may include one or more connectors.
  • the power interface unit 1112 may include a power supply.
  • the power interface unit 1112 may include mounting areas for one or more antenna modules.
  • the power interface unit 1112 may include a plurality of antenna modules to support MIMO communication.
  • An antenna module according to the antenna unit 1111 may be mounted in the corresponding region.
  • the power interface unit 1112 may include a filter.
  • the filter may perform filtering to transfer a signal of a desired frequency.
  • the power interface unit 1112 may include a filter.
  • the filter may perform a function of selectively identifying a frequency by forming a resonance.
  • the power interface unit 1112 may include at least one of a band pass filter, a low pass filter, a high pass filter, or a band reject filter. have.
  • the power interface unit 1112 may include RF circuits for obtaining a signal of a frequency band for transmission or a frequency band for reception.
  • the power interface unit 1112 may electrically connect the antenna unit 1111 and the RF processing unit 1113.
  • the RF processing unit 1113 may include a plurality of RF processing chains.
  • An RF chain may include a plurality of RF elements.
  • RF components may include amplifiers, mixers, oscillators, DACs, ADCs, and the like.
  • an RF processing chain may refer to an RFIC.
  • the RF processing unit 1113 includes an up converter for up-converting a base band digital transmission signal to a transmission frequency, and a DAC for converting the up-converted digital transmission signal into an analog RF transmission signal. (digital-to-analog converter).
  • the upconverter and DAC form part of the transmit path.
  • the transmit path may further include a power amplifier (PA) or coupler (or combiner).
  • PA power amplifier
  • coupler or combiner
  • the RF processor 1113 includes an analog-to-digital converter (ADC) that converts an analog RF received signal into a digital received signal and a down converter that converts the digital received signal into a baseband digital received signal. ) may be included.
  • ADC analog-to-digital converter
  • the ADC and down converter form part of the receive path.
  • the receive path may further include a low-noise amplifier (LNA) or a coupler (or divider).
  • LNA low-noise amplifier
  • RF components of the RF processing unit may be implemented on a PCB.
  • the base station 1110 may include a structure in which an antenna unit 1111, a power interface unit 1112, and an RF processing unit 1113 are stacked in this order.
  • Antennas, RF components of the power interface unit, and RFICs may be implemented on separate PCBs, and filters may be repeatedly fastened between PCBs to form a plurality of layers.
  • the controller 1114 may control overall operations of the electronic device 1110.
  • the controller 1114 may include various modules for performing communication.
  • the control unit 1114 may include at least one processor such as a modem.
  • the controller 1114 may include modules for digital signal processing.
  • the controller 1114 may include a modem.
  • the controller 1114 generates complex symbols by encoding and modulating the transmission bit stream.
  • the control unit 1114 restores the received bit stream by demodulating and decoding the baseband signal.
  • the control unit 1114 may perform protocol stack functions required by communication standards.
  • FIG. 11 shows a functional configuration of an electronic device 1110 as equipment for which the antenna structure of the present disclosure can be utilized.
  • the example shown in FIG. 11 is an RF according to various embodiments of the present disclosure described through FIGS. 1, 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b, and FIGS. 5 to 10
  • an antenna module including an antenna structure, communication equipment having other configurations, and an antenna structure itself may also be understood as embodiments of the present disclosure.
  • a first printed circuit board corresponding to the plurality of antenna arrays
  • a first layer including a second PCB including a power interface wherein the second PCB includes a feeding line for transmitting a signal to an antenna element, and is spaced apart from a first surface of the feeding line by a predetermined distance.
  • the second layer may include a metamaterial for converting impedance.
  • the second PCB may be a RU module having a stripline structure.
  • the second PCB may be a RU module capable of reducing the length of the feed line due to the metamaterial.
  • the second PCB may be a RU module having the same properties as a microstrip line due to the metamaterial.
  • the metamaterial may be an RU module forming an electronic bandgap (EBG).
  • EBG electronic bandgap
  • the signal may be transmitted in a direction parallel to the first layer direction and the feed line by the metamaterial, the RU module.
  • the first layer may be a ground, RU module.
  • the metamaterial may be a RU module having a structure in which a specific structure is repeatedly arranged.
  • it may be an RU module in which the length of the feeder line is determined according to the impedance.
  • it may be an RU module that allows only signals of a specific frequency to be transmitted by the EBG.
  • an electronic device may include a plurality of antenna arrays; a plurality of first printed circuit board (PCB) sets corresponding to the plurality of antenna arrays; and a second PCB including a power interface, wherein the second PCB includes a feeding line for transmitting a signal to an antenna element, and is spaced apart from a first surface of the feeding line by a predetermined distance.
  • a second layer formed to be spaced apart from a second surface of the feeder line by a predetermined interval, and the second layer may include a metamaterial that converts impedance.
  • the second PCB may be an electronic device having a stripline structure.
  • the second PCB may be an electronic device capable of reducing the length of the power supply line due to the metamaterial.
  • the second PCB may be an electronic device having the same properties as a microstrip line due to the metamaterial.
  • the metamaterial may be an electronic device forming an electronic bandgap (EBG).
  • EBG electronic bandgap
  • the signal may be transmitted in a direction parallel to the first layer direction and the feed line by the metamaterial, and may be an electronic device.
  • the first layer may be a ground, electronic device.
  • the metamaterial may be an electronic device having a structure in which a specific structure is repeatedly arranged.
  • it may be an electronic device in which the length of the power supply line is determined according to the impedance.
  • it may be an electronic device that allows only signals of a specific frequency to be transmitted by the EBG.
  • the meta-material may be an electronic device disposed between the PCB and the ground.
  • the metamaterial may be an electronic device expressed as a repeating pattern of a specific structure and having an artificial property of another material, the artificial property being determined by the type of the repeating structure. have.
  • a computer readable storage medium storing one or more programs (software modules) may be provided.
  • One or more programs stored in a computer-readable storage medium are configured for execution by one or more processors in an electronic device.
  • the one or more programs include instructions that cause the electronic device to execute methods according to embodiments described in the claims or specification of this disclosure.
  • programs may be implemented in random access memory, non-volatile memory including flash memory, read only memory (ROM), electrically erasable programmable Electrically erasable programmable read only memory (EEPROM), magnetic disc storage device, compact disc-ROM (CD-ROM), digital versatile discs (DVDs), or other forms can be stored on optical storage devices, magnetic cassettes. Alternatively, it may be stored in a memory composed of a combination of some or all of these. In addition, each configuration memory may be included in multiple numbers.
  • non-volatile memory including flash memory, read only memory (ROM), electrically erasable programmable Electrically erasable programmable read only memory (EEPROM), magnetic disc storage device, compact disc-ROM (CD-ROM), digital versatile discs (DVDs), or other forms can be stored on optical storage devices, magnetic cassettes. Alternatively, it may be stored in a memory composed of a combination of some or all of these. In addition, each configuration memory may be included in multiple numbers.
  • the program is provided through 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 communication network consisting of a combination thereof. It can be stored on an attachable storage device that can be accessed. Such a storage device may be connected to a device performing an embodiment of the present disclosure through an external port. In addition, a separate storage device on a communication network may be connected to a device performing an 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 communication network consisting of a combination thereof. It can be stored on an attachable storage device that can be accessed. Such a storage device may be connected to a device performing an embodiment of the present disclosure through an external port. In addition, a separate storage device on a communication network may be connected to a device performing an embodiment of the present disclosure.

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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. 전자 장치가 제공된다. 전자 장치는, 복수의 안테나 어레이들; 상기 복수의 안테나 어레이들에 대응하는 복수의 제1 PCB(printed circuit board) 셋들; 및 전원 인터페이스를 포함하는 제2 PCB를 포함하고, 상기 제2 PCB는, 안테나 엘리멘트에게 신호를 전달하기 위한 급전선(feeding line)을 포함하고, 상기 급전선의 제1 면과 일정 간격 이격되어 형성된 제1층을 포함하고, 상기 급전선의 제2 면과 일정 간격 이격되어 형성된 제2층을 포함하고, 상기 제2층은, 임피던스를 변환하는 메타물질(metamaterial)을 포함할 수 있다.

Description

안테나 및 이를 포함하는 전자 장치
본 개시(disclosure)는 일반적으로 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 본 개시는 무선 통신 시스템에서 안테나(antenna) 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 대역에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive multi-input multi-output, massive MIMO), 전차원 다중입출력(full dimensional MIMO, FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔포밍(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.
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. 빔포밍 기술을 운용하기 위하여, 통신 노드는 다수의 안테나들을 구비할 수 있다.
5G(5th generation) 이동 통신 시스템에서는 초고주파 신호를 이용하여 통신을 수행하는 바, 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리의 증대를 위하여 효율적인 안테나 시스템이 요구된다. 위상 천이기를 포함하는 안테나는 안테나 엘리먼트(element), 전력 증폭기(power amplifier) 및 위상 천이기(phase shifter)를 포함할 수 있다.
본 개시(disclosure)의 실시예들은 적어도 상술한 바에서 언급된 문제들 및/또는 단점들을 다루고 적어도 아래에서 설명되는 이점들을 제공하기 위한 것이다. 본 개시의 일 실시예는, 무선 통신 시스템에서 RU(radio board) 보드 내에 급전선(feedline)이 배치되고, 메타물질이 배치되어 급전선의 길이를 감소시킬 수 있고, 이를 통해 손실이 감소할 수 있는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
본 개시의 다른 실시예는, 무선 통신 시스템에서 메타물질이 급전선(feeding line) 아래 그라운드 위치에 배치되어 급전선의 길이를 감소시킬 수 있고, 이를 통해 손실이 감소할 수 있는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
본 개시의 다른 실시예는, 무선 통신 시스템에서 메타물질이 배치되어, 임피던스 정합(impedance matching) 통해 손실이 감소할 수 있는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
추가적인 실시예들은 다음의 설명에서 부분적으로 설명될 것이고, 부분적으로 설명으로부터 명백할 것이고, 또는 제시된 실시예의 실행에 의해 학습될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따를 때, RU(radio unit) 모듈이 제공된다. RU 모듈은, 복수의 안테나 어레이들, 상기 복수의 안테나 어레이들에 대응하는 제1 PCB(printed circuit board), 및 전원 인터페이스를 포함하는 제2 PCB를 포함하고, 상기 제2 PCB는, 안테나 엘리멘트에게 신호를 전달하기 위한 급전선(feeding line)을 포함하고, 상기 급전선의 제1 면과 일정 간격 이격되어 형성된 제1층을 포함하고, 상기 급전선의 제2 면과 일정 간격 이격되어 형성된 제2층을 포함하고, 상기 제2층은, 임피던스를 변환하는 메타물질(metamaterial)을 포함한다.
본 개시의 다른 실시예에 따를 때, 전자 장치가 제공된다. 전자 장치는, 복수의 안테나 어레이들, 상기 복수의 안테나 어레이들에 대응하는 복수의 제1 PCB(printed circuit board) 셋들, 및 전원 인터페이스를 포함하는 제2 PCB를 포함하고, 상기 제2 PCB는, 안테나 엘리멘트에게 신호를 전달하기 위한 급전선(feeding line)을 포함하고, 상기 급전선의 제1 면과 일정 간격 이격되어 형성된 제1층을 포함하고, 상기 급전선의 제2 면과 일정 간격 이격되어 형성된 제2층을 포함하고, 상기 제2층은, 임피던스를 변환하는 메타물질(metamaterial)을 포함한다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따른 장치 및 방법은, 무선 통신 시스템에서 메타물질이 급전선(feeding line) 아래 그라운드 위치에 배치되어 급전선의 길이를 감소시킬 수 있고, 이를 통해 경로 손실이 감소하고 높은 안테나 성능을 제공할 수 있게 한다.
본 개시의 다른 실시예들, 이점들, 두드러지는 특징들은 첨부된 도면들과 함께 취해진 다음의 상세한 설명들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이며, 이는 본 개시의 다양한 실시예들을 개시한다.
본 개시의 특정 실시예들의 상기 및 기타 실시예들, 특징들, 및 이점들은 첨부 도면과 함께 취해진 다음의 설명으로부터 더욱 명백할 것이며, 여기서:
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 통신 환경의 예를 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치의 구성 요소들의 예를 나타낸다.
도 3a 및 3b는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치의 기능적 구성의 예를 나타낸다.
도 4a는 본 개시의 일 실시예에 따른 전자 장치의 RU(radio unit) 보드의 예를 도시한다.
도 4b는 본 개시의 일 실시예에 따른 안테나 구조를 포함하는 전자 장치의 예를 도시한다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 stripline 전송 선로 및 microstrip 전송 선로의 구조 및 이에 따른 신호의 반사 및 투과되는 정도를 도시한다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 메타물질의 구조 및 stripline 전송 선로에 메타물질을 배열한 예를 도시한다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 메타물질을 활용하는 경우 특정 방향에 대한 신호 전달을 제외하고 다른 방향에 대하여 전송되지 않는 예를 도시한다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 메타물질을 활용하는 경우, stripline 전송 선로임에도 microstrip 전송 선로의 성질을 가지게 되어, 선행 기술의 stripline 전송 선로에 비해 상대적으로 임피던스가 높을 수 있어, 임피던스 정합이 될 수 있는 경우에 대한 예들을 도시한다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 stripline 전송 선로 및 메타물질을 활용한 stripline 전송 선로의 구조 및 이에 따른 신호의 반사 및 투과되는 정도를 도시한다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 stripline 전송 선로의 경우의 급전선의 길이 및 메타물질을 활용한 stripline 전송 선로에서의 급전선의 길이를 비교한 도면을 나타낸다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 에어 기반 급전 구조를 갖는 전자 장치의 기능적 구성을 도시한다.
도면들 전체에 걸쳐, 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 요소들, 특징들, 및 구조들을 묘사하는 데 사용된다는 점에 유의해야 한다.
첨부된 도면들을 참조한 다음의 설명은 청구범위 및 그 균등물에 의해 정의되는 본 개시의 다양한 실시예들의 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 여기에는 이해를 돕기 위한 다양한 특정 세부 사항들이 포함되어 있지만 이는 단지 예시적인 것으로 간주되어야 한다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 개시내용의 범위 및 사상을 벗어나지 않고 본 명세서에 기재된 다양한 실시예의 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있음을 인식할 것이다. 또한, 명료함과 간결함을 위해 잘 알려진 기능 및 구성에 대한 설명은 생략될 수 있다.
하기 설명 및 청구범위에서 사용되는 용어 및 단어들은 문헌상의 의미에 한정되지 않으며, 본 발명의 명확하고 일관된 이해를 가능하게 하기 위해 발명자가 단지 사용하였다. 따라서, 본 발명의 다양한 실시예에 대한 다음 설명은 첨부된 청구범위 및 그 균등물에 의해 정의된 바와 같은 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니라 단지 예시의 목적으로 제공된다는 것이 당업자에게 명백해야 한다.
단수 형태 "a", "an" 및 "the"는 문맥이 명백하게 달리 지시하지 않는 한 복수 지시 대상을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 예를 들어 "구성요소 표면"에 대한 언급은 그러한 표면 중 하나 이상에 대한 언급을 포함한다.
이하에서 설명되는 본 개시의 다양한 실시예들에서는 하드웨어적인 접근 방법을 예시로서 설명한다. 하지만, 본 개시의 다양한 실시예들에서는 하드웨어와 소프트웨어를 모두 사용하는 기술을 포함하고 있으므로, 본 개시의 다양한 실시예들이 소프트웨어 기반의 접근 방법을 제외하는 것은 아니다.
이하 설명에서 사용되는 전자 장치의 부품을 지칭하는 용어(예: 보드 구조, 기판, PCB(print circuit board), FPCB(flexible PCB), 모듈, 안테나, 방사체(radiator), 안테나 소자, 회로, 프로세서, 칩, 구성요소, 기기), 부품의 형상을 지칭하는 용어(예: 구조체, 구조물, 지지부, 접촉부, 돌출부, 개구부), 구조체들 간 연결부를 지칭하는 용어(예: 연결선, 급전선(feeding line), 연결부, 접촉부, 급전 점(feeding point), 급전 부(feeding unit), 지지부, 컨택 구조체, 도전성 부재, 조립체(assembly)), 회로를 지칭하는 용어(예: PCB, FPCB, 신호선, 급전선, 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.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 무선 통신 환경의 예를 도시한다.
도 1을 참조하면, 무선 통신 시스템에서 무선 채널을 이용하는 노드(node)들의 일부로서, 기지국(110), 단말(120), 및 단말(130)이 예시된다. 도 1은 하나의 기지국만을 도시하나, 기지국(110)과 동일 또는 유사한 다른 기지국이 더 포함될 수 있다.
기지국(110)은 단말들(120, 130)에게 무선 접속을 제공하는 네트워크 인프라스트럭쳐(infrastructure)이다. 기지국(110)은 신호를 송신할 수 있는 거리에 기초하여 일정한 지리적 영역으로 정의되는 커버리지(coverage)를 가진다. 기지국(110)은 기지국(base station) 외에 '액세스 포인트(access point, AP)', '이노드비(eNodeB, eNB)', '5G 노드(5th generation node)', '무선 포인트(wireless point)', '송수신 포인트(transmission/reception point, TRP)' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다.
단말(120) 및 단말(130) 각각은 사용자에 의해 사용되는 장치로서, 기지국(110)과 무선 채널을 통해 통신을 수행한다. 경우에 따라, 단말(120) 및 단말(130) 중 적어도 하나는 사용자의 관여 없이 운영될 수 있다. 예를 들어, 단말(120) 및 단말(130) 중 적어도 하나는 기계 타입 통신(machine type communication, MTC)을 수행하는 장치로서, 사용자에 의해 휴대되지 아니할 수 있다. 단말(120) 및 단말(130) 각각은 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 '사용자 장치(user device)' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다.
기지국(110), 단말(120), 단말(130)은 밀리미터 파(mmWave) 대역(예: 28GHz, 30GHz, 38GHz, 60GHz)에서 무선 신호를 송신 및 수신할 수 있다. 이때, 채널 이득의 향상을 위해, 기지국(110), 단말(120), 단말(130)은 빔포밍(beamforming)을 수행할 수 있다. 여기서, 빔포밍은 송신 빔포밍 및 수신 빔포밍을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기지국(110), 단말(120), 단말(130)은 송신 신호 또는 수신 신호에 방향성(directivity)을 부여할 수 있다. 이를 위해, 기지국(110) 및 단말들(120, 130)은 빔 탐색(beam search) 또는 빔 관리(beam management) 절차를 통해 서빙(serving) 빔들(112, 113, 121, 131)을 선택할 수 있다. 서빙 빔들(112, 113, 121, 131)이 선택된 후, 이후 통신은 서빙 빔들(112, 113, 121, 131)을 송신한 자원과 QCL(quasi co-located) 관계에 있는 자원을 통해 수행될 수 있다.
기지국(110) 또는 단말들(120, 130)은 안테나 어레이(antenna array)를 포함할 수 있다. 안테나 어레이에 포함되는 각 안테나는 어레이 엘리먼트(array element), 또는 안테나 엘리먼트(antenna element)로 지칭될 수 있다. 이하, 본 개시에서 안테나 어레이는 2차원의 평면 어레이(planar array)로 도시되었으나, 이는 단지 본 개시의 일 실시예일 뿐, 본 개시의 다른 실시예들을 제한하지 않는다. 안테나 어레이는 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. 또한, 안테나 어레이는 복수의 안테나 엘리먼트들을 포함하는 서브 어레이(sub array)를 다수 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 단말(120), 단말(130)은 차량 통신을 지원할 수 있다. 차량 통신의 경우, LTE 시스템에서는 장치 간 통신(device-to-device, D2D) 통신 구조를 기초로 V2X(vehicle to everythin)(예: V2V(vehicle to vehicle), V2I(vehicle to infrastructure) 등) 기술에 대한 표준화 작업이 3GPP 릴리즈(release) 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.
도 2a 및 도 2b는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치의 구성 요소들의 예를 나타낸다. 본 개시의 실시예에 따를 때, 도 2a는 전자 장치를 구성하는 내부 구성 요소들을 도시하고, 도 2b는 전자 장치의 윗면, 아랫면, 옆면을 도시한다.
도 2a를 참고하면, 전자 장치는 레이돔 커버(201), RU 하우징(203), DU 커버(205), RU(210)를 포함할 수 있다. RU(210)는 안테나 모듈과 안테나 모듈을 위한 RF 구성 요소들(213)을 포함할 수 있다. RU(210)는 후술하는 본 개시의 실시예들에 따른 에어 기반 급전 구조를 갖는 안테나 모듈을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 안테나 모듈은 BGA 모듈 안테나를 포함할 수 있다. RU(210)는 RF 구성 요소들(213)이 실장되는 RU 보드(215)를 포함할 수 있다.
전자 장치는 DU(220)를 포함할 수 있다. DU(220)는 인터페이스 보드(221), 모뎀 보드(223), CPU 보드(225)를 포함할 수 있다. 전자 장치는 전력 모듈(power module)(230), GPS(240), DU 하우징(250)을 포함할 수 있다.
도 2b를 참고하면, 도면(260)은 전자 장치를 위에서 바라본 도면을 나타낸다. 도면(261), 도면(263), 도면(265), 도면(267)은 각각 전자 장치를 왼쪽, 앞쪽, 오른쪽, 뒤쪽에서 바라본 도면을 나타낸다. 도면(270)은 전자 장치를 밑에서 바라본 도면을 나타낸다.
도 3a 및 3b는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치의 기능적 구성의 예를 나타낸다. 전자 장치는 액세스 유닛(access unit)을 포함할 수 있다. 액세스 유닛은 RU(310), DU(320), DC/DC 모듈을 포함할 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따른 RU(310)는 안테나들과 RF 구성 요소들이 실장되는 조립체(assembly)를 의미할 수 있다. 본 개시의 실시예들에 따른 DU(320)는 디지털 무선 신호를 처리하도록 구성되고, RU(310)에게로 전송될 디지털 무선 신호를 암호화하거나, RU(310)로부터 전달받은 디지털 무선 신호를 복호하도록 구성될 수 있다. DU(320)는 패킷 데이터를 처리함으로써, 상위 노드(예: CU(centralized unit)) 혹은 코어망(예: 5GC, EPC)과 통신을 수행하도록 구성될 수 있다.
도 3a를 참고하면, RU(310)는 복수의 안테나 엘리멘트들을 포함할 수 있다. RU(310)는 하나 이상의 어레이 안테나들을 포함할 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따라, 어레이 안테나는 평면 안테나 어레이로 구성될 수 있다. 어레이 안테나는 하나의 스트림에 대응할 수 있다. 어레이 안테나는 하나의 송신 경로(혹은 수신 경로)에 대응하는 복수의 안테나 엘리멘트들을 포함할 수 있다. 일 예로, 어레이 안테나는 16 x 16으로 구성되는 256개의 안테나 엘리멘트들을 포함할 수 있다.
RU(310)는 각 어레이 안테나의 신호를 처리하기 위한 RF 체인들을 포함할 수 있다. RF 체인들은 'RFA'로 지칭될 수 있다. RFA는 빔포밍을 위한 RF 구성 요소들(예: 위상 변환기, 전력 증폭기)와 믹서를 포함할 수 있다. RFA의 믹서는 RF 주파수의 RF 신호를 중간 주파수(intermediate frequency)로 하향변환하거나 중간 주파수의 신호를 RF 주파수의 신호로 상향변환하도록 구성될 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따라, 하나의 세트의 RF 체인들은 하나의 어레이 안테나에 대응할 수 있다. 일 예로, RU(310)는 4개의 어레이 안테나들을 위한 4개의 RF 체인 세트들을 포함할 수 있다. 복수의 RF 체인들은 디바이더(예: 1:16)를 통해 송신 경로 혹은 수신 경로와 연결될 수 있다. 도 3a에는 도시되지 않았으나, 본 개시의 일 실시예에 따라, RF 체인들은 RFIC로 구현될 수 있다. RFIC는 복수의 안테나 엘리멘트들에게 공급되는 RF 신호들을 처리 및 생성할 수 있다.
RU(310)는 DAFE(digital analog front end)와 'RFB'를 포함할 수 있다. DAFE는 디지털 신호와 아날로그 신호를 상호 변환하도록 구성될 수 있다. 일 예로, RU(310)는 2개의 DAFE들(DAFE #0, DAFE #1)을 포함할 수 있다. DAFE는, 송신 경로에서, 디지털 신호를 상향변환하고(즉, DUC), 상향 변환된 신호를 아날로그 신호로 변환하도록 구성될 수 있다(즉, DAC). DAFE는 수신 경로에서, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고(즉, ADC), 디지털 신호를 하향변환하도록 구성될 수 있다(즉, DDC). RFB는 송신경로와 수신 경로에 대응하는 믹서와 스위치를 포함할 수 있다. RFB의 믹서는 기저대역 주파수를 중간 주파수(intermediate frequency)로 상향변환하거나 중간 주파수의 신호를 기저대역 주파수의 신호로 하향변환하도록 구성될 수 있다. 스위치는 송신 경로와 수신 경로 중 하나를 선택하도록 구성될 수 있다. 일 예로, RU(310)는 2개의 RFB(RFB #0, RFB #1)들을 포함할 수 있다.
RU(310)는 제어기(controller)로서, FPGA(field programmable gate array)를 포함할 수 있다. FPGA는 설계 가능 논리소자와 프로그래밍이 가능한 내부 회로가 포함된 반도체 소자를 의미한다. SPI(Serial Peripheral Interface) 통신을 통해 DU(320)과 통신을 수행할 수 있다.
RU(310)는 RF LO(local oscillator)를 포함할 수 있다. RF LO는 상향 변환 혹은 하향 변환을 위한 기준 주파수를 공급하도록 구성될 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따라, RF LO는 상술된 RFB의 상향 변환 혹은 하향 변환을 위한 주파수를 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, RF LO는 2-way 디바이더를 통해 RFB #0과 RFB #1에 기준 주파수를 공급할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따라, RF LO는 상술된 RFA의 상향 변환 혹은 하향 변환을 위한 주파수를 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, RF LO는 32-way 디바이더를 통해 RFA 각각(각 RF 체인에 8개 씩, 편파 그룹 별)에 기준 주파수를 공급할 수 있다.
도 3b를 참고하면, RU(310)는 DAFE 블록(311), IF 상향/하향 변환부(313), 빔포머(315), 어레이 안테나(317), 제어 블록(319)를 포함할 수 있다. DAFE 블록(311)은 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하거나 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. IF 상향/하향 변환부(313)는 RFB에 대응할 수 있다. IF 상향/하향 변환부(313)는 RF LO로부터 공급받는 기준 주파수에 기반하여 기저대역 주파수의 신호를 IF 주파수의 신호로 변환하거나, IF 주파수의 신호를 기저대역 주파수의 신호로 변환할 수 있다. 빔포머(315)는 RFA에 대응할 수 있다. 빔포머(315)는 RF LO로부터 공급받는 기준 주파수에 기반하여 RF 주파수의 신호를 IF 주파수의 신호로 변환하거나, IF 주파수의 신호를 RF 주파수의 신호로 변환할 수 있다. 어레이 안테나(317)는 복수의 안테나 엘리멘트들을 포함할 수 있다. 어레이 안테나(317)의 각 안테나 엘리멘트는 RFA를 통해 처리된 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 어레이 안테나(317)는 RFA에 의해 적용되는 위상에 따라 빔포밍을 수행하도록 구성될 수 있다. 제어 블록(319)는 DU(320)로부터 명령 및 상술된 신호 처리를 수행하도록 RU(310)의 각 블록을 제어할 수 있다.
도 2a, 도 2b, 도 3a, 내지 도 3b에서는 전자 장치의 예로 기지국이 도시되었으나, 본 개시의 다양한 실시예들이 기지국에 제한되는 것은 아니다. DU와 RU로 구성되는 기지국 뿐만 아니라 무선 신호의 방사를 위한 전자 장치라면 본 개시의 다양한 실시예들이 적용될 수 있다.
기술이 발전함에 따라, 송신 출력을 향상시키면서, 동등한 수신 성능을 확보하고, 듀얼 밴드(예: 28GHz 대역 및 39GHz 대역)의 지원 또한 요구되고 있다. 이러한 요구 사항을 해소하고, RFIC 패캐지의 단가 절감을 위해, TR/RX 스위치(예: SPDT 스위치)가 이용될 수 있다. 스위치의 추가는 삽입 손실의 증가를 야기한다. 예를 들어, 동일 안테나 어레이 기준으로 Tx의 성능이 4dB, Rx의 성능이 3.6 dB 정도 열화되는 문제가 있다. 각 밴드(예: 28GHz 대역 및 39GHz 대역)에서 삽입 손실로서, 약 1dB 손실의 보상 방안이 요구된다. 뿐만 아니라, 엘리멘트 수 증가 및 엘리멘트 간 간격의 증대로 인해 추가 보상 가능한 방안이 요구된다. 상술된 사양 만족을 위해서, 본 개시의 다양한 실시예들은 안테나의 급전 손실(feeling loss)의 개선을 위한 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 장치를 제안한다. 본 개시의 다양한 실시예들은 단가 절감과 함께, 저손실을 달성하기 위한 배치 구조를 갖는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 장치를 제안한다.
본 개시의 다양한 실시예들은 이중 대역을 지원함과 동시에 각각에서 급전 손실을 줄임으로써, 높은 송신 성능을 제공하기 위한 안테나 구조 및 이를 포함하는 전자 장치를 제안한다. 또한, 본 개시의 다양한 실시예들은 휨 특성에 강인한 그리드 어레이(grid array)의 배치를 통해, 제조 시 양산 신뢰성을 높이기 위한 안테나 구조 및 이를 포함하는 전자 장치를 제안한다.
도 4a는 본 개시의 일 실시예에 따른 전자 장치의 RU(radio unit) 보드의 예를 도시한다.
도 4a를 참고하면, 전자 장치는 안테나가 실장되는 PCB(이하, 제1 PCB), 어레이 안테나들 및 신호 처리를 위한 부품들(예: 커넥터(connector), DC(direct current)/DC 컨버터, DFE)이 실장되는 PCB(이하, 제2 PCB)가 분리되어 배치되는 구조를 의미한다. 제1 PCB는 안테나 보드, 안테나 기판, 방사 기판, 방사 보드, 또는 RF 보드로 지칭될 수 있다. 제2 PCB는 RU 보드, 메인 보드, 전력 보드, 마더 보드(mother board), 패키지 보드, 또는 필터 보드로 지칭될 수 있다.
도 4a를 참고하면, RU 보드는 방사체(예: 안테나)로 신호 전달을 위한 부품들을 포함할 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따라, RU 보드 상에 하나 이상의 안테나 PCB(즉, 제1 PCB) 들이 실장될 수 있다. 즉, RU 보드 상에 하나 이상의 어레이 안테나들이 실장될 수 있다. 일 예로, RU 보드 위에 2개의 어레이 안테나들이 실장될 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따라, 어레이 안테나들은 RU 보드 상에서 대칭적인 위치에 배치될 수 있다(405). 본 개시의 다른 일 실시예에 따라, 어레이 안테나들은 RU 보드 상에서 한 측(side)(예: 왼쪽)에 배치되고, 후술하는 RF 구성 요소들이 다른 한 측(예: 오른쪽)에 배치될 수도 있다(415). 도 4a에서는 2개의 어레이 안테나들이 예시되었으나, 본 개시의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 듀얼 밴드를 지원하기 위해 각 밴드 별로 2개의 어레이 안테나들이 배치될 수도 있으며, RU 보드에 실장되는 어레이 안테나들은 2T2R(2-transmit 2-receive)을 지원하도록 구성될 수 있다.
RU 보드는 안테나에게 RF 신호를 공급하기 위한 부품들을 포함할 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따라, RU 보드는 하나 이상의 DC/DC 컨버터들을 포함할 수 있다. DC/DC 컨버터는 직류를 직류로 변환하기 위해 이용될 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따라, RU 보드는 하나 이상의 LO(local oscillator)들을 포함할 수 있다. LO는 RF 시스템에서 상향 변환 혹은 하향 변환을 위한 기준 주파수를 공급하기 위해 이용될 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따라, RU 보드는 하나 이상의 하나 이상의 커넥터들을 포함할 수 있다. 커넥터는 전기적 신호를 전달하기 위해 이용될 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따라, RU 보드는 하나 이상의 디바이더(divider)들을 포함할 수 있다. 디바이더는 입력 신호를 분배 및 다중 경로로 전달하기 위하여 이용될 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따라, RU 보드는 하나 이상의 LDO(low-dropout regulator)들을 포함할 수 있다. LDO는 외부의 잡음을 억제하고, 전원을 공급하기 위해 이용될 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따라, RU 보드는 하나 이상의 VRM(Voltage regulator module)들을 포함할 수 있다. VRM은 적정한 전압이 유지되도록 보장하기 위한 모듈을 의미할 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따라, RU 보드는 하나 이상의 DFE(digital front end)들을 포함할 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따라, RU 보드는 하나 이상의 FPGA(radio frequency programmable gain amplifier)들을 포함할 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따라, RU 보드는 하나 이상의 IF(intermediate frequency) 처리부들을 포함할 수 있다. 한편, 도 4a에 도시된 구성으로, 도 4a에 도시된 부품들 중 일부 구성은 생략되거나 혹은 더 많은 수의 부품들이 실장될 수 있다. 또한, 도 4a에서는 언급되지 않았으나, RU 보드는 신호를 필터링하기 위한 RF 필터를 더 포함할 수 있다.
도 4b는 본 개시의 일 실시예에 따른 안테나 구조를 포함하는 전자 장치의 예를 도시한다. 도 4b의 RU(radio unit) 보드(440)는 도 3b의 RU(310)에 대응하는 구조를 포함할 수 있다. 다시 말해서, 도 4b의 RU 보드(440)는 도 3b의 RU(310)가 포함하는 소자 및 구성들을 포함하거나, 일부 포함하지 않거나, 다른 소자들을 더 포함할 수 있다. 도 4b에서는, 1개의 제1 방사체(411) 및 제2 방사체(421)를 포함하는 전자 장치(400)를 도시하나, 본 개시가 이에 제한되는 것은 아니다.
도 4b를 참고하면, 전자 장치(400)는 제1 PCB(printed circuit board)(410), 안테나부(420), 프레임 구조(frame structure)(430), RU 보드(440), 패키지 보드(package board)(450) 및 RFIC(radio frequency integrated circuit)(460)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 PCB(410) 및 안테나부(420)는 상술한 바와 같이 도 3의 안테나 PCB를 의미할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 제1 PCB(410)는 RU 보드(440)와 프레임 구조(430) 사이에 배치될 수 있다. 제1 PCB(410)는 RU 보드(440)와 프레임 구조(430) 사이에 배치됨으로써, RFIC(460)으로부터 RU 보드(440)를 통해 신호를 전달받을 수 있다. 여기서, 신호의 전달은 급전(feeding)을 의미할 수 있다. 제1 방사체(411)는 RU 보드(440)로부터 급전된 신호를 전달받을 수 있다. 다만, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 방사체(411)는 프레임 구조(430)에 의해서 제2 방사체(421)과 이격되어 배치될 수 있고, 이격되어 배치된 제1 금속 패치(421)에게 급전된 신호를 전달할 수 있다. 또한, 제1 방사체(411)는 RU 보드(440)로부터 전달받은 신호를 다른 전자 장치에게 방사할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 안테나부(420)는 프레임 구조(430)의 상단부에 배치될 수 있다. 즉, 안테나부(420)는 프레임 구조(430)에 의해 제1 PCB(410)와 이격되어 배치될 수 있다. 프레임 구조(430)에 의해 안테나부(420)와 제1 PCB(410)의 사이에는 공기 층(air layer)이 형성될 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따라, 안테나부(420)는 in-case FPCB 안테나일 수 있다. 안테나부(420)는 제2 방사체(421)를 포함할 수 있다. 제2 방사체(421)는 급전된 신호를 방사(radiate)할 수 있다. 다시 말해서, 제2 방사체(421)는 급전된 신호를 제1 방사체(411)로부터 전달받아 방사할 수 있다. 이를 통해, 전자 장치(400)는 스택된(stacked) 2개의 방사체들(예: 제1 방사체, 제2 방사체)을 통해 기존보다 효율적으로 신호를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(400)는 이격된 방사체들을 통해, 더 넓은 대역폭을 갖는 신호를 송수신할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 프레임 구조(430)는 제1 PCB(410)와 안테나부(420) 사이에 배치될 수 있다. 프레임 구조(430)가 제1 PCB(410)와 안테나부(420) 사이에 배치됨으로써, 공기 층(air layer)이 형성될 수 있다. 또한, 프레임 구조(430)는 제1 방사체(411) 및 제2 방사체(421)의 방사에 방해되지 않도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 프레임 구조(430)는 제1 방사체(411) 및 제2 방사체(421)과 중첩(overlapped)되지 않도록 배치될 수 있다. 또한, 프레임 구조(430)는 도전성 부재 또는 비도전성 부재로 형성될 수 있다. 예를 들어, 프레임 구조(430)는 도전성 부재인 금속(metal)로 형성될 수 있다. 다른 예를 들어, 프레임 구조(430)는 사출에 의한 플라스틱과 같은 비도전성 부재로 형성될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, RU 보드(440)는 제1 PCB(410)와 패키지 보드(450) 사이에 배치될 수 있다. 여기서, RU 보드(440)는 제1 PCB(410)와 커플러(coupler) 또는 커넥터(connector)로 연결될 수 있고, 패키지 보드(450)와 그리드 어레이(grid array)(예: BGA(ball grid array), LGA(land grid array))로 연결될 수 있다. 또한, RU 보드(440)는 전원 인터페이스를 포함할 수 있고, 제2 PCB(440)로 지칭될 수 있다. 제2 PCB(440)는, 급전선(feeding line)(441)을 포함할 수 있다. 급전선(441)의 상단부에는 제1 그라운드(ground)(443)가 배치될 수 있고, 급전선(441)의 하단부에는 제2 그라운드(445)가 배치될 수 있다. 제2 PCB(440)에 포함되는 급전선(441)은 RFIC(460)로부터 패키지 보드(450)를 통해 전달되는 RF 신호를 제1 PCB(410)에게 전달하기 위한 전송 선로(transmission line)를 의미할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 패키지 보드(450)는 제2 PCB(440)와 RFIC(460) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 패키지 보드(450)는 제2 PCB(440)와 그리드 어레이(grid array)에 의해 연결될 수 있다. 예를 들어, 그리드 어레이는 BGA(ball grid array) 또는 LGA(land grid array)일 수 있다. 패키지 보드(450)는 RFIC(460)와 솔더링(soldering)에 의해 연결될 수 있다. 패키지 보드(450)는 RFIC(460)로부터 처리된 RF 신호를 제2 PCB(440)에게 전달할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, RFIC(460)는 RF 신호를 처리하기 위한 복수의 RF 구성요소(component)들을 포함할 수 있다. 예를 들어, RFIC(460)는 증폭기(power amplifier), 믹서(mixer), 오실레이터(oscillator), DAC(digital to analog converter), ADC(analog to digital converter) 등을 포함할 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따르면, RFIC(460)는 전자 장치(400)에서 목표하는 신호를 송신 또는 수신하기 위하여 RF 신호를 처리할 수 있고, RFIC(460)에서 처리된 RF 신호는 패키지 보드(450), 제2 PCB(440), 제1 PCB(410), 안테나부(420) 및 복수의 제2 방사체(421)을 통해 송신 또는 수신될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 제2 PCB(440)에 포함된 급전선(441)은 제1 그라운드(443) 및 제2 그라운드(445)에 의해 상대적으로 임피던스가 낮을 수 있어, 임피던스 정합(impedance matching)을 위해, 급전선(441)의 길이가 과도하게 늘어나는 경우가 있을 수 있다. 이 경우, 급전선(441)의 길이가 과도하게 늘어남에 따른 손실이 발생될 수 있다.
본 개시에서, 메타물질(metamaterial)은 전파의 파장보다 짧은 작은 면적 또는 체적에 인공적으로 위치시킨 물질을 의미할 수 있다. 메타물질(Metamaterial)은 초소형 광학 소자, 즉 자연계에 존재하지 않는 특성을 구현하기 위해 빛의 파장보다 매우 작은 크기로 만든 금속이나 플라스틱 같은 일반적인 물질로부터 형성된 복합 요소의 집합체로 구성된 유전물질로 설계된 메타 원자(Meta Atom)의 주기적인 배열로 이루어진 물질이다. 기본적으로 메타물질은 음의 굴절률을 가지며 빛에 닿는 순간 빛을 굴절시켜 물체가 없는 것처럼 보이도록 할 수 있다. 메타물질은 자연적인 물질들이 할 수 없는 방식으로 빛과 음파를 상호 작용하도록 설계와 고성능 렌즈, 효율적인 소형 안테나, 초민감 감지기 같은 새로운 응용 분야에 적용할 수 있다. 메타물질은 빛 뿐만 아니라 전자파, 음파 등 일반적인 파동의 전파를 재단할 수 있어 스텔스 기능을 개발할 수 있다. 메타물질을 이용하면 전자 장치는 자연에서 얻을 수 있는 일반적인 물질과는 달리 원하는 방향으로 전파의 방향을 조절하거나, 전파를 흡수 또는 산란(scattering) 시킬 수 있다. 이러한 메타물질을 사용하는 경우, 더 높은 안테나 이득 및 부엽(side lobe)에 의한 감쇠를 낮춰 고효율 안테나가 제작될 수 있다.
제2 PCB(440)의 급전선(441)은 이러한 메타물질이 사용되는 경우, 밴드갭(electronical bandgap, EBG) 구조가 형성될 수 있고, EBG 구조를 통해 EBG의 주파수 내에서는 특정 방향에 대한 신호가 흐르지 못하도록 하는 효과가 있다. 이러한 기능을 통해, 임피던스가 증가할 수 있어, 임피던스 변환기(impedance transformer)역할을 할 수 있고, 임피던스를 변환할 수 있다. 이 경우, 임피던스 정합(impedance matching)을 위해 과도하게 길이를 늘릴 필요가 없고, 급전선(441) 길이가 과도하게 늘어남에 따른 손실이 발생되지 않아, 경로 손실이 완화될 수 있다.
도 4b에 도시된 구조들 중에서, 구성요소(component)들 간의 연결관계는 예시적일 수 있다. 즉, 도 4b에 도시된 구조(예: RU 보드와 패키지 보드의 연결 방식, RFIC의 연결 방식, RU 보드 내에서 수직 PTH)와 다른 구조가 본 개시의 실시예로써, 이용될 수 있음을 물론이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 stripline 전송 선로 및 microstrip 전송 선로의 구조 및 이에 따른 신호의 반사 및 투과되는 정도를 도시한다.
도 5를 참고하면, RU 보드(510)는 stripline 전송 선로의 일 예를 도시한다. stripline 전송 선로의 RU 보드(510)는 도 3b의 RU(310)에 대응하는 구조를 포함할 수 있다. 다시 말해서, 도 5의 stripline 전송 선로의 RU 보드(510)는 도 3b의 RU(310)가 포함하는 소자 및 구성들을 포함하거나, 일부 포함하지 않거나, 다른 소자들을 더 포함할 수 있다. 또한, stripline 전송 선로의 RU 보드(510)는 도 4B의 제2 PCB(440)일 수 있다. stripline 전송 선로의 RU 보드(510)는, 급전선(feeding line)(511)을 포함할 수 있다. 급전선(511)의 상단부에는 제1 그라운드(ground)(513)가 배치될 수 있고, 급전선(511)의 하단부에는 제2 그라운드(515)가 배치될 수 있다. stripline 전송 선로의 RU 보드(510)에 포함되는 급전선(511)은 RFIC(460)로부터 패키지 보드(450)를 통해 전달되는 RF 신호를 제1 PCB(410)에게 전달하기 위한 전송 선로(transmission line)를 의미할 수 있다. stripline 전송 선로의 RU 보드(510)에 포함된 급전선(511)은 제1 그라운드(513) 및 제2 그라운드(515)에 의해 상대적으로 임피던스가 낮을 수 있어, 임피던스 정합(impedance matching)을 위해, 급전선(511)의 길이가 과도하게 늘어나는 경우가 있을 수 있다. 이는, 급전선(511)에서 제1 그라운드(513) 및 제2 그라운드(515) 위 아래로 움직이며 전송되기 때문에, 임피던스가 상대적으로 낮아진다. 이 경우, 급전선(511)의 길이가 과도하게 늘어남에 따른 손실이 발생될 수 있다. 도 5의 스미스차트(520)은 stripline 전송 선로의 RU 보드(510)의 일 실시예에 따른 성능 영향의 예를 도시한다. 스미스차트(520)에서, 점선 원에 포함되는 경우에는 반사가 적고, 점선 원에서 벗어나는 경우에는 반사가 크다는 것을 의미할 수 있다. stripline 전송 선로의 RU 보드(510)의 경우, 점선 원에서 벗어나는 선은 1mm, 2mm. 2.5mm. 3mm이고, 점선 원 안에 포함되어 있는 선은 1.5mm, 3.5mm이다. 이는 그래프(530)에서 더 자세히 확인할 수 있다. 도 5의 그래프(530)을 참고하면, 점선 원에 포함되는 경우에는, 반사계수가 -10dB 이하이므로 반사가 적어 잘 투과됨을 확인할 수 있고, 점선 원에 포함되지 않은 경우에는, 반사 계수가 -10dB보다 높으므로 반사가 잘 됨을 확인할 수 있다. -10dB인 경우, 10을 가하였을 때, 9가 통과될 수 있음을 의미한다. 이를 통해, stripline 전송 선로에서는 1.5mm, 3.5mm의 길이에 대하여만 -10dB보다 낮으므로, 이 길이의 경우에만 투과가 잘 되어, 이러한 길이의 전송 선로만 사용할 수 있음을 확인할 수 있다.
도 5의 microstrip 전송 선로의 RU 보드(540)는 도 3b의 RU(310)에 대응하는 구조를 포함할 수 있다. 다시 말해서, 도 5의 microstrip 전송 선로의 RU 보드(540)는 도 3b의 RU(310)가 포함하는 소자 및 구성들을 포함하거나, 일부 포함하지 않거나, 다른 소자들을 더 포함할 수 있다. microstrip 전송 선로의 RU 보드(540)는, 급전선(feeding line)(541)을 포함할 수 있다. 급전선(541)의 상단부에는 제1 그라운드(543)가 배치될 수 있으나, 급전선(541)의 하단부에는 그라운드가 배치되지 않는다. microstrip 전송 선로의 RU 보드(540)에 포함된 급전선(541)은 제1 그라운드(543)만 존재하므로, stripline 전송 선로에 비해 상대적으로 임피던스가 높을 수 있어, 임피던스 정합(impedance matching)이 될 수 있다. 이 경우, 자유로운 길이의 선로를 사용하여도, 임피던스 정합이 될 수 있어, 과도하게 길이를 늘릴 필요가 없고, 급전선의 길이가 과도하게 늘어남에 따른 손실이 발생되지 않아, 경로 손실이 완화될 수 있다. 이를 스미스차트(550), 그래프(560)에서 확인할 수 있다. 도 5의 스미스차트(550)은 microstrip 전송 선로의 RU 보드(540)의 일 실시예에 따른 성능 영향의 예를 도시한다. 스미스차트(550)에서, 점선 원에 포함되는 경우에는 반사가 적고, 점선 원에서 벗어나는 경우에는 반사가 크다는 것을 의미할 수 있다. microstrip 전송 선로의 RU 보드(540)의 경우, 모든 선이 원 안에 포함되어 있음을 확인할 수 있다. 이는 그래프(560)에서 더 자세히 확인할 수 있다. 도 5의 그래프(560)을 참고하면, 점선 원에 포함되는 경우에는, 반사계수가 -10dB 이하이므로 반사가 적어 잘 투과됨을 확인할 수 있고, 점선 원에 포함되지 않은 경우에는, 반사 계수가 -10dB보다 높으므로 반사가 잘 됨을 확인할 수 있다. -10dB인 경우, 10을 가하였을 때, 9가 통과될 수 있음을 의미한다. 이를 통해, microstrip 전송 선로에서는 stripline 전송 선로와 달리 모든 길이의 전송 선로를 사용할 수 있음을 나타낼 수 있다.
microstrip 전송 선로에서는 stripline 전송 선로와 같이 특정 길이만 사용할 수 있는 것이 아니다. 따라서, 임피던스 정합(impedance matching)을 위해 과도하게 길이를 늘릴 필요가 없고, 급전선의 길이가 과도하게 늘어남에 따른 손실이 발생되지 않아, 경로 손실이 완화될 수 있다. 그러나, 실제로 PCB는 적층 구조이기 때문에, 아래쪽 그라운드를 제거하기가 어렵다. 제거하는 경우, PCB가 매우 두꺼워져야 하고, 내구성 측면에서도 휘어질 수 있으므로, microstrip 전송 선로를 사용하기가 어렵다. 그러나, 메타물질을 사용한다면, 이러한 microstrip 전송 선로를 사용할 때의 효과와 같은 효과를 낼 수 있다. 따라서, 이하 도 6부터 12에 대하여는 메타물질을 사용하여 microstrip 전송 선로를 사용할 때와 같은 효과가 나는 경우 등이 설명된다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 메타물질의 구조 및 stripline 전송 선로에 메타물질을 배열한 예를 도시한다.
도 6을 참고하면, 입체도(610)는 PCB와 그라운드, 그리고 메타물질과의 배치 관계를 도시한다. 입체도(610)를 참조하면, PCB와 GROUND 사이에 메타물질을 배치함으로써, 급전선(feeding line)이 위 아래로 움직이는 것을 막는 것을 확인할 수 있다. 입체도(620)를 참조하면, 특정 구조에 대해 반복 배열됨을 확인할 수 있다. 메타물질은, 도면에 도시된 것과 같이 특정 구조가 반복되는 형태로 표현될 수 있고, 이 경우, 다른 매질이 갖는 특성을 인위적으로 가질 수 있게 된다. 그 특성은, 반복 구조의 형태에 따라 결정된다. 단면도(630)을 참조하면, stripline 전송 선로와 동일한 구조에 대하여, 제2 그라운드의 위치에 메타물질이 배치된 것을 알 수 있다. 이를 통해, 단면도(630)의 화살표에서 나타내는 바와 같이 아래 방향에 대해 전달되는 신호는 차단된다. 이러한 메타물질을 제2 그라운드 위치에 배치되는 구조를 통해, stripline 전송 선로에 대하여도 microstrip 전송 선로와 같이 ground가 없는 것과 동일한 동작을 수행할 수 있다. 이러한 메타물질이 사용되는 경우, EBG 구조가 형성될 수 있고, EBG 구조를 통해 EBG의 주파수 내에서는 특정 방향에 대한 신호가 흐르지 못하도록 하는 효과가 있다. 이러한 EBG 구조에는 도 7에서 설명된다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 메타물질을 활용하는 경우 특정 방향에 대한 신호의 전달을 제외하고 다른 방향에 대하여 전송되지 않음을 도시한다.
도 7의 그래프(710)을 참고하면, band gap 주파수 외에서는 제1 전송 모드(주파수 3GHz 미만) 및 제2 전송 모드(주파수 5GHz 초과)가 존재할 수 있다. 하지만, band gap 주파수 내인 3GHz에서 5GHz에서는, 다른 전송 모드는 존재할 수 없고, 오직 quasi TEM(transverse electromagnetic) 전송 모드만 존재할 수 있다. 입체도(720)을 참고하면, band gap 주파수 내에서는, 신호의 전달이 오른쪽 방향으로만 될 수 있고, 나머지 방향에 대하여는 반사만 될 뿐, 통과될 수 없다. 그래프(730)은 이를 주파수에 대한 s 파라미터로 표현하였다. 그래프(730)을 참고하면, 3GHz 부근에서 s21은 급격히 낮아져 투과가 되지 않음을 알 수 있고, s11은 급격히 높아져 반사가 잘 됨을 알 수 있다. 마찬가지로, 5GHz 부근에서 s21은 급격히 낮아져 투과가 되지 않음을 알 수 있고, s11은 급격히 높아져 반사가 잘 됨을 알 수 있다. 따라서, band gap 주파수인 3GHz에서 5GHz에서는, 오른쪽으로 가는 신호만 전달될 수 있고, 나머지 방향에 대해 통과될 수 없음을 확인할 수 있다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 메타물질을 활용하는 경우, stripline 전송 선로임에도 microstrip 전송 선로의 성질을 가지게 되어, 선행 기술의 stripline 전송 선로에 비해 상대적으로 임피던스가 높을 수 있어, 임피던스 정합이 될 수 있는 경우를 도시한다.
도 8을 참고하면, 단면도(810)은 stripline 전송 선로이고, 신호는 급전선에서 위 아래로 움직이면서 오른쪽으로 전달되므로, 임피던스가 작아져, 임피던스 정합이 잘 되지 않음을 알 수 있다. 단면도(820)의 경우, 기존의 stripline 전송 선로에 제2 그라운드에만 메타물질을 배치하여, 단면도(830)의 microstrip의 경우와 같이, 신호는 급전선에서 위로만 움직이면서 오른쪽으로 전달되므로, 임피던스가 커질 수 있다. 이 경우, 자유로운 길이의 선로를 사용하여도, 임피던스 정합이 될 수 있음을 확인할 수 있다. 따라서, 과도하게 길이를 늘릴 필요가 없고, 급전선의 길이가 과도하게 늘어남에 따른 손실이 발생되지 않아, 경로 손실이 완화될 수 있다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 stripline 전송 선로 및 메타물질을 활용한 stripline 전송 선로의 구조 및 이에 따른 신호의 반사 및 투과되는 정도를 도시한다.
도 9를 참조하면, stripline 전송 선로의 RU 보드(910)는 도 3b의 RU(310)에 대응하는 구조로 구성될 수 있다. 다시 말해서, 도 9의 stripline 전송 선로의 RU 보드(910)는 도 3b의 RU(310)가 포함하는 소자 및 구성들을 포함하거나, 일부 포함하지 않거나, 다른 소자들을 더 포함할 수 있다. 또한, stripline 전송 선로의 RU 보드(910)는 도 4의 제2 PCB(440)일 수 있다. stripline 전송 선로의 RU 보드(910)는, 급전선(feeding line)(911)을 포함할 수 있다. 급전선(911)의 상단부에는 제1 그라운드(ground)(913)가 배치될 수 있고, 급전선(911)의 하단부에는 제2 그라운드(915)가 배치될 수 있다. stripline 전송 선로의 RU 보드(910)에 포함되는 급전선(911)은 RFIC(460)로부터 패키지 보드(450)를 통해 전달되는 RF 신호를 제1 PCB(410)에게 전달하기 위한 전송 선로(transmission line)를 의미할 수 있다. stripline 전송 선로의 RU 보드(910)에 포함된 급전선(911)은 제1 그라운드(913) 및 제2 그라운드(915)에 의해 상대적으로 임피던스가 낮을 수 있어, 임피던스 정합(impedance matching)을 위해, 급전선(911)의 길이가 과도하게 늘어나는 경우가 있을 수 있다. 이는, 급전선(911)에서 제1 그라운드(913) 및 제2 그라운드(915) 위 아래로 움직이며 전송되기 때문에, 임피던스가 상대적으로 낮아진다. 이 경우, 급전선(911)의 길이가 과도하게 늘어남에 따른 손실이 발생될 수 있다. 도 9의 스미스차트(920)은 stripline 전송 선로의 RU 보드(910)의 일 실시예에 따른 성능 영향의 예를 도시한다. 스미스차트(920)에서, 점선 원에 포함되는 경우에는 반사가 적고, 점선 원에서 벗어나는 경우에는 반사가 크다는 것을 의미할 수 있다. stripline 전송 선로의 RU 보드(910)의 경우, 점선 원에서 벗어나는 선은 1mm, 2mm. 2.5mm. 3mm이고, 점선 원 안에 포함되어 있는 선은 1.5mm, 3.5mm이다. 이는 그래프(530)에서 더 자세히 확인할 수 있다. 도 9의 그래프(930)을 참고하면, 점선 원에 포함되는 경우에는, 반사계수가 -10dB 이하이므로 반사가 적어 잘 투과됨을 확인할 수 있고, 점선 원에 포함되지 않은 경우에는, 반사 계수가 -10dB보다 높으므로 반사가 잘 됨을 확인할 수 있다. -10dB인 경우, 10을 가하였을 때, 9가 통과될 수 있음을 의미한다. 이를 통해, stripline 전송 선로에서는 1.5mm, 3.5mm의 길이에 대하여만 -10dB보다 낮으므로, 이 길이의 경우에만 투과가 잘 되어, 이러한 길이의 전송 선로만 사용할 수 있음을 확인할 수 있다.
도 9의 메타물질을 활용한 stripline 전송 선로의 RU 보드(940)는, 급전선(feeding line)(941)을 포함할 수 있다. 급전선(941)의 상단부에는 제1 그라운드(943)가 배치될 수 있고, 급전선(941)의 하단부에는 제2 그라운드 대신 메타물질(945)가 배치될 수 있다. 도 9의 메타물질을 활용한 stripline 전송 선로의 RU 보드(940)에 포함된 급전선(941)은, 메타물질의 EBG 구조에 의하여, 신호가 급전선(941)에서 전달될 때, 아래로는 움직이지 않고 위로만 움직이면서 전달되므로, microstrip 전송 선로와 같이 제1 그라운드(943)만 존재하는 것과 같은 효과가 있다. 이 경우, stripline 전송 선로에 비해 상대적으로 임피던스가 높을 수 있어, 임피던스 정합(impedance matching)이 될 수 있다. 이 경우, 자유로운 길이의 선로를 사용하여도, 임피던스 정합이 될 수 있어, 과도하게 길이를 늘릴 필요가 없고, 급전선의 길이가 과도하게 늘어남에 따른 손실이 발생되지 않아, 경로 손실이 완화될 수 있다. 이를 스미스차트(950), 그래프(960)에서 확인할 수 있다. 도 9의 스미스차트(950)은 메타물질을 활용한 stripline 전송 선로의 RU 보드(940)의 일 실시예에 따른 성능 영향의 예를 도시한다. 스미스차트(950)에서, 점선 원에 포함되는 경우에는 반사가 적고, 점선 원에서 벗어나는 경우에는 반사가 크다는 것을 의미할 수 있다. 메타물질을 활용한 stripline 전송 선로의 RU 보드(940)의 경우, 모든 선이 원 안에 포함되어 있음을 확인할 수 있다. 이는 그래프(560)에서 더 자세히 확인할 수 있다. 도 9의 그래프(960)을 참고하면, 점선 원에 포함되는 경우에는, 반사계수가 -10dB 이하이므로 반사가 적어 잘 투과됨을 확인할 수 있고, 점선 원에 포함되지 않은 경우에는, 반사 계수가 -10dB보다 높으므로 반사가 잘 됨을 확인할 수 있다. -10dB인 경우, 10을 가하였을 때, 9가 통과될 수 있음을 의미한다. 이를 통해, 메타물질을 활용한 stripline 전송 선로의 RU 보드(940)에서는 모든 선이 -10dB보다 낮으므로, stripline 전송 선로와 달리 모든 길이의 전송 선로를 사용할 수 있음을 확인할 수 있다.
도 9의 메타물질을 활용한 stripline 전송 선로에서는 stripline 전송 선로와 같이 특정 길이만 사용할 수 있는 것이 아니다. 따라서, 임피던스 정합(impedance matching)을 위해 과도하게 길이를 늘릴 필요가 없고, 급전선의 길이가 과도하게 늘어남에 따른 손실이 발생되지 않아, 경로 손실이 완화될 수 있다. 또한, 실제로 PCB는 적층 구조이기 때문에, 아래쪽 그라운드를 제거하기가 어려운 문제도 메타물질을 활용한다면 해결할 수 있다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 stripline 전송 선로의 경우의 급전선의 길이 및 메타물질을 활용한 stripline 전송 선로에서의 급전선의 길이를 비교한 도면을 나타낸다.
도 10을 참조하면, 입체도 및 단면도(1010)에서는 stripline 전송 선로인 경우를 나타내고, 이 때 사용된 급전선의 길이가 표현된 것이다. stripline 전송 선로의 경우는 임피던스가 낮을 수 있어, 임피던스 정합을 위해서, 특정한 급전선의 길이만 사용할 수 있다. 따라서, 임피던스 정합을 위해, 급전 선의 길이가 과도하게 늘어나는 경우가 있을 수 있다. 이 경우, 급전선의 길이가 과도하게 늘어남에 따른 손실이 발생될 수 있다. 이러한 문제점을 해결하고자 입체도 및 단면도(1020)에서는, 메타물질을 활용한 stripline 전송 선로를 사용하고, 메타물질을 활용한 stripline 전송 선로를 사용한 경우, 급전선의 길이가 어떻게 짧아지는 지가 표현된 것이다. 메타물질을 활용한 stripline 전송 선로를 사용한 경우, 도시된 바와 같이 급전선(941)에서 신호가 전달될 때, 신호는 아래로는 움직이지 않고 위로만 움직이면서 전달되므로, microstrip 전송 선로와 같이 제1 그라운드만 존재하는 것과 같은 효과가 있다. 이 경우, stripline 전송 선로에 비해 상대적으로 임피던스가 높을 수 있어, 임피던스 정합이 될 수 있다. 이 경우, 자유로운 길이의 선로를 사용하여도, 임피던스 정합이 될 수 있어, 과도하게 길이를 늘릴 필요가 없고, 급전선의 길이가 과도하게 늘어남에 따른 손실이 발생되지 않아, 경로 손실이 완화될 수 있다. 따라서, 입체도 및 단면도(1020)에 도시된 바와 같이, 임피던스 정합이 되어, 짧은 길이의 급전선을 사용하여도 반사되지 않고 신호가 전달될 수 있다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 에어 기반 급전 구조를 갖는 전자 장치의 기능적 구성을 도시한다.
도 11을 참조하면, 에어 기반 급전 구조란, 방사를 위하 안테나가 배치되는 보드(즉, 안테나 보드)와 RF 구성요소들(예: RF 신호선, 전력 증폭기, 필터)이 배치되는 보드(즉, RU 보드 혹은 메인 보드) 사이에 형성되는 에어 층에서 급전선이 형성되는 구조를 의미한다. 안테나 보드가 메인 보드 위에 실장되는 경우, 안테나 보드의 가장 아래층 혹은 메인 보드의 가장 위층 중 적어도 하나에 급전선이 형성될 수 있다. 전자 장치(1110)는, 도 1의 기지국(110) 혹은 단말(120) 중 하나일 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따라, 전자 장치(1110)는 mmWave 통신(예: 3GPP의 Frequency Range 2)을 지원하는 기지국 장비일 수 있다. 도 1, 도 2a, 도 2b, 도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4b, 및 도 5 내지 도 10을 통해 언급된 안테나 구조 자체 뿐만 아니라, 이를 포함하는 전자 장치 또한 본 개시의 다양한 실시예들에 포함된다. 전자 장치(1110)는 에어 기반 급전 구조를 갖는 RF 장비를 포함할 수 있다.
도 11를 참고하면, 전자 장치(1110)의 예시적인 기능적 구성이 도시된다. 전자 장치(1110)은 안테나부(1111), 전원 인터페이스부(1112), RF(radio frequency) 처리부(1113), 제어부(1114)를 포함할 수 있다.
안테나부(1111)는 다수의 안테나들을 포함할 수 있다. 안테나는 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능들을 수행한다. 안테나는 서브스트레이트(예: PCB) 위에 형성된 도전체 또는 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함할 수 있다. 안테나는 상향 변환된 신호를 무선 채널 상에서 방사하거나 다른 장치가 방사한 신호를 획득할 수 있다. 각 안테나는 안테나 엘리멘트 또는 안테나 소자로 지칭될 수 있다. 일부 실시예들에서, 안테나부(1111)는 복수의 안테나 엘리멘트들이 열(array)을 이루는 안테나 어레이(antenna array)를 포함할 수 있다. 안테나부(1111)는 RF 신호선들을 통해 전원 인터페이스부(1112)와 전기적으로 연결될 수 있다. 안테나부(1111)는 다수의 안테나 엘리멘트들을 포함하는 PCB에 실장될 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따라, 안테나부(1111)는 FPCB 상에 실장될 수 있다. 안테나부(1111)는 수신된 신호를 전원 인터페이스부(1112)에 제공하거나 전원 인터페이스부(1112)로부터 제공된 신호를 공기중으로 방사할 수 있다.
전원 인터페이스부(1112)는 모듈 및 부품들을 포함할 수 있다. 전원 인터페이스부(1112)는 하나 이상의 IF들을 포함할 수 있다. 전원 인터페이스부(1112)는, 하나 이상의 LO들을 포함할 수 있다. 전원 인터페이스부(1112)는 하나 이상의 LDO 들을 포함할 수 있다. 전원 인터페이스부(1112)는 하나 이상의 DC/DC 컨버터들을 포함할 수 있다. 전원 인터페이스부(1112)는 하나 이상의 DFE들을 포함할 수 있다. 전원 인터페이스부(1112)는 하나 이상의 FPGA들을 포함할 수 있다. 전원 인터페이스부(1112)는 하나 이상의 커넥터들을 포함할 수 있다. 전원 인터페이스부(1112)는 파워 서플라이를 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따라, 전원 인터페이스부(1112)는 하나 이상의 안테나 모듈들을 위한 실장하기 위한 영역들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전원 인터페이스부(1112)는 MIMO 통신을 지원하기 위해, 복수의 안테나 모듈들을 포함할 수 있다. 안테나부(1111)에 따른 안테나 모듈이 해당 영역에 실장될 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따라, 전원 인터페이스부(1112)는 필터를 포함할 수 있다. 필터는 원하는 주파수의 신호를 전달하기 위해, 필터링을 수행할 수 있다. 전원 인터페이스부(1112)는 필터를 포함할 수 있다. 필터는 공진(resonance)를 형성함으로써 주파수를 선택적으로 식별하기 위한 기능을 수행할 수 있다. 전원 인터페이스부(1112)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. 예를 들어, 전원 인터페이스부(1112)는 송신을 위한 주파수 대역 또는 수신을 위한 주파수 대역의 신호를 얻기 위한 RF 회로들을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따른 전원 인터페이스부(1112)는 안테나부(1111)와 RF 처리부(1113)를 전기적으로 연결할 수 있다.
RF 처리부(1113)는 복수의 RF 처리 체인들을 포함할 수 있다. RF 체인은 복수의 RF 소자들을 포함할 수 있다. RF 소자들은 증폭기, 믹서, 오실레이터, DAC, ADC 등을 포함할 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따라, RF 처리 체인은 RFIC를 의미할 수 있다. 예를 들어, RF 처리부(1113)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(1113)는 아날로그RF 수신신호를 디지털 수신신호로 변환하는 ADC(analog-to-digital converter)와 디지털 수신신호를 기저대역의 디지털 수신신호로 변환하는 하향 컨버터(down converter)를 포함할 수 있다. ADC와 하향 컨버터는 수신경로의 일부를 형성한다. 수신 경로는 저전력 증폭기(low-noise amplifier, LNA) 또는 커플러(coupler)(또는 분배기(divider))를 더 포함할 수 있다. RF 처리부의 RF 부품들은 PCB에 구현될 수 있다. 기지국(1110)은 안테나 부(1111)-전원 인터페이스부(1112)-RF 처리부(1113) 순으로 적층된 구조를 포함할 수 있다. 안테나들, 전원 인터페이스부의 RF 부품들, 및 RFIC들은 별도의 PCB 상에서 구현될 수 있고, PCB와 PCB 사이에 필터들이 반복적으로 체결되어 복수의 층들(layers)을 형성할 수 있다.
제어부(1114)는 전자 장치(1110)의 전반적인 동작들을 제어할 수 있다. 제어부 (1114)은 통신을 수행하기 위한 다양한 모듈들을 포함할 수 있다. 제어부(1114)는 모뎀(modem)과 같은 적어도 하나의 프로세서(processor)를 포함할 수 있다. 제어부(1114)는 디지털 신호 처리(digital signal processing)을 위한 모듈들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어부(1114)는 모뎀을 포함할 수 있다. 데이터 송신 시, 제어부(1114)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 예를 들어, 데이터 수신 시, 제어부(1114)은 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 제어부(1114)는 통신 규격에서 요구하는 프로토콜 스택(protocol stack)의 기능들을 수행할 수 있다.
도 11은 본 개시의 안테나 구조가 활용될 수 있는 장비로서, 전자 장치 (1110)의 기능적 구성을 도시한다. 그러나, 도 11에 도시된 예는 도 1, 도 2a, 도 2b, 도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4b, 및 도 5 내지 도 10을 통해 서술된 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 RF 필터 구조의 활용을 위한 예시적인 구성일 뿐, 본 개시의 다양한 실시예들이 도 11에 도시된 장비의 구성 요소들에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 안테나 구조를 포함하는 안테나 모듈, 다른 구성의 통신 장비, 안테나 구조물 자체 또한 본 개시의 실시예로써 이해될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따를 때, 상기 복수의 안테나 어레이들에 대응하는 제1 PCB(printed circuit board); 및
전원 인터페이스를 포함하는 제2 PCB를 포함하고, 상기 제2 PCB는, 안테나 엘리멘트에게 신호를 전달하기 위한 급전선(feeding line)을 포함하고, 상기 급전선의 제1 면과 일정 간격 이격되어 형성된 제1층을 포함하고, 상기 급전선의 제2 면과 일정 간격 이격되어 형성된 제2층을 포함하고, 상기 제2층은, 임피던스를 변환하는 메타물질(metamaterial)을 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따를 때, 상기 제2 PCB는 stripline 구조를 가지는, RU 모듈일 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따를 때, 상기 제2 PCB는 상기 메타물질로 인하여 상기 급전선의 길이를 줄일 수 있는, RU 모듈일 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따를 때, 상기 제2 PCB는 상기 메타물질로 인하여 microstrip line과 동일한 성질을 가지는, RU 모듈일 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따를 때, 상기 메타물질은 EBG(electronical bandgap)를 형성하는, RU 모듈일 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따를 때, 상기 신호는 상기 메타물질에 의해 상기 제1층 방향 및 상기 급전선과 나란한 방향으로 전달되는, RU 모듈일 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따를 때, 상기 제1층은 그라운드(ground)인, RU 모듈일 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따를 때, 상기 메타물질은 특정 구조가 반복 배열되는 구조를 갖는, RU 모듈일 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따를 때, 상기 임피던스에 따라 상기 급전선의 길이가 결정되는, RU 모듈일 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따를 때, 상기 EBG에 의하여 특정 주파수의 신호만 전달될 수 있도록 하는, RU 모듈일 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따를 때, 전자 장치는, 복수의 안테나 어레이들; 상기 복수의 안테나 어레이들에 대응하는 복수의 제1 PCB(printed circuit board) 셋들; 및 전원 인터페이스를 포함하는 제2 PCB를 포함하고, 상기 제2 PCB는, 안테나 엘리멘트에게 신호를 전달하기 위한 급전선(feeding line)을 포함하고, 상기 급전선의 제1 면과 일정 간격 이격되어 형성된 제1층을 포함하고, 상기 급전선의 제2 면과 일정 간격 이격되어 형성된 제2층을 포함하고, 상기 제2층은, 임피던스를 변환하는 메타물질(metamaterial)을 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따를 때, 상기 제2 PCB는 stripline 구조를 갖는, 전자 장치일 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따를 때, 상기 제2 PCB는 상기 메타물질로 인하여 상기 급전선의 길이를 줄일 수 있는, 전자 장치일 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따를 때, 상기 제2 PCB는 상기 메타물질로 인하여 microstrip line과 동일한 성질을 가지는, 전자 장치일 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따를 때, 상기 메타물질은 EBG(electronical bandgap)를 형성하는, 전자 장치일 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따를 때, 상기 신호는 상기 메타물질에 의해 상기 제1층 방향 및 상기 급전선과 나란한 방향으로 전달되는, 전자 장치일 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따를 때, 상기 제1층은 그라운드(ground)인, 전자 장치일 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따를 때, 상기 메타물질은 특정 구조가 반복 배열되는 구조를 갖는, 전자 장치일 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따를 때, 상기 임피던스에 따라 상기 급전선의 길이가 결정되는, 전자 장치일 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따를 때, 상기 EBG에 의하여 특정 주파수의 신호만 전달될 수 있도록 하는, 전자 장치일 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따를 때, 상기 메타 물질은 상기 PCB와 상기 그라운드 사이에 배치되는, 전자 장치일 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따를 때, 상기 메타물질은 특정 구조의 반복적인 패턴으로 표현되고 다른 물질의 인공적인 속성을 가지고, 상기 인공적인 속성은 반복 구조의 유형에 의해 결정되는, 전자 장치일 수 있다.
본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시예들에 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 실시예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 명령어(instructions)를 포함한다.
추가적으로, 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 실시예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 본 개시의 실시예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.
상술한 본 개시의 구체적인 실시예들에서, 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 개시가 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
한편 본 개시의 상세한 설명에서는 다양한 실시예들을 실시예를 참조하여 도시되고 설명되었으나, 첨부된 청구범위 및 그 균등물에 의해 정의된 본 개시의 정신(spirit) 및 범위에서 벗어나지 않고 형태 및 세부사항의 다양한 변경이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다.

Claims (15)

  1. RU(radio unit) 모듈에 있어서,
    복수의 안테나 어레이들;
    상기 복수의 안테나 어레이들에 대응하는 제1 PCB(printed circuit board); 및
    전원 인터페이스를 포함하는 제2 PCB를 포함하고,
    상기 제2 PCB는, 안테나 엘리멘트에게 신호를 전달하기 위한 급전선(feeding line)을 포함하고;
    상기 급전선의 제1 면과 일정 간격 이격되어 형성된 제1층을 포함하고;
    상기 급전선의 제2 면과 일정 간격 이격되어 형성된 제2층을 포함하고;
    상기 제2층은, 임피던스를 변환하는 메타물질(metamaterial)을 포함하는, RU 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 PCB는 stripline 구조를 갖는, RU 모듈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 PCB는 상기 메타물질로 인하여 상기 급전선의 길이를 줄일 수 있는, RU 모듈.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 PCB는 상기 메타물질로 인하여 microstrip line과 동일한 성질을 가지는, RU 모듈.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 메타물질은 EBG(electronical bandgap)를 형성하는, RU 모듈.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호는 상기 메타물질에 의해 상기 제1층 방향 및 상기 급전선과 나란한 방향으로 전달되는, RU 모듈.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1층은 그라운드(ground)이고,
    상기 메타 물질은 상기 PCB와 상기 그라운드 사이에 배치되는, RU 모듈.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 메타물질은 특정 구조가 반복 배열되는 구조를 갖고,
    상기 메타물질은 특정 구조의 반복적인 패턴으로 표현되고 다른 물질의 인공적인 속성을 가지고,
    상기 인공적인 속성은 반복 구조의 유형에 의해 결정되는, RU 모듈.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 임피던스에 따라 상기 급전선의 길이가 결정되는, RU 모듈.
  10. 청구항 5에 있어서,
    상기 EBG에 의하여 특정 주파수의 신호만 전달될 수 있도록 하는, RU 모듈.
  11. 전자 장치에 있어서,
    복수의 안테나 어레이들;
    상기 복수의 안테나 어레이들에 대응하는 복수의 제1 PCB(printed circuit board) 셋들; 및
    전원 인터페이스를 포함하는 제2 PCB를 포함하고,
    상기 제2 PCB는, 안테나 엘리멘트에게 신호를 전달하기 위한 급전선(feeding line)을 포함하고,
    상기 급전선의 제1 면과 일정 간격 이격되어 형성된 제1층을 포함하고,
    상기 급전선의 제2 면과 일정 간격 이격되어 형성된 제2층을 포함하고,
    상기 제2층은, 임피던스를 변환하는 메타물질(metamaterial)을 포함하는, 전자 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2 PCB는 stripline 구조를 갖는, 전자 장치.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2 PCB는 상기 메타물질로 인하여 상기 급전선의 길이를 줄일 수 있는, 전자 장치.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2 PCB는 상기 메타물질로 인하여 microstrip line과 동일한 성질을 가지는, 전자 장치.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 메타물질은 EBG(electronical bandgap)를 형성하는, 전자 장치.
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