WO2022255503A1 - 안테나를 구비하는 전자 기기 - Google Patents

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WO2022255503A1
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pad
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radiator
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우승민
서유석
이동익
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엘지전자 주식회사
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Definitions

  • the present specification relates to an electronic device having an antenna.
  • a specific implementation relates to an antenna module implemented in a multilayer circuit board and an electronic device having the same.
  • image display devices such as multimedia players having complex functions such as playing music or video files, playing games, and receiving broadcasts.
  • An image display device is a device that reproduces image content, and receives and reproduces images from various sources.
  • the image display device is implemented in various devices such as a PC (Personal Computer), a smart phone, a tablet PC, a laptop computer, and a TV.
  • An image display device such as a smart TV may provide an application for providing web content, such as a web browser.
  • a communication module including an antenna may be provided. Meanwhile, as the display area of an image display device is recently expanded, a space for disposing a communication module including an antenna is reduced. Accordingly, there is an increasing need to dispose an antenna inside a multi-layer circuit board on which a communication module is implemented.
  • a WiFi wireless interface may be considered as an interface for a communication service between electronic devices.
  • a millimeter wave band mmWave
  • high-speed data transmission between electronic devices is possible using a wireless interface such as 802.11ay.
  • an array antenna capable of operating in a mmWave band may be mounted in an antenna module.
  • an antenna disposed in such an antenna module may be composed of a vertical polarization antenna in addition to a horizontal polarization antenna.
  • a vertically polarized antenna there is a problem in placing the antenna in a PCB in the form of a multilayer board constituting the antenna module because the antenna needs to be vertically arranged.
  • Another object is to provide an electronic device including an antenna module operating in a millimeter wave band and a component for controlling the antenna module.
  • Another object of the present specification is to provide an RF circuit and an integrated antenna module by arranging an antenna element operating in a millimeter wave band inside a multilayer board.
  • Another object of the present specification is to provide a miniaturized antenna module by lowering the height of an antenna element vertically disposed inside a PCB in the form of a multi-layer board.
  • Another object of the present specification is to provide a broadband feed line structure capable of improving impedance matching characteristics of an antenna element electrically connected to a feed line inside a multi-layer board type PCB.
  • an electronic device having an antenna includes a radiator configured by stacking metal patterns on different layers of a multi-layer substrate; and an antenna module including a feeding part disposed on a specific layer of the radiator and having a feeding line configured to be connected to the radiator, wherein the radiator includes a first pad connected to the feeding line and a first pad connected to the first pad. and a second pad disposed thereon, wherein the first pad and the second pad are interconnected by a first connection line and a second connection line.
  • the electronic device may further include a processor operably connected to the antenna module and controlling a wireless device disposed around the electronic device to transmit or receive a radio signal through the antenna module. have.
  • the first connection line is configured to vertically connect the first end of the first pad and the first end of the second pad to form a first inductance component
  • the second connection line is configured to vertically connect the first end of the second pad. It is configured to vertically connect the second end of the first electrode and the second end of the second pad to form a second inductance component.
  • the first pad having a first area and the second pad having a second area are configured to be separated from each other by a predetermined interval to form a capacitance component.
  • the radiator may have broadband characteristics by the first and second inductance components and the capacitance component.
  • the power supply unit may include the power supply line; a first ground layer disposed from a lower portion of the power supply line to a first area in a horizontal direction; and a second ground layer disposed from the lower part of the first ground layer to a second area adjacent to the radiator than the first area in a horizontal direction, wherein the first width of the feed line formed in the first area and the The second width of the feed line formed in the second region may be configured to be different.
  • a second height from the feed line to the second ground layer in the second region is higher than a first height from the feed line to the first ground layer in the first region of the power supply unit. It can be formed as a stepped ground.
  • the power feeding unit may further include an upper ground layer disposed above the power feeding line, and the power feeding line may be configured as a strip line in the first region and the second region by the upper ground layer. have.
  • the first pad and the second pad are interconnected by the first connection line, the second connection line, and the third connection line, and the third connection line, and the third connection line is the first connection line and the third connection line. It can be placed between the second connecting line
  • the first connection line and the second connection line are disposed on a first shaft
  • the third connection line is disposed between the first connection line and the second connection line on the first shaft. and may be disposed at a point offset from the first and second connection lines on a second axis perpendicular to the first axis.
  • the first pad and the second pad are connected by the first connection line and the second connection line disposed on a first axis, and on a second axis perpendicular to the first axis. It may be connected by the first connection line and the third connection line or the second connection line and the fourth connection line.
  • the antenna module further includes a via wall structure disposed apart from the radiator at a predetermined interval in a horizontal direction, and the via wall structure includes a plurality of pads vertically connected to each other at a plurality of points. of vertical vias.
  • the via wall structure may be formed as a floating via wall that is not electrically connected to the ground of the multilayer substrate.
  • the radiator operates as a vertically polarized antenna by the first connection line and the second connection line vertically connecting the first pad and the second pad, and the antenna module is installed inside the multilayer board.
  • a patch antenna disposed above the ground layer and operating as a horizontally polarized antenna may be further included.
  • the radiator operates as a first antenna configured to radiate a first signal in a first direction parallel to the multilayer substrate, and the patch antenna transmits a second signal in a second direction perpendicular to the multilayer substrate. It can operate as a second antenna configured to radiate.
  • the array antenna may be constituted by a plurality of radiators spaced apart from each other by a predetermined interval in the first horizontal direction of the multilayer substrate.
  • the processor may be disposed on the multilayer substrate on which the antenna module is formed. Alternatively, the processor may be disposed on a main board disposed inside the electronic device separately from the antenna module.
  • each of the plurality of radiators further includes a via wall structure spaced apart from the radiator by a predetermined distance in a second horizontal direction, and the via wall structure is mutually connected at a plurality of points between the plurality of pads. It may include a plurality of vertical vias vertically connected to each other.
  • the array antenna includes a first array antenna module and a second array antenna module spaced apart from the first array antenna module by a predetermined distance in a first horizontal direction
  • the processor comprises the first and second array antenna modules.
  • a first beam and a second beam are respectively formed into a first beam and a second beam in a first direction and a second direction by using two array antenna modules, respectively, and the first array antenna module and the second array antenna module are A third beam may be formed in a third direction by using.
  • the processor performs multiple input/output (MIMO) using the first beam and the second beam, and uses the third beam having a narrower beam width than the first and second beams.
  • MIMO multiple input/output
  • beamforming may be performed.
  • the antenna module includes a radiator configured by stacking metal patterns on different layers of a multi-layer substrate; and a power supply unit disposed on a specific layer of the radiator and including a power supply line configured to be connected to the radiator.
  • the radiator includes a first pad connected to the power supply line and a second pad disposed on top of the first pad, and the first pad and the second pad include a first connection line and a second pad. It is configured to be interconnected by 2 connection lines.
  • the first connection line is configured to vertically connect the first end of the first pad and the first end of the second pad to form a first inductance component
  • the second connection line is configured to vertically connect the first end of the second pad. It is configured to vertically connect the second end of the first electrode and the second end of the second pad to form a second inductance component.
  • the first pad having a first area and the second pad having a second area are configured to be spaced apart from each other at a predetermined interval to form a capacitance component, and the radiator is formed by the first and second inductance components and the capacitance component. It can be implemented to have broadband characteristics.
  • the power supply unit may include the power supply line; a first ground layer disposed from a lower portion of the power supply line to a first area in a horizontal direction; and a second ground layer disposed from the lower part of the first ground layer to a second area adjacent to the radiator than the first area in a horizontal direction, wherein the first width of the feed line formed in the first area and the The second width of the feed line formed in the second region may be configured to be different.
  • the antenna module further includes a via wall structure disposed apart from the radiator at a predetermined interval in a horizontal direction, and the via wall structure includes a plurality of pads vertically connected to each other at a plurality of points. of vertical vias.
  • the via wall structure may be formed as a floating via wall that is not electrically connected to the ground of the multilayer substrate.
  • an electronic device including an antenna module operating in a millimeter wave band and a component for controlling the antenna module may be provided.
  • an antenna element operating in a millimeter wave band may be disposed inside a multilayer board using a plurality of via structures between via pads to provide an RF circuit and an integrated antenna module.
  • a miniaturized antenna module may be provided by lowering the height of an antenna element vertically disposed inside a multilayer substrate by using a plurality of via structures between via pads.
  • a miniaturized antenna module may be provided by lowering the height of an antenna element vertically disposed inside a multilayer board using a via wall structure disposed adjacent to an antenna element in one direction.
  • a wideband feed line structure capable of improving the impedance matching characteristics of an antenna element electrically connected to a feed line inside a multi-layer board by implementing the width of a feed line connected to a monopole antenna in a tapered line form.
  • a broadband feed line structure capable of improving the impedance matching characteristics of an antenna element electrically connected to a feed line inside a multilayer board can be provided by arranging the ground of a feed line connected to a monopole antenna in a stepwise manner.
  • multiple input/output may be performed using only one antenna module through antennas having orthogonal polarization.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an example of an entire wireless AV system including a video display device according to an embodiment of the present specification.
  • FIG. 2 shows a detailed configuration of electronic devices supporting a wireless interface according to the present specification.
  • RTS Request to Send
  • CTS Clear to Send
  • 3B illustrates a block diagram of a communication system 400 according to one example herein.
  • FIG. 4 illustrates an electronic device in which a plurality of antenna modules and a plurality of transceiver circuit modules are disposed according to an embodiment.
  • 5A shows a configuration in which an RFIC is connected to a multilayer circuit board on which an array antenna module is disposed in relation to the present specification.
  • 5B is a conceptual diagram illustrating an antenna structure having different radiation directions.
  • 5C illustrates a coupling structure of a multi-layer substrate and a main substrate according to embodiments.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a configuration of a plurality of communication modules disposed below the image display device and the corresponding communication modules, and communication with other communication modules disposed in the front direction.
  • 7A to 7B show perspective views of an antenna module implemented as a multi-layer substrate according to embodiments.
  • 7c shows a side view of the antenna module including the via wall of FIG. 7b.
  • 8A shows a front view and a side view showing the configuration of a power supply unit.
  • 8B shows a monopole antenna structure configured by vertically connecting a plurality of via pads.
  • 9A illustrates reflection coefficient characteristics of a floating via wall structure and a ground via wall structure when there is no via wall structure.
  • 9B shows reflection coefficient characteristics in a general monopole antenna, an LC Tank monopole antenna, and an LC Tank monopole antenna + tapered feeder structure.
  • 10A and 10B show a configuration in which a power supply unit is formed in a microstrip line or strip line structure in an LC tank antenna + via wall structure according to an embodiment.
  • 11A and 11B show configurations in which first and second types of via wall structures are disposed inside a circuit board on which an array antenna is disposed.
  • FIG. 13 is a conceptual diagram showing an effective area formed by a plurality of connection lines in an LC tank monopole structure according to various embodiments.
  • 14A and 14B show an antenna module formed on a multilayer board having a first type antenna and a second type antenna.
  • 15A shows a structure in which an antenna module 1100 in which a first type antenna and a second type antenna are formed as an array antenna are disposed in an electronic device 1000.
  • 15B is an enlarged view of a plurality of array antenna modules.
  • FIG. 16 illustrates antenna modules coupled in different coupling structures at a specific location of an electronic device according to embodiments.
  • FIG. 17 illustrates an array antenna including a plurality of antenna elements having an LC tank monopole + tapered feed line structure according to an embodiment and an electronic device including the same.
  • FIG. 18 illustrates an array antenna including a plurality of antenna elements having an LC tank monopole + tapered feed line structure and an electronic device including the same according to an embodiment.
  • FIG. 19 illustrates a plurality of array antennas including a plurality of antenna elements and an electronic device including the same according to another embodiment.
  • Electronic devices described in this specification include mobile phones, smart phones, laptop computers, digital broadcasting terminals, personal digital assistants (PDAs), portable multimedia players (PMPs), navigation devices, slate PCs, and the like.
  • PDAs personal digital assistants
  • PMPs portable multimedia players
  • slate PCs slate PCs
  • tablet PC ultrabook
  • wearable device eg, watch type terminal (smartwatch), glass type terminal (smart glass), HMD (head mounted display)
  • HMD head mounted display
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an example of an entire wireless AV system including a video display device according to an embodiment of the present specification.
  • the video display device 100 is connected to a wireless AV system (or broadcasting network) and an Internet network.
  • the video display device 100 is, for example, a network TV, a smart TV, or an HBBTV.
  • the video display device 100 may be wirelessly connected to a wireless AV system (or broadcasting network) through a wireless interface or wirelessly or wiredly connected to an Internet network through an Internet interface.
  • the video display device 100 may be configured to be connected to a server or other electronic device through a wireless communication system.
  • the video display device 100 needs to provide an 802.111 ay communication service operating in a mmWave band in order to transmit or receive large amounts of high-speed data.
  • the mmWave band may be any frequency band of 10 GHz to 300 GHz.
  • the mmWave band may include the 802.11ay band of the 60 GHz band.
  • the mmWave band may include a 5G frequency band of 28 GHz band or an 802.11ay band of 60 GHz band.
  • the 5G frequency band is set to about 24 to 43 GHz band
  • the 802.11ay band may be set to 57 to 70 GHz or 57 to 63 GHz band, but is not limited thereto.
  • the image display device 100 may wirelessly transmit or receive data with electronic devices around the image display device 100, such as a set-top box or other electronic devices, through a wireless interface.
  • the video display device 100 may transmit or receive wireless AV data with a set-top box or other electronic device, for example, a mobile terminal, disposed on the front or bottom of the video display device.
  • the video display device 100 includes, for example, a wireless interface 101b, a section filter 102b, an AIT filter 103b, an application data processing unit 104b, a data processing unit 111b, a media player 106b, and an internet protocol. It includes a processing unit 107b, an Internet interface 108b, and a runtime module 109b.
  • AIT Application Information Table
  • real-time broadcasting content Through the broadcasting interface 101b, AIT (Application Information Table) data, real-time broadcasting content, application data, and stream events are received. Meanwhile, the real-time broadcasting content may be named Linear A/V content.
  • the section filter 102b performs section filtering on the four types of data received through the air interface 101b and transmits the AIT data to the AIT filter 103b and the linear AV content to the data processor 111b, , stream events and application data are transmitted to the application data processor 104b.
  • non-linear A/V content and application data are received through the Internet interface 108b.
  • the non-linear AV content may be a COD (Content On Demand) application, for example.
  • Non-linear AV content is transmitted to the media player 106b, and application data is transmitted to the runtime module 109b.
  • the runtime module 109b includes, for example, an application manager and a browser as shown in FIG. 1 .
  • the application manager controls the life cycle of an interactive application using, for example, AIT data.
  • the browser performs, for example, a function of displaying and processing an interactive application.
  • a communication module having an antenna for providing a wireless interface in an electronic device such as the above-described image display device
  • a wireless interface for communication between electronic devices may be a WiFi wireless interface, but is not limited thereto.
  • a wireless interface supporting the 802.11 ay standard may be provided for high-speed data transmission between electronic devices.
  • the 802.11 ay standard is a successor standard for raising the throughput of the 802.11ad standard to 20 Gbps or more.
  • Electronic devices supporting the 802.11ay air interface may be configured to use a frequency band of about 57 to 64 GHz.
  • the 802.11 ay air interface can be configured to provide backward compatibility for the 802.11ad air interface. Meanwhile, an electronic device providing an 802.11 ay air interface has coexistence with legacy devices using the same band. It can be configured to provide.
  • the wireless environment of the 802.11ay standard may be configured to provide coverage of 10 meters or more in an indoor environment and 100 meters or more in an outdoor environment under line of sight (LOS) channel conditions.
  • LOS line of sight
  • An electronic device supporting an 802.11ay wireless interface may be configured to provide VR headset connectivity, support server backup, and support cloud applications requiring low latency.
  • the Ultra Short Range (USR) communication scenario which is a use case of 802.11ay, is a model for high-capacity data exchange between two terminals. USR communication scenarios can be configured to require low power consumption of less than 400 mW while providing fast link setup within 100 msec, transaction time within 1 second, and 10 Gbps data rate at an ultra-close distance of less than 10 cm. .
  • the 8K UHD Wireless Transfer at Smart Home Usage Model can be considered.
  • the smart home usage model can consider a wireless interface between a source device and a sink device to stream 8K UHD content in the home.
  • the source device may be any one of a set-top box, a Blu-ray player, a tablet, and a smart phone
  • the sink device may be any one of a smart TV and a display device, but is not limited thereto.
  • the radio interface may be configured to transmit uncompressed 8K UHD streaming (60 fps, 24 bits per pixel, minimum 4:2:2) in a coverage of less than 5 m between the sink device and the sink device.
  • a wireless interface may be configured such that data is transferred between electronic devices at a speed of at least 28 Gbps.
  • FIG. 2 shows a detailed configuration of electronic devices supporting a wireless interface according to the present specification.
  • 2 illustrates a block diagram of an access point 110 (typically a first wireless node) and an access terminal 120 (typically a second wireless node) in a wireless communication system.
  • Access point 110 is a transmitting entity on the downlink and a receiving entity on the uplink.
  • Access terminal 120 is a transmitting entity on the uplink and a receiving entity on the downlink.
  • a "transmitting entity” is a independently operated apparatus or device capable of transmitting data over a wireless channel
  • a “receiving entity” is a independently operated apparatus or device capable of receiving data over a wireless channel. It is a device or a device.
  • the set-top box (STB) of FIG. 1 may be an access point 110 and the electronic device 100 of FIG. 1 may be an access terminal 120, but is not limited thereto. Accordingly, it should be understood that access point 110 may alternatively be an access terminal, and access terminal 120 may alternatively be an access point.
  • the access point 110 includes a transmit data processor 220, a frame builder 222, a transmit processor 224, a plurality of transceivers 226-1 through 226-N, and a plurality of antennas ( 230-1 to 230-N).
  • Access point 110 also includes a controller 234 for controlling the operations of access point 110 .
  • the access point 110 includes a transmit data processor 220, a frame builder 222, a transmit processor 224, a plurality of transceivers 226-1 through 226-N, and a plurality of antennas ( 230-1 to 230-N).
  • Access point 110 also includes a controller 234 for controlling the operations of access point 110 .
  • transmit data processor 220 receives data (eg, data bits) from data source 215 and processes the data for transmission. For example, transmit data processor 220 can encode data (eg, data bits) into encoded data and modulate the encoded data into data symbols.
  • the transmit data processor 220 may support different modulation and coding schemes (MCSs). For example, transmit data processor 220 may encode the data at any one of a plurality of different coding rates (eg, using low-density parity check (LDPC) encoding).
  • MCSs modulation and coding schemes
  • Transmit data processor 220 also transmits data encoded using any one of a plurality of different modulation schemes, including but not limited to BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM, 64APSK, 128APSK, 256QAM, and 256APSK. can be tampered with
  • Controller 234 may send a command to transmit data processor 220 specifying which modulation and coding scheme (MCS) to use (eg, based on channel conditions of the downlink).
  • MCS modulation and coding scheme
  • Transmit data processor 220 may encode and modulate data from data source 215 according to the specified MCS. It should be appreciated that the transmit data processor 220 may perform additional processing on the data, such as scrambling the data and/or other processing. Transmit data processor 220 outputs data symbols to frame builder 222.
  • Frame builder 222 constructs a frame (also referred to as a packet) and inserts data symbols into the data payload of the frame.
  • a frame may include a preamble, header and data payload.
  • the preamble may include a short training field (STF) sequence and a channel estimation (CE) sequence to assist the access terminal 120 in receiving the frame.
  • the header may contain information related to the data in the payload, such as the length of the data and the MCS used to encode and modulate the data. This information allows access terminal 120 to demodulate and decode data.
  • Data in the payload may be divided among a plurality of blocks, and each block may include a portion of data and a guard interval (GI) to assist the receiver in phase tracking.
  • the frame builder 222 outputs the frame to the transmit processor 224.
  • GI guard interval
  • Transmit processor 224 processes the frame for transmission on the downlink.
  • transmit processor 224 may support different transmission modes, eg, an orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) transmission mode and a single-carrier (SC) transmission mode.
  • controller 234 can send a command to transmit processor 224 specifying which transmission mode to use, and transmit processor 224 can process the frame for transmission according to the specified transmission mode.
  • Transmit processor 224 may apply a spectral mask to the frame such that the frequency configuration of the downlink signal meets specific spectral requirements.
  • the transmit processor 224 may support multiple-input-multiple-output (MIMO) transmission.
  • access point 110 has multiple antennas 230-1 through 230-N and multiple transceivers 226-1 through 226-N (eg, one for each antenna).
  • can include Transmit processor 224 may perform spatial processing on incoming frames and may provide a plurality of transmit frame streams to a plurality of antennas.
  • Transceivers 226-1 through 226-N receive and process (e.g., convert to analog, amplify, filter, and frequency upconvert) respective transmit frame streams to transmit antennas 230-1 through 230-N. ) Generates transmission signals for transmission through each.
  • the access terminal 120 includes a transmit data processor 260, a frame builder 262, a transmit processor 264, a plurality of transceivers 266-1 through 266-M, and a plurality of antennas ( 270-1 through 270-M) (eg, one antenna per transceiver).
  • Access terminal 120 may transmit data on the uplink to access point 110 and/or may transmit data to another access terminal (eg, for peer-to-peer communication).
  • Access terminal 120 also includes a controller 274 for controlling the operations of access terminal 120 .
  • Transceivers 266-1 through 266-M receive and process (e.g., convert to analog, amplification, filtering and frequency upconversion). For example, the transceiver 266 may up-convert the output of the transmit processor 264 into a transmit signal having a frequency of 60 GHz band.
  • the antenna module according to the present specification may be configured to perform beamforming operation in a 60 GHz band, for example, a band of about 57 to 63 GHz.
  • the antenna module may be configured to support MIMO transmission while performing beamforming operation in a 60 GHz band.
  • the antennas 270-1 to 270-M and the transceivers 266-1 to 266-M may be implemented in an integrated form on a multilayer circuit board.
  • an antenna operating with vertical polarization may be vertically disposed inside the multilayer circuit board.
  • access point 110 To receive data, access point 110 includes a receive processor 242 and a receive data processor 244 .
  • transceivers 226-1 through 226-N receive signals (e.g., from access terminal 120) and spatially process the received signals (e.g., frequency downconversion, amplification, filtering and converting to digital).
  • a receive processor 242 receives the outputs of transceivers 226-1 through 226-N and processes the outputs to recover data symbols.
  • access point 110 may receive data (eg, from access terminal 120) in a frame.
  • receive processor 242 can use the STF sequence in the frame's preamble to detect the start of a frame.
  • Receiver processor 242 may also use the STF for automatic gain control (AGC) adjustment.
  • AGC automatic gain control
  • Receive processor 242 may also perform channel estimation (eg, using the CE sequence in the preamble of the frame) and may perform channel equalization on the received signal based on the channel estimation.
  • Receive data processor 244 receives data symbols from receive processor 242 and an indication of the corresponding MSC scheme from controller 234 .
  • a receive data processor 244 demodulates and decodes the data symbols, recovers data according to the indicated MSC scheme, stores the recovered data (e.g., data bits) and/or data sink 246 for further processing. ) is output to
  • Access terminal 120 may transmit data using OFDM transmission mode or SC transmission mode.
  • receive processor 242 may process the received signal according to the selected transmission mode.
  • transmit processor 264 may support multiple-input-multiple-output (MIMO) transmission.
  • access point 110 may include multiple antennas 230-1 through 230-N and multiple transceivers 226-1 through 226-N (eg, one for each antenna).
  • MIMO multiple-input-multiple-output
  • access point 110 may include multiple antennas 230-1 through 230-N and multiple transceivers 226-1 through 226-N (eg, one for each antenna).
  • the antenna module according to the present specification may be configured to perform beamforming operation in a 60 GHz band, for example, a band of about 57 to 63 GHz.
  • the antenna module may be configured to support MIMO transmission while performing beamforming operation in a 60 GHz band.
  • the antennas 230-1 to 230-M and the transceivers 226-1 to 226-M may be implemented in an integrated form on a multilayer circuit board.
  • an antenna operating with vertical polarization among the antennas 230-1 to 230-M may be vertically disposed inside the multilayer circuit board.
  • each transceiver receives and processes (eg, frequency downconverts, amplifies, filters, and converts to digital) signals from respective antennas.
  • Receive processor 242 may perform spatial processing on the outputs of transceivers 226-1 through 226-N to recover data symbols.
  • Access point 110 also includes memory 236 coupled to controller 234 .
  • Memory 236 may store instructions that, when executed by controller 234, cause controller 234 to perform one or more of the operations described herein.
  • access terminal 120 also includes memory 276 coupled to controller 274 .
  • Memory 276 may store instructions that, when executed by controller 274, cause controller 274 to perform one or more of the operations described herein.
  • an electronic device supporting an 802.11ay air interface determines whether a communication medium is available for communication with another electronic device.
  • the electronic device transmits an RTS-TRN frame including a request to send (RTS) part and a first beam training sequence.
  • FIG. 3A shows a request to send (RTS) frame and a clear to send (CTS) frame according to the present specification.
  • the originating device can use the RTA frame to determine whether the communication medium is available for sending one or more data frames to the destination device.
  • the destination device sends a Clear to Send (CTS) frame back to the originating device if the communication medium is available.
  • the originating device transmits one or more data frames to the destination device.
  • the destination device sends one or more acknowledgment ("ACK”) frames to the originating device.
  • ACK acknowledgment
  • a frame 300 includes a frame control field 310, a duration field 312, a receiver address field 314, a transmitter address field 316, and a frame check sequence field 318. contains the RTS part that contains For improved communication and interference reduction purposes, frame 300 further includes a beam training sequence field 320 for configuring antennas of each of the destination device and one or more neighboring devices.
  • the CTS frame 350 includes a CTS portion including a frame control field 360, a duration field 362, a receiver address field 364, and a frame check sequence field 366. do.
  • frame 350 further includes a beam training sequence field 368 for configuring the antennas of each of the originating device and one or more neighboring devices.
  • the beam training sequence fields 320 and 368 may conform to a training (TRN) sequence according to IEEE 802.11ad or 802.11ay.
  • the originating device can use the beam training sequence field 368 to configure its antenna to transmit directionally to the destination device. Meanwhile, the originating device may use the beam training sequence field to configure its respective antennas in order to reduce transmission interference in the destination device. In this case, one may use the beam training sequence field to configure their respective antennas to create an antenna radiation pattern with nulls intended for the destination device.
  • FIG. 3B illustrates a block diagram of a communication system 400 according to one example herein.
  • the first and second devices 410 and 420 may improve communication performance by matching directions of the main beams.
  • the first and second devices 410 and 420 may form a signal-null having weak signal strength in a specific direction in order to reduce interference with the third device 430 .
  • a plurality of electronic devices may be configured to perform beamforming through array antennas.
  • some of a plurality of electronic devices may be configured to communicate with array antennas of other electronic devices through a single antenna.
  • a beam pattern is formed in an omnidirectional pattern.
  • the present invention is not limited thereto. Accordingly, three of the first to fourth devices 410 may perform beamforming and the other may not perform beamforming.
  • only one of the first to fourth devices 410 may perform beamforming, and the other three devices may not perform beamforming.
  • the other two devices 410 may not perform beamforming.
  • all of the first to fourth devices 410 may be configured to perform beamforming.
  • the first device 410 receives the intended reception of the CTS-TRN frame 350 based on the address indicated in the receiver address field 364 of the CTS-TRN frame 350. determine the device. In response to determining that it is the intended receiving device of the CTS-TRN frame 350, the first device 410 optionally transmits its own data for a directional transmission substantially destined for the second device 420.
  • the beam training sequence of the beam training sequence field 368 of the received CTS-TRN 350 may be used to configure the antenna. That is, the antenna of the first device 410 substantially has a primary lobe (eg, the highest gain lobe) aimed at the second device 420 and non-primary lobes aimed at other directions. configured to generate an antenna radiation pattern.
  • the second device 420 may optionally configure its antenna for directional reception (eg, a primary antenna radiation lobe) targeted at the first device 410 .
  • the antenna of the first device 410 is configured for directional transmission to the second device 420
  • the antenna of the second device 420 is configured for directional reception from the first device 410.
  • the first device 410 transmits one or more data frames to the second device 420 .
  • the first and second devices 410 and 420 perform directional transmission/reception (DIR-TX/RX) of one or more data frames through the primary lobe (main beam).
  • the first and second devices 410 and 420 partially modify the beam pattern of the third device 430 to reduce interference with the third device 430 caused by the antenna radiation pattern having non-primary lobes. can make it
  • the third device 430 determines that it is not the intended receiving device of the CTS-TRN frame 350 based on the address indicated in the receiver address field 364 of the CTS-TRN frame 350. . In response to determining that it is not the intended receiving device of the CTS-TRN frame 350, the third device 430 sends a null that is actually intended for the second device 420 and the first device 410. of the beam training sequence of the beam training sequence field 368 of the received CTS-TRN 350 and of the previously received RTS-TRN frame 300 to configure its antenna to generate an antenna radiation pattern each having The sequence in the beam training sequence field 320 is used.
  • the nulls may be based on the estimated angle of arrival of the previously received RTS-TRN frame 300 and CTS-TRN frame 350 .
  • the third device 430 communicates a desired BER, SNR, SINR, and/or one or more other communications to the first device 410 and the second device 420 (e.g., generate an antenna radiation pattern each having the desired signal powers, rejections or gains (to achieve the estimated interference at these devices 410 and 420 below a defined threshold).
  • the third device 430 estimates antenna gains in directions toward the first and second devices 410 and 420, and the third device 430 and the first and second devices 410 and 420 to one or more sectors to estimate antenna reciprocity differences (e.g., transmit antenna gain minus receive antenna gain) between and determine a corresponding estimated interference at first and second devices 410 and 420.
  • antenna reciprocity differences e.g., transmit antenna gain minus receive antenna gain
  • the third device 430 transmits an RTS-TRN frame 300 intended for the fourth device 440 , which the fourth device 440 receives.
  • the third device 430 determines that the first device 410 and the second device 420 determine the duration of the duration fields 312 and 362 of the RTS-TRN frame 300 and the CTS-TRN frame 350. Keep the antenna configuration with nulls targeting these devices as long as they are communicating based on the duration indicated in each of the fields. Since the antenna of the third device 430 is configured to generate nulls intended for the first device 410 and the second device 420, the RTS-TRN frame 300 by the third device 430 The transmission can produce reduced interference at the first device 410 and the second device 420 respectively.
  • electronic devices supporting the 802.11ay air interface disclosed in this specification may form a signal null direction in a specific direction to reduce interference while matching main beam directions to each other using array antennas.
  • a plurality of electronic devices may form an initial beam direction through a beam training sequence and change a beam direction through a periodically updated beam training sequence.
  • the array antenna needs to be placed inside the multi-layer board on which the RFIC is placed. Also, for radiation efficiency, the array antenna needs to be disposed adjacent to the lateral area inside the multi-layer substrate.
  • a modem may be disposed on a multi-layer substrate on which an array antenna and an RFIC are disposed.
  • a connection length between the RFIC and the modem may be minimized.
  • a detailed structure is described in FIG. 5C.
  • FIG. 4 illustrates an electronic device in which a plurality of antenna modules and a plurality of transceiver circuit modules are disposed according to an embodiment.
  • a home appliance in which a plurality of antenna modules and a plurality of transceiver circuit modules are disposed may be a television, but is not limited thereto.
  • a home appliance in which a plurality of antenna modules and a plurality of transceiver circuit modules are disposed may include any home appliance or display device supporting a communication service in a millimeter wave band.
  • the electronic device 1000 includes a plurality of antenna modules ANT 1 to ANT4, and antenna modules ANT 1 to ANT4 and a plurality of transceiver circuit modules 1210a to 1210d.
  • the plurality of transceiver circuit modules 1210a to 1210d may correspond to the above-described transceiver circuit 1250 .
  • the plurality of transceiver circuit modules 1210a to 1210d may be part of the transceiver circuit 1250 or part of a front-end module disposed between the antenna module and the transceiver circuit 1250 .
  • the plurality of antenna modules ANT 1 to ANT4 may be configured as an array antenna in which a plurality of antenna elements are disposed.
  • the number of elements of the antenna modules ANT 1 to ANT4 is not limited to 2, 3, 4, etc. as shown.
  • the number of elements of the antenna modules ANT 1 to ANT4 can be expanded to 2, 4, 8, 16, and the like.
  • the same number or different numbers of elements of the antenna modules ANT 1 to ANT4 may be selected.
  • the plurality of antenna modules ANT 1 to ANT4 may be disposed in different areas of the display or on the bottom or side of the electronic device.
  • the plurality of antenna modules ANT 1 to ANT4 may be disposed on the top, left, bottom, and right sides of the display, but are not limited to this arrangement structure.
  • the plurality of antenna modules ANT 1 to ANT4 may be disposed in upper left, upper right, lower left, and lower right portions of the display.
  • the antenna modules ANT 1 to ANT4 may be configured to transmit and receive signals in a specific direction in an arbitrary frequency band.
  • the antenna modules ANT 1 to ANT4 may operate in any one of a 28 GHz band, a 39 GHz band, and a 64 GHz band.
  • the electronic device may maintain a connection state with different entities through two or more of the antenna modules ANT 1 to ANT4 or perform a data transmission or reception operation for this purpose.
  • an electronic device corresponding to a display device may transmit or receive data with the first entity through the first antenna module ANT1.
  • the electronic device may transmit or receive data with the second entity through the second antenna module ANT2.
  • the electronic device may transmit or receive data with a mobile terminal (UE) through the first antenna module ANT1.
  • the electronic device may transmit or receive data with a control device such as a set-top box or an access point (AP) through the second antenna module ANT2.
  • UE mobile terminal
  • AP access point
  • Data may be transmitted or received with other entities through other antenna modules, for example, the third antenna module ANT3 and the fourth antenna module ANT4.
  • dual connectivity or multiple input/output (MIMO) may be performed through at least one of the first and second entities previously connected through the third and fourth antenna modules ANT3 and ANT4.
  • the mobile terminals UE1 and UE2 may be disposed in the front area of the electronic device, and the mobile terminals UE1 and UE2 may be configured to communicate with the first antenna module ANT1.
  • the set-top box (STB) or AP may be disposed in a lower area of the electronic device, and the set-top box (STB) or AP may be configured to communicate with the second antenna module (ANT2), but is limited thereto.
  • the second antenna module ANT2 may include both a first antenna radiating to the lower area and a second antenna radiating to the front area. Accordingly, the second antenna module ANT2 can communicate with the set-top box (STB) or the AP through the first antenna, and can communicate with any one of the mobile terminals UE1 and UE2 through the second antenna. .
  • any one of the mobile terminals UE1 and UE2 may be configured to perform multiple input/output (MIMO) with an electronic device.
  • UE1 may be configured to perform MIMO while performing beamforming with an electronic device.
  • an electronic device corresponding to an image display device may perform high-speed communication with other electronic devices or a set-top box through a WiFi wireless interface.
  • an electronic device may perform high-speed communication with another electronic device or a set-top box in a 60 GHz band through an 802.11 ay air interface.
  • the transceiver circuit modules 1210a to 1210d are operable to process a transmission signal and a reception signal in an RF frequency band.
  • the RF frequency band may be any frequency band of the millimeter band, such as the 28 GHz band, the 39 GHz band, and the 64 GHz band, as described above.
  • the transceiver circuit modules 1210a to 1210d may be referred to as RF SUB-MODULEs 1210a to 1210d.
  • the number of RF SUB-MODULEs 1210a to 1210d is not limited to 4, and can be changed to an arbitrary number of 2 or more depending on the application.
  • the RF SUB-MODULEs 1210a to 1210d include an up-conversion module and a down-conversion module for converting signals in the RF frequency band into signals in the IF frequency band or converting signals in the IF frequency band into signals in the RF frequency band.
  • the up-conversion module and the down-conversion module may include a local oscillator (LO) capable of performing up-frequency conversion and down-frequency conversion.
  • LO local oscillator
  • a signal may be transferred from one of the plurality of transceiver circuit modules to an adjacent transceiver circuit module. Accordingly, the transmitted signal may be configured to be transmitted at least once to all of the plurality of transceiver circuit modules 1210a to 1210d.
  • a loop-structured data transfer path may be added.
  • adjacent RF SUB-MODULEs 1210b and 1210c can transmit signals in both directions (bi-direction).
  • a data delivery path of a feedback structure may be added.
  • at least one SUB-MODULE (1210c) is capable of uni-direction signal transmission to the remaining SUB-MODULEs (1210a, 1210b, 1210c) through the data transmission path of the feedback structure.
  • the plurality of RF SUB-MODULEs may include 1st to 4th RF SUB-MODULEs 1210a to 1210d.
  • a signal from the first RF SUB-MODULE 1210a may be transferred to an adjacent RF SUB-MODULE 1210b and a fourth RF SUB-MODULE 1210d.
  • the second RF SUB-MODULE 1210b and the fourth RF SUB-MODULE 1210d may transmit the signal to an adjacent third RF SUB-MODULE 1210c. In this case, if bi-directional transmission is possible between the second RF SUB-MODULE 1210b and the third RF SUB-MODULE 1210c as shown in FIG.
  • this may be referred to as a loop structure.
  • this may be referred to as a feedback structure.
  • at least two signals may be transmitted to the third RF SUB-MODULE 1210c.
  • the baseband module may be provided only in specific modules among the first to fourth RF sub-modules 1210a to 1210d according to applications.
  • the baseband module may not be provided in the first to fourth RF sub-modules 1210a to 1210d, but may be configured as a separate controller, that is, the baseband processor 1400.
  • control signal transfer may be performed only by a separate control unit, that is, the baseband processor 1400 .
  • a communication module including an antenna may be provided. Meanwhile, as the display area of an image display device is recently expanded, a space for disposing a communication module including an antenna is reduced. Accordingly, there is an increasing need to dispose an antenna inside a multi-layer circuit board on which a communication module is implemented.
  • a WiFi wireless interface may be considered as an interface for a communication service between electronic devices.
  • a millimeter wave band mmWave
  • high-speed data transmission between electronic devices is possible using a wireless interface such as 802.11ay.
  • an array antenna capable of operating in a mmWave band may be mounted in an antenna module.
  • an antenna disposed in such an antenna module may be composed of a vertical polarization antenna in addition to a horizontal polarization antenna.
  • a vertically polarized antenna there is a problem in placing the antenna in a PCB in the form of a multilayer board constituting the antenna module because the antenna needs to be vertically arranged.
  • Another object is to provide an antenna module having an antenna operating in a millimeter wave band and an electronic device including a component for controlling the antenna module.
  • Another object of the present specification is to provide an RF circuit and an integrated antenna module by arranging an antenna element operating in a millimeter wave band inside a multilayer substrate.
  • Another object of the present specification is to provide a miniaturized antenna module by lowering the height of an antenna element vertically disposed inside a multilayer substrate.
  • Another object of the present specification is to provide a broadband feed line structure capable of improving impedance matching characteristics of an antenna element electrically connected to a feed line inside a multilayer board.
  • a wireless audio-video (AV) service and/or high-speed data transmission may be provided using an 802.11ay air interface as a mmWave air interface.
  • 802.11ay air interface it is not limited to the 802.11ay air interface, and any air interface in the 60 GHz band may be applied.
  • a 5G or 6G air interface using a 28 GHz band or a 60 GHz band may be used for high-speed data transmission between electronic devices.
  • FIG. 5A shows a configuration in which an RFIC is connected to a multilayer circuit board on which an array antenna module is disposed in relation to the present specification. Specifically, it shows an antenna in package (AIP) module structure and an antenna module structure implemented on a flexible substrate in relation to the present specification.
  • AIP antenna in package
  • an Antenna In Package (AIP) module is for mmWave band communication and is composed of an integrated RFIC-PCB-antenna type.
  • the array antenna module 1100-1 may be integrally formed with a multi-layer PCB, as shown in FIG. 5(a). Accordingly, the array antenna module 1100-1 integrally formed with the multilayer substrate may be referred to as an AIP module.
  • the array antenna module 1100-1 may be disposed on one side of a multi-layer substrate.
  • the first beam B1 may be formed in the side area of the multi-layer substrate by using the array antenna module 1100-1 disposed on one side area of the multi-layer substrate.
  • the array antenna module 1100-2 may be disposed on a multi-layer substrate. Arrangement of the array antenna module 1100-2 is not limited to the structure of FIG. 5A(b), but may be disposed on an arbitrary layer inside the multilayer substrate.
  • the second beam B2 may be formed in the front area of the multi-layer substrate by using the array antenna module 1100-2 disposed on an arbitrary laser of the multi-layer substrate.
  • an array antenna in the AIP module in which the array antenna module is integrally formed, an array antenna may be disposed on the same PCB in order to minimize a distance between the RFIC and the antenna.
  • the antenna of the AIP module may be implemented in a multi-layer PCB manufacturing process, and may radiate a signal in a vertical/lateral direction of the PCB.
  • dual polarization may be implemented using a patch antenna or a dipole/monopole antenna. Therefore, the first array antenna 1100-1 of FIG. 5A(a) is disposed on the side area of the multilayer substrate, and the second array antenna 1100-2 of FIG. 5A(b) is disposed on the side area of the multilayer substrate. can do. Accordingly, the first beam B1 may be generated through the first array antenna 1100-1 and the second beam B2 may be generated through the second array antenna 1100-2.
  • the first array antenna 1100-1 and the second array antenna 1100-2 may be configured to have the same polarization.
  • the first array antenna 1100-1 and the second array antenna 1100-2 may be configured to have orthogonal polarization.
  • the first array antenna 1100-1 operates as a vertical polarization antenna and may operate as a horizontal polarization antenna.
  • the first array antenna 1100-1 may be a monopole antenna having vertical polarization
  • the second array antenna may be a patch antenna having horizontal polarization.
  • FIG. 5B is a conceptual diagram illustrating an antenna structure having different radiation directions.
  • a radiation direction of an antenna module disposed on a lateral area of a multi-layer board corresponds to a lateral direction.
  • an antenna implemented on a flexible substrate may be composed of a radiating element such as a dipole/monopole antenna. That is, the antenna implemented on the flexible substrate may be end-fire antenna elements.
  • end-fire radiation may be implemented by an antenna radiating in a horizontal direction with the substrate.
  • Such an end-fire antenna may be implemented as a dipole/monopole antenna, a Yagi-dipole antenna, a Vivaldi antenna, or a SIW horn antenna.
  • the Yagi-dipole antenna and the Vivaldi antenna have horizontal polarization characteristics.
  • one of the antenna modules disposed in the video display device presented in this specification requires a vertically polarized antenna. Therefore, it is necessary to provide an antenna structure capable of minimizing an antenna exposed area while operating as a vertically polarized antenna.
  • the radiation direction of the antenna module disposed on the front area of the multilayer board corresponds to the front direction.
  • the antenna disposed in the AIP module may be composed of a radiating element such as a patch antenna. That is, the antenna disposed in the AIP module may be broadside antenna elements radiating in a broadside direction.
  • FIG. 5C illustrates a coupling structure between a multi-layer substrate and a main substrate according to embodiments.
  • FIG. 5C(a) a structure in which an RFIC 1250 and a modem 1400 are integrally formed on a multilayer board 1010 is shown.
  • Modem 1400 may be referred to as baseband processor 1400 .
  • the multi-layer substrate 1010 is integrally formed with the main substrate. This integrated structure may be applied to a structure in which only one array antenna module is disposed in an electronic device.
  • the multilayer board 1010 and the main board 10120 may be configured to be modularly coupled by a connector.
  • the multilayer board 1010 may be configured to interface with the main board 1020 through a connector.
  • the RFIC 1250 may be disposed on the multilayer substrate 1010 and the modem 1400 may be disposed on the main substrate 1020 .
  • the multi-layer board 1010 may be formed as a separate board from the main board 1020 and coupled through a connector.
  • This modular structure can be applied to a structure in which a plurality of array antenna modules are disposed in an electronic device.
  • the multi-layer board 1010 and the second multi-layer board 1020 may be interfaced with the main board 1020 through a connector connection.
  • the modem 1400 disposed on the main board 1020 is configured to be electrically coupled to the RFICs 1250 and 1250b disposed on the multi-layer board 1010 and the second multi-layer board 1020 .
  • FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a configuration of a plurality of communication modules disposed below an image display device and communication modules and communication with other communication modules disposed in the front direction.
  • different communication modules 1100-1 and 1100-2 may be disposed under the image display device 100.
  • the video display device 100 may communicate with the communication module 1100b disposed below through the antenna module 1100 .
  • communication may be performed with the second communication module 1100c disposed on the front side through the antenna module 1100 of the image display device 100 .
  • the communication module 1100b may be a set-top box or an access point (AP) that transmits AV data to the video display device 100 at high speed through an 802.11 ay wireless interface, but is limited thereto.
  • the second communication module 1100c may be any electronic device that transmits and receives data with the image display device 100 at high speed through an 802.11ay wireless interface.
  • the height of the antenna may increase according to the RFIC driving circuit and the heat dissipation structure.
  • the antenna height may increase in the AIP module structure as shown in FIG. 5(a) a according to the type of antenna used.
  • the antenna module structure implemented in the side area of the multilayer substrate as shown in FIG. 5A(b) can implement the antenna in a low-profile shape.
  • 7A to 7B show perspective views of an antenna module implemented as a multi-layer substrate according to embodiments.
  • 7c shows a side view of the antenna module including the via wall of FIG. 7b.
  • FIG. 7A shows a structure in which a first type of via wall is disposed adjacent to a monopole radiator having a plurality of connection lines.
  • a monopole antenna is disposed at an end of a PCB corresponding to a multi-layer board.
  • 7B shows a configuration in which a via wall of the second type is disposed adjacent to a monopole radiator having a plurality of connection lines.
  • the via wall of the first type may have a configuration in which the via wall is disposed over the entire area of the multilayer substrate.
  • the via wall of the second type may have a configuration in which the via wall is disposed only in a partial area inside the monopole radiator area of the multilayer substrate area.
  • the configuration of the antenna module 1100 includes a multilayer PCB 1010, a ground 1150, a feed part 1120, a via 1111, and a via pad. pad, 1112).
  • Each layer of the multi-layer substrate consists of a substrate.
  • the monopole radiator 1110 includes vias 1111 and via pads 1112 . Two or more vias 1111 and via pads 1112 are connected vertically to the multilayer substrate 1010 . In order for two or more vias 1111 to operate like one radiator, the distance between the vias is configured to be equal to or less than lambda/4 of the operating frequency.
  • the via wall has a structure of a floating via wall that is not connected to the ground.
  • the via wall 1130b of the second type may have a structure in which the via wall is disposed only in a partial area inside the monopole radiator area of the multilayer substrate area.
  • the antenna element disposed in the antenna module 1010 is not limited to a monopole antenna. Even when other types of antenna elements are disposed or a monopole antenna is disposed, the via wall may be partially disposed depending on the application. For example, a component such as a patch antenna or a capacitor requiring SMT may be disposed inside the PCB 1010 adjacent to the monopole radiator 1110 . In this case, the via wall structure 1130 cannot be formed long in a specific direction.
  • the current flow generated when the via wall is connected to the ground may cause performance degradation of nearby patch antennas or RF components.
  • the via wall structure 1130 as a floating via wall without connecting it to the ground, performance degradation of the patch antenna or RF component can be avoided.
  • Figure 8a shows a front view and a side view showing the configuration of the power supply.
  • 8B shows a monopole antenna structure configured by vertically connecting a plurality of via pads.
  • 8B (a) shows a monopole antenna configuration
  • FIG. 8B (b) shows a general monopole antenna configuration in which via pads are connected to a plurality of connection lines, that is, an LC tank monopole antenna configuration.
  • 8B (c) shows a via unit 1110v including a via pad 1112 and a plurality of vias, that is, first and second connection lines 1111a and 1111b, and an equivalent circuit thereof.
  • FIG. 8A a structure of a power supply unit 1120 for wideband impedance transformation is shown.
  • a wideband impedance converter is implemented by changing the width of the power supply line 1121.
  • a wideband impedance conversion unit is implemented using a stepped ground.
  • the first width W1 of the feed line 1121a formed in the first region R1 and the second width W2 of the feed line 1121b formed in the second region R2 may be set differently.
  • the feed line 1121a formed in the first region R1 may be referred to as an impedance converter 1121a or a first feed line 1121a.
  • the feed line 1121b formed in the second region R2 may be referred to as a second feed line 1121b.
  • the feed line 1121 may include a first feed line 1121a and a second feed line 1121b. That is, the feed line 1121 may include an impedance converter 1121a and a second feed line 1121b.
  • the feed line 1121 may be configured to have a first width W1 and a second width W2, and the feed line 1121 of the second region R2 adjacent to the radiator 1110, that is, the second width W2.
  • the second width W2 of the second feed line 1121b is implemented to have a higher impedance than the first width W1.
  • the length L2 of the second feed line 1121b may be set to lambda/4 or less of the operating frequency, and may operate as an impedance conversion unit for impedance conversion.
  • An operating frequency of the radiator 1110 in the antenna module may be changed to a low frequency band by the impedance converter 1121a. Accordingly, the size of the radiator 1110 in the antenna module can be miniaturized.
  • the first width W1 of the first feed line 1121a may be a transmission line having a characteristic impedance of 50 ohm.
  • the ground may be formed in a stepwise manner to form a first height and a second height.
  • the power supply unit 1120 may include a power supply line 1121, a first ground layer 1122a, and a second ground layer 1122b.
  • the first ground layer 1122a may be configured to be disposed from the bottom of the power supply line 1121 to the first region R1 in a horizontal direction.
  • the second ground layer 1122b may be configured to be disposed from a lower portion of the first ground layer 1122a to a second region R2 adjacent to the radiator 1110 than the first region R1 in a horizontal direction.
  • the first height h1 extends from the first region R1 to the power supply line 1121 and the first ground layer 1122a.
  • the second height h2 is formed from the second region R2 to the power supply line 1121 and the second ground layer 1122b.
  • the second height h2 from the second region R2 to the feed line 1121 and the second ground layer 1122b is formed as a stepped ground.
  • the first height h1 of the first region R1 may be lower than the second height h2 of the second region R1. Since the height of the first ground layer 1122a and the feed line 1121 is relatively low in the first region R1 , the feed line 1121 may be formed with low impedance. Since the height of the second ground layer 1122b and the feed line 1121 is relatively high in the second region R2, it can be formed with high impedance. Accordingly, impedance conversion may be performed without a large width change between the first width W1 and the second width W2 in the first region R1 and the second region R2. That is, a low characteristic impedance of the power supply line 1121, for example, 50 ohm, may be converted into a high characteristic impedance of the radiator 1110.
  • an LC tank monopole antenna is structurally formed using two or more vias 1111a and 1111b and a via pad 1112.
  • the vias 1111a and 1111b and the via pad 1112 are structurally formed to have inductance and capacitance. Therefore, it is referred to as an LC Tank, and the antenna operation frequency is lowered and the bandwidth is widened by the LC Tank, so that the antenna can be miniaturized.
  • the via unit 1110v may be equalized to inductance (L).
  • E-field electric field
  • the via unit 1110v may be equalized with the capacitance C.
  • 9A illustrates reflection coefficient characteristics of a floating via wall structure and a ground via wall structure when there is no via wall structure.
  • 9B shows reflection coefficient characteristics in a general monopole antenna, an LC Tank monopole antenna, and an LC Tank monopole antenna + tapered feeder structure.
  • S11 has resonance frequency characteristics of i) 63 to 76 GHz when there is no via wall, ii) 58 to 73 GHz in the case of a floating via wall, and iii) 55 to 77 GHz in the case of a ground via wall. Satisfies. Therefore, the operating frequency of the antenna is lowered by the via wall. Accordingly, the antenna operating frequency can be reduced without increasing the size of the antenna by the via wall.
  • the structure of the floating via wall may be optimized so that the dual resonance characteristics are exhibited and the dual resonance frequencies are adjacent to each other.
  • FIG. 9B shows reflection coefficient characteristics in i) a general monopole structure without an LC tank, ii) an LC tank monopole structure, and LC iii) a tank monopole antenna + tapered feeder structure.
  • the antenna operating frequency is 61 to 75 GHz.
  • the antenna operating frequency is 64 to 80 GHz.
  • the antenna operating frequency is 55 ⁇ 77GHz. Therefore, when both the LC tank monopole antenna and the tapered feeder structure are applied, the antenna operating frequency is reduced, thereby achieving the effect of miniaturizing the antenna size.
  • the operating bandwidth of the LC Tank monopole antenna + tapered feeder structure is increased to about 22 GHz, while the operating bandwidth of the general monopole structure is about 13 GHz. Meanwhile, the minimum operating frequency of the general monopole structure is about 62.9 GHz, whereas the minimum operating frequency of the LC tank monopole antenna + tapered feeder structure is about 54.6 GHz. Accordingly, the antenna operating frequency can be lowered by about 8.3 GHz through the embodiment of the present specification. Through this, it is possible to provide an integrated structure by miniaturizing the antenna without increasing the size of the antenna and arranging the antenna inside the PCB.
  • the electronic device may be configured to include the antenna module 1100 and the processor 1400.
  • the processor 1400 of FIG. 3 may include the air interface 101 and the data processor 111 of FIG. 2B. Also, the processor 1400 of FIG. 3 may include the Internet interface 108 and the Internet protocol processor 107 of FIG. 2B.
  • the radiator 1110 may be configured by stacking metal patterns on different layers of a multi-layer substrate 1010 .
  • the power supply unit 1120 may include a power supply line 1121 configured to be disposed on a specific layer of the radiator 1110 and connected to the radiator 1110 .
  • the processor 1400 is operably connected to the antenna module 1100 and can control a wireless device disposed around the electronic device to transmit or receive a radio signal through the antenna module 1100.
  • the processor 1400 may be disposed on the multi-layer board 1010 on which the antenna module 1100 is formed or may be disposed in an electronic device separately from the antenna module 1100 .
  • the processor 1400 may be disposed on the multilayer substrate 1010 together with the antenna module.
  • the processor 1400 may be disposed inside the electronic device separately from the antenna module. That is, the processor 1400 may be disposed on the main substrate 1020 separately from the antenna module.
  • the transceiver circuit 1250 of FIG. 5C may be disposed on the multi-layer board 1010 and configured to control the antenna module 1100 .
  • the processor 1400 may be operatively connected to the transceiver circuit 1250 .
  • the processor 1400 may control the transceiver circuit 1250 to transmit or receive a radio signal through the antenna module 1100 to a wireless device disposed around the electronic device.
  • the radiator 1110 may include a first pad 1112a connected to the power supply line 1121 and a second pad 1112b disposed above the first pad 1112a.
  • the first pad 1112a and the second pad 1112b may be configured to be interconnected by a first connection line 1111a and a second connection line 1111b.
  • the plurality of pads may include a first pad 1112a to an nth pad 1112n.
  • pads of adjacent layers among the plurality of pads 1112a to 1112n may all be connected by the first connection line 1111a and the second connection line 1111b.
  • an inductance (L) component may be generated by the first connection line 1111a and the second connection line 1111b.
  • a capacitance (C) component may be generated between pads of adjacent layers, for example, a first pad 1112a and a second pad 1112b disposed on top of the first pad 1112a.
  • the first connection line 1111a may be configured to vertically connect the first end of the first pad 1112a and the first end of the second pad 1112b to form a first inductance L1 component.
  • the second connection line 1111b is configured to vertically connect the second end of the first pad 1112a and the second end of the second pad 1112b to form a second inductance L2 component.
  • the first pad 1112a having a first area and the second pad 1112b having a second area may be spaced apart from each other at a predetermined interval to form a capacitance (C) component.
  • the radiator 1110 may be implemented to have broadband characteristics by the components of the first and second inductances L1 and L2 and the capacitance component C.
  • the power supply unit 1120 may include a power supply line 1121 and a first ground layer 1122a disposed from a lower portion of the power supply line 1121 to the first region R1 in a horizontal direction.
  • the power supply unit 1120 includes a second ground layer 1122b disposed from the lower portion of the first ground layer 1122a to a second region R2 adjacent to the radiator 1110 than the first region R1 in the horizontal direction.
  • the first width W1 of the feed line 1121 formed in the first region R1 and the second width W1 of the feed line 1121 formed in the second region R2 may be formed to be different.
  • the power supply unit 1120 is higher than the first height h1 between the power supply line 1121 and the first ground layer 1122a in the first area R1, and the power supply line 1121 and the second ground layer 1121 in the second area R2.
  • the second height h2 up to the ground layer 1122b may be formed higher. Accordingly, the power supply unit 1120 may be formed as a stepped ground having a second height h2 higher than the first height h1.
  • the power feeding unit 1120 may be formed in a strip line structure in which a ground is formed on the top in addition to the microstrip line structure.
  • FIGS. 10A and 10B show a configuration in which the power supply unit is formed in a microstrip line or strip line structure in the LC tank antenna + via wall structure according to the embodiment.
  • 10A shows that the power supply unit is composed of a microstrip line in the LC Tank antenna + via wall structure.
  • the power supply unit is composed of a strip line in the LC Tank antenna + via wall structure.
  • the power supply unit 1120 may further include an upper ground layer 1123 disposed above the power supply line 1121 .
  • the antenna module may further include a via wall structure 1130 spaced apart from the radiator 1110 in a horizontal direction, for example, in an inner direction of the multi-layer substrate 1010 by a predetermined distance.
  • the via wall structure 1130 may be arranged to include a plurality of vertical vias vertically connected to each other at a plurality of points between a plurality of pads.
  • the via wall structure 1130 may be formed as a ground via wall electrically connected to the ground of the multilayer substrate 1010 .
  • the via wall structure 1130 may be formed as a floating via wall that is not electrically connected to the ground of the multilayer board 1010 .
  • the power supply line 1121 may be configured as a strip line in the first region R1 and the second region R2 by the ground layer 1123 .
  • a strip line may be formed in the first region R1 by the upper ground layer 1123 and the first ground layer 1122a.
  • the power supply line 1121 may be configured as a first type strip line by the upper ground layer 1123 and the first ground layer 1122a.
  • the height from the feed line 1121 to the first ground layer 1122a is set to the first height h1.
  • the height from the feed line 1121 to the upper ground layer 1123 is set to the third height h3.
  • a strip line may be formed in the second region R2 by the upper ground layer 1123 and the second ground layer 1122b.
  • the feed line 1121 may be configured as a second type strip line by the upper ground layer 1123 and the second ground layer 1122b.
  • the height from the feed line 1121 to the second ground layer 1122b is set to the first height h2.
  • the height from the feed line 1121 to the upper ground layer 1123 is set to the third height h3.
  • the impedance conversion unit As the shape of the strip line is changed from the first region R1 to the second region R2, impedance conversion from a low characteristic impedance to a high characteristic impedance is possible by the impedance conversion unit.
  • the power supply line 1121 is configured as a strip line, power supply loss can be reduced in a high frequency band such as a millimeter wave band.
  • FIGS. 8A (a) and 10A a correlation between the widths W1 and W2 of the power supply line 1121 and the heights h1 and h2 of the stepped ground will be described.
  • a correlation between the first width W1 and the first height h1 of the impedance converter 1121a and the second width W2 and the second height h2 of the second feed line 1121b will be described.
  • Z 1 and Z 2 represent characteristic impedances of the first feed line 1121a and the second feed line 1121b, respectively.
  • w of the first feed line 1121a having the first characteristic impedance Z 1 corresponds to the first width W1.
  • W of the second feed line 1121b having the second characteristic impedance Z 2 corresponds to the second width W2.
  • ⁇ r is the effective permittivity of the feed line 1121 in the first region R1 or the second region R2 where the feed line 1121 is disposed. Accordingly, both Equations 1 and 2 are satisfied, and the first feed line 1121a operates as an impedance converter 1121a that converts the impedances of the radiator 1110 and the second feed line 1121b.
  • the correlation between the widths W1 and W2 of the feed line 1121 and the heights h 1 and h 2 of the stepped ground according to Equations 1 and 2 above may be applied to the microstrip line configuration shown in FIG. 10A.
  • the correlation between the widths (W1, W2) of the feed line 1121 and the heights (h 1 , h 2 ) of the stepped ground according to Equations 1 and 2 is the upper ground layer 1123 is disposed as shown in FIG. It can be similarly applied to the strip line configuration.
  • h 1 and h 2 in Equation 1 may be replaced with h 1 + h 3 and h 2 + h 3 respectively considering the height of the strip line.
  • the proportionality constants of 60, 8h, and 4w which are the proportionality constant values of Equation 1, may be changed by reflecting the configuration of the strip line.
  • the radiator 1110 may configure an array antenna 1100 as shown in FIGS. 11A and 11B by disposing a plurality of elements at a predetermined interval.
  • FIGS. 11A and 11B show configurations in which first and second types of via wall structures are disposed inside a circuit board on which an array antenna is disposed.
  • 11A shows a structure in which a first type via wall structure 1130a is disposed inside a circuit board 1010 on which an array antenna 1100 is disposed.
  • 11B shows a configuration in which a second type via wall structure 1130b is disposed inside the circuit board 1010 on which the array antenna 1100 is disposed.
  • an embodiment of an array antenna 1100 in which radiators 1110 in the form of LC tank monopole antennas are arranged at predetermined intervals is shown.
  • the arrangement interval between the monopole antenna-shaped radiators 1110 has a value within a predetermined range from lambda/2 of the operating frequency, and may be set to a value smaller or larger than this depending on the application.
  • the array interval between the radiators 1110 is set to have a value greater than lambda/2, the antenna gain increases and interference between antennas decreases, but the antenna arrangement space increases.
  • the array interval between the radiators 1110 is set to lambda or more, a grating lobe phenomenon in which two or more main beams are generated may occur, and the array interval is set to a range between lambda/2 and lambda of the operating frequency. It can be.
  • the array spacing between the radiators 1110 is reduced by more than lambda/2, the antenna arrangement space is reduced and the antenna can be miniaturized, but the antenna gain is reduced and interference between antennas is increased.
  • the first and second types of via wall structures 1130a and 1130b may be connected to each other or partially disconnected to be independently disposed.
  • the via wall structure 1130a of the first type may be disposed inside the array antenna 1100 composed of a plurality of radiators 1110-1 to 1110-3 as one via wall that is connected to each other.
  • the via wall structure 1130b of the second type may be partially broken and disposed independently. Accordingly, the via wall structures 1131b to 1133b of the second type may be disposed inside the array antenna 1100 including the plurality of radiators 1110-1 to 1110-3.
  • the number of elements of the array antenna is not limited to 2, 3, 4, etc. as shown.
  • the number of elements of the array antenna can be expanded to 2, 4, 8, 16, and the like.
  • the array antenna may be composed of 1x2, 1x3, 1x4, 1x5, ..., 1x8 array antennas.
  • the antenna module may further include via wall structures 1130a and 1130b disposed apart from the radiator 1110 at a predetermined interval in a horizontal direction, for example, in an inner direction of the multi-layer substrate 1010. .
  • the via wall structures 1130a and 1130b may be arranged to include a plurality of vertical vias vertically connected to each other at a plurality of points between a plurality of pads.
  • the via wall structures 1130a and 1130b may include a plurality of vertical vias disposed in the first axis (x-axis) direction. Accordingly, the via wall structures 1130a and 1130b may be formed as one-dimensional via walls. Depending on the application, the via wall structures 1130a and 1130b may include a plurality of vertical vias disposed in a first axis (x-axis) direction and a second axis direction (y-axis direction) as shown in FIGS. 10A and 10B. have. Accordingly, the via wall structures 1130a and 1130b may be formed as a two-dimensional via wall. The via wall structures 1130a and 1130b may be formed as floating via walls that are not electrically connected to the ground of the multilayer substrate 1010 .
  • the number of the plurality of radiators 1110-1 to 1110-3 is indicated as three in FIGS. 11A and 11B, it is not limited thereto and can be changed according to applications.
  • the number of radiators in the array antenna 1100 may be determined as an even number, such as 2, 4, 6, 8, 10, 12, or 16, in consideration of coupling of feed lines. However, what is limited to this may be determined as an odd number such as 3, 5, 7, 9, and 11.
  • first and second type via wall structures 1130a and 1130b may be connected to at least one of the ground layers through a via to form a ground via wall structure.
  • first and second type via wall structures 1130a and 1130b may be formed as floating via wall structures electrically floating without being connected to ground layers.
  • the LC Tank monopole antenna structure according to the present specification can be variously changed depending on the application.
  • the LC tank monopole antenna structure can reduce the antenna height compared to the general monopole antenna structure, thereby miniaturizing the antenna.
  • reduction in antenna height is an important issue.
  • FIG. 12 compares a general monopole antenna structure and an LC Tank monopole antenna structure in a millimeter wave band.
  • 12 (a) shows a general monopole antenna structure in the 60 GHz band.
  • the monopole antenna may be formed with a height of about 1.25 mm.
  • Figure 12 (b) shows the LC tank monopole antenna structure in the 60GHz band.
  • the LC Tank monopole antenna 1110 may be formed to a height of about 0.8 mm.
  • the distance d between the first connection line 1111a and the second connection line 1111b may be set to about 0.25 mm.
  • the height of the LC tank monopole antenna 1110 formed by the plurality of pads 1112a to 1112n and the plurality of connection lines 1111a and 1111b on the plurality of layers may be about 0.83 mm.
  • Equations 3 and 4 compare the lengths (Length 1 , Length 2 ) of the general monopole antenna structure and the LC Tank monopole antenna structure.
  • Equation 3 is applied to the general monopole structure of FIG. 12 (a)
  • f 0 60 GHz
  • Length 1 1.25 mm.
  • Equation 4 may be applied to the LC Tank monopole structure according to the present specification of FIG. 12 (b).
  • the capacitance value Cap formed by the first connection line 1111a and the second connection line 1111b of FIG. 12(b) may be determined by Equation 5 below.
  • the capacitance value Cap is determined by the area A formed by the plurality of connection lines 1111a and 1111b, and accordingly, the length L2 of the LC Tank monopole in Equation 4 can be determined.
  • the condition of A (area) is formed by the first connection line 1111a and the second connection line 1111b. may be an area. That is, it may be an area formed when via pads connect centers of vias.
  • Cap 0.66 is determined. Accordingly, the Cap value may increase by increasing A (area), and the monopole length L2 of the LC tank monopole structure may decrease. Therefore, the monopole length (L2) is reduced compared to the monopole length (L1) of the general monopole structure by the capacitance value (Cap) formed by the LC tank monopole structure. However, if A (area) increases beyond the threshold value, the capacitor effect may not occur due to the LC tank monopole structure. Accordingly, it is necessary to increase A (area) while operating as a capacitor by forming additional connection lines in addition to the first connection line 1111a and the second connection line 1111b.
  • FIG. 13 is a conceptual diagram showing an effective area formed by a plurality of connection lines in an LC tank monopole structure according to various embodiments.
  • 13(a) shows a linear connection structure formed by the first connection line 1111a and the second connection line 1111b.
  • 13(b) shows a triangular connection structure formed by the first connection line 1111a to the third connection line 1111c.
  • 13(c) shows a rectangular connection structure formed by the first connection line 1111a to the fourth connection line 1111d.
  • the LC tank monopole structure by a plurality of connection lines between adjacent pads may be expressed as an arbitrary polygonal connection structure.
  • it may be expressed as a combination of different types of connection structures for each adjacent layer.
  • the first pad 1112a and the second pad 1111b include a first connection line 1111a, a second connection line 1111b, and a third connection line ( 1111c) may be configured to be interconnected.
  • the third connection line 1111c may be disposed between the first connection line 1111a and the second connection line 1111b.
  • the third connection line 1111c has a straight connection structure as shown in FIG. 13 (a), that is, the first connection line 1111a and the second connection line 1111a and the second connection line 1111a and the second connection line 1111b are substantially on the same line. It may be disposed between the two connection lines 1111b. Alternatively, the third connection line 1111c may be arranged to form a triangular connection structure as shown in FIG. 13(b).
  • the first connection line 1111a and the second connection line 1111b may be disposed on the first axis.
  • the third connection line 1111c is disposed between the first connection line 1111a and the second connection line 1111b on the first axis (x-axis). Meanwhile, the third connection line 1111c may be disposed at a point offset from the first and second connection lines 1111a and 1111b on the second axis (y-axis) perpendicular to the first axis.
  • the first pad 1112a and the second pad 1111b include a first connection line 1111a, a second connection line 1111b, and a third connection line ( 1111c) and the fourth connection line 1111d.
  • the first pad 1112a and the second pad 1111b may be configured to be interconnected by a first connection line 1111a, a second connection line 1111b, and a third connection line 1111c.
  • the first pad 1112a and the second pad 1111b may be configured to be interconnected by a first connection line 1111a, a second connection line 1111b, and a fourth connection line 1111d.
  • the first pad 1112a and the second pad 1112b are connected by a first connection line 1111a and a second connection line 1111b disposed on the first axis.
  • the first pad 1112a and the second pad 1112b may be connected by a first connection line 1111a and a third connection line 1111c.
  • the first pad 1112a and the second pad 1112b may be connected by a second connection line 1111b and a fourth connection line 1111d.
  • first pad 1112a and the second pad 1112b are connected by a first connection line 1111a and a third connection line 1111c on a second axis perpendicular to the first axis. and may be connected by the second connection line 1111b and the fourth connection line 1111d.
  • the antenna module 1100 includes a second type antenna radiating to the upper region of the multilayer board 1010 in addition to the first type antenna radiating to the side region of the multilayer board 1010 like the monopole radiator 1110. more can be provided.
  • the first type antenna and the second type antenna may be composed of antennas having the same polarization.
  • the first type antenna and the second type antenna may be composed of antennas having different polarizations.
  • the first type antenna may operate as a vertical polarization antenna
  • the second type antenna may operate as a horizontal polarization antenna.
  • FIG. 14A and 14B show an antenna module formed on a multilayer board having a first type antenna and a second type antenna. Specifically, FIG. 14A shows a configuration in which a second type antenna is disposed between a monopole antenna and a ground via wall. 14B shows a configuration in which a second type antenna is disposed inside a ground via wall.
  • the via wall may include a ground via wall 1130a, but is not limited thereto.
  • the patch antenna 1110-2 corresponding to the second type antenna may be disposed between the via wall 1112 corresponding to the monopole antenna and the ground via wall 1130a.
  • the via wall may include a floating via wall 1130b, but is not limited thereto.
  • a patch antenna 1110-2 corresponding to a second type antenna may be disposed between a via wall 1112 corresponding to a monopole antenna and a floating via wall 1130b.
  • the patch antenna 1110-2 may be disposed inside the multi-layer substrate rather than the floating via wall 1130b.
  • the radiator 1110 is vertically polarized by the first connection line 1111a and the second connection line 1111b vertically connecting the first pad 1112a and the second pad 1112b. acts as an antenna.
  • the antenna module 1100 may further include a patch antenna 1110-2 operating as a horizontal polarization antenna in addition to the vertical polarization antenna.
  • the patch antenna 1110-2 may be disposed above the upper ground layer 1123 of FIG. 10B, but is not limited thereto. As another example, it may be disposed above the first ground layer 1122a as shown in FIG. 10A.
  • the radiator 1110 that is, the monopole radiator may include a first antenna configured to radiate a first signal (a first beam B1) in a first direction parallel to the multilayer substrate 1010.
  • the patch antenna 1110 - 2 may include a second antenna configured to radiate a second signal (second beam B2 ) in a second direction perpendicular to the multilayer board 1010 .
  • the array antenna 1100-1 may be constituted by a plurality of radiators spaced apart from each other by a predetermined interval in the first horizontal direction of the multi-layer substrate 1010.
  • Each of the plurality of radiators may further include via wall structures 1130a and 1130 disposed apart from the radiator 1110 by a predetermined distance in the second horizontal direction.
  • the via wall structures 1130a and 1130b may include a plurality of vertical vias vertically connected to each other at a plurality of points between a plurality of pads.
  • the patch antenna 1110-2 may also be configured as an array antenna.
  • FIG. 15A shows a structure in which the antenna module 1100 in which the first type antenna and the second type antenna are formed as an array antenna is disposed in the electronic device 1000.
  • 15B is an enlarged view of a plurality of array antenna modules.
  • array antennas include a first array antenna module 1100-1 and a second array antenna module disposed apart from the first array antenna module 1100-1 by a predetermined interval in a first horizontal direction. (1100-2). Meanwhile, the number of array antennas is not limited to two and may be implemented as three or more as shown in FIG. 15B. Accordingly, the array antenna may be configured to include the first array antenna module 1100-1 to the third array antenna module 1100-3.
  • the processor 1400 may control the first and second array antenna modules 1100-1 and 1100-2 to form the first and second beams in the first and second directions, respectively. That is, the first beam may be formed in the first direction in the horizontal direction by using the first array antenna module 1100-1. Also, a second beam may be formed in a second direction in a horizontal direction by using the second array antenna module 1100-2. In this regard, the processor 1400 may perform multiple input/output (MIMO) using a first beam in a first direction and a second beam in a second direction.
  • MIMO multiple input/output
  • the processor 1400 may form a third beam in a third direction using the first and second array antenna modules 1100-1 and 1100-2.
  • the processor 1400 may control the transceiver circuit 1250 to combine signals received through the first and second array antenna modules 1100-1 and 1100-2.
  • the processor 1400 may control signals transmitted to the first and second array antenna modules 1100-1 and 1100-2 through the transceiver circuit 1250 to be distributed to respective antenna elements.
  • the processor 1400 may perform beamforming using a third beam having a narrower beam width than the first and second beams.
  • the processor 1400 performs multiple input/output (MIMO) using a first beam in a first direction and a second beam in a second direction, and a third beam having a narrower beam width than the first and second beams.
  • MIMO multiple input/output
  • Beamforming may be performed using
  • the quality of the first signal and the second signal received from other electronic devices around the electronic device are equal to or less than the threshold value, beamforming may be performed using the third beam.
  • FIG. 16 shows antenna modules coupled in different coupling structures at a specific location of an electronic device according to embodiments.
  • the antenna module 1100 may be disposed substantially horizontally with the display 151 in a lower area of the display 151. Accordingly, a beam B1 may be generated in a downward direction of the electronic device through the monopole radiator. Meanwhile, another beam B2 may be generated in the front direction of the electronic device through the patch antenna.
  • the antenna module 1100 may be disposed substantially perpendicular to the display 151 in a lower area of the display 151 . can be placed. Accordingly, the beam B2 may be generated in the front direction of the electronic device through the monopole radiator. Meanwhile, another beam B1 may be generated in a downward direction of the electronic device through the patch antenna.
  • the antenna module 1100 may be disposed inside the rear case 1001 corresponding to the mechanical structure. It may be disposed substantially parallel to the display 151 inside the rear case 1001 . Accordingly, the beam B2 may be generated in a downward direction of the electronic device through the monopole radiator. Meanwhile, another beam B3 may be generated toward the back of the electronic device through the patch antenna.
  • the antenna module 1100 disclosed in this specification may be an antenna element operating in a 60 GHz band, for example, a monopole radiator 1110, but the operating frequency band may be changed according to applications.
  • a millimeter wave band eg, 10 GHz to 300 GHz
  • an antenna having a vertical polarization may be implemented at an end of the multilayer substrate 1010 corresponding to a PCB.
  • This specification is for antenna miniaturization by lowering the operating frequency of an antenna of a predetermined height in consideration of the height of a thin PCB.
  • this specification is for securing antenna broadband performance.
  • the antenna module 1100 may be configured to have a bandwidth (BW) of 13 GHz or more in a 60 GHz band. In this regard, in the case of IEEE 802.11ay, it is because the used frequency band has a wide bandwidth of 57 to 70 GHz.
  • the antenna module 1100 of FIGS. 1 to 16 disclosed in this specification is characterized in that it is integral.
  • an antenna element may be integrally formed with a PCB, which is a multilayer board, by disposing an antenna at an end of a PCB using vias and via pads used in a PCB process.
  • the antenna module 1100 disclosed in this specification is characterized in that it is miniaturized.
  • the height of the monopole radiator 1110 may be reduced by forming an LC tank structure using two vias and a via PAD.
  • a via wall may be formed by connecting the first and second connection lines 1111a and 1111b corresponding to vias and the first and second pads 1112a and 1112b corresponding to via pads in a line.
  • the antenna module 1100 disclosed in this specification is characterized in that it is a stepped power supply ground.
  • the operating frequency of the monopole radiator 1110 may be extended by forming the width of the feed line 1121 connected to the monopole radiator 1110 in a tapered structure. Meanwhile, by arranging the ground for the power supply line 1121 connected to the monopole radiator 1110 in a stepwise manner to adjust the impedance of the power supply line 1121, impedance matching and operation bandwidth improvement are possible.
  • the antenna module 1100 includes a radiator 1110 configured by stacking metal patterns on different layers of a multi-layer substrate 1010.
  • the antenna module 1010 may include a power supply unit 1120 disposed on a specific layer of the radiator 1110 and having a power supply line configured to be connected to the radiator 1110 .
  • the radiator 1110 may include a first pad 1112a connected to the power supply line 1121 and a second pad 1112b disposed above the first pad 1112a.
  • the first pad 1112a and the second pad 1112b may be configured to be interconnected by a first connection line 1111a and a second connection line 1111b.
  • the first connection line 1111a may be configured to vertically connect the first end of the first pad 1112a and the first end of the second pad 1112b to form a first inductance L1 component.
  • the first connection line 1111b may be configured to vertically connect the second end of the first pad 1112a and the second end of the second pad 1112b to form a second inductance L2 component.
  • the first pad 1112a having a first area and the second pad 1112b having a second area may be spaced apart from each other at a predetermined interval to form a capacitance (C) component.
  • the radiator 1110 may be implemented to have broadband characteristics by the first and second inductance components L1 and L2 and the capacitance component C.
  • the first pad 1111a and the second pad 1112a may have different areas. Accordingly, the area of the plurality of pads 1112a to 1112n disposed in the plurality of layers may be configured to sequentially increase or sequentially decrease.
  • the power supply unit 1120 may include a power supply line 1121 and a first ground layer 1122a disposed from a lower portion of the power supply line 1121 to the first region R1 in a horizontal direction.
  • the power supply unit 1120 is configured to further include a second ground layer 1122b disposed from the lower portion of the first ground layer 1122a to a second area R2 adjacent to the radiator 1110 in a horizontal direction than the first area. It can be.
  • the first width W1 of the feed line 1121 formed in the first region R1 and the second width W2 of the feed line 1121 formed in the second region R2 may be configured differently.
  • the antenna module 1100 may further include a via wall structure 1130 disposed apart from the radiator 1110 by a predetermined distance in a horizontal direction.
  • the via wall structure 1130 may include a plurality of vertical vias vertically connected to each other at a plurality of points between the plurality of pads 1112a to 1112n.
  • the via wall structure 1130 may be formed of floating via walls 1130a and 1130b that are not electrically connected to the ground of the multilayer substrate.
  • the antenna element of the LC Tank monopole + tapered feed line structure disclosed in this specification may be configured as an array antenna composed of a plurality of antenna elements.
  • FIG. 17 illustrates an array antenna including a plurality of antenna elements having an LC tank monopole + tapered feed line structure according to an embodiment and an electronic device including the same.
  • the multilayer circuit board may correspond to an antenna module (ANT) 1100 including a power supply unit 1120 including a radiator 1110 and a tapered power supply line 1121 .
  • the antenna module (ANT, 1100) may be configured as an array antenna including a plurality of antenna elements 1100-1 to 1100-4 spaced apart from each other to perform beamforming.
  • the number of the plurality of antenna elements may be four, but is not limited thereto and may be changed according to applications. The number of the plurality of antenna elements can be changed to 2, 4, 6 or 8.
  • the antenna module may further include a phase controller 1230 configured to control a phase of a signal applied to each of the plurality of antenna elements.
  • the electronic device may further include a transceiver circuit 1250 and a processor 1400 .
  • the multilayer substrate may correspond to the antenna module 1100 (ANT).
  • the transceiver circuit 1250 and the processor 1400 may be disposed on a separate circuit board from the antenna module ANT 1100.
  • some of the transceiver circuits 1250 may be disposed on a multilayer substrate corresponding to the antenna module ANT 1100 .
  • Transceiver circuit 1250 may be operably coupled with phase control 1230 .
  • the transceiver circuit 1250 may be configured to control a signal applied to the array antenna through the phase controller 1230.
  • An array antenna composed of a plurality of antenna elements having an LC tank monopole + tapered feed line structure disclosed in this specification may be composed of a plurality of array antennas disposed at different positions of an electronic device.
  • FIG. 18 illustrates an array antenna including a plurality of antenna elements having an LC tank monopole + tapered feed line structure according to an embodiment and an electronic device including the same.
  • the multilayer circuit board may correspond to an antenna module (ANT) 1100 including a power supply unit 1120 including a radiator 1110 and a tapered power supply line 1121 .
  • the antenna module may be composed of a plurality of array antennas (ANT1 to ANT4) including a plurality of antenna elements spaced apart from each other to perform beamforming.
  • the plurality of array antennas ANT1 to ANT4 may be implemented as first array antennas 1100a and ANT1 to fourth array antennas 1100d and ANT4, but are not limited thereto and may be changed according to applications.
  • the antenna module may be composed of a plurality of antenna modules (1100a to 1100d) disposed in different areas of the electronic device.
  • the electronic device may further include a transceiver circuit 1250 and a processor 1400 .
  • the multilayer substrate may correspond to the antenna module 1100 (ANT).
  • the transceiver circuit 1250 and the processor 1400 may be disposed on a separate circuit board from the antenna module ANT 1100.
  • some of the transceiver circuits 1250 may be disposed on a multilayer substrate corresponding to the antenna module ANT 1100 .
  • the processor 1400 may be operatively coupled to the transceiver circuitry 1250 and configured to control the transceiver circuitry 1250 .
  • the processor 1400 may control the transceiver circuit 1250 to perform multiple input/output (MIMO) while performing beamforming in different directions through the plurality of antenna modules 1100a to 1100d.
  • MIMO multiple input/output
  • the first array antenna ANT1 to the fourth array antenna ANT4 may be operatively coupled to the first front-end module FEM1 to the fourth front-end module FEM4, respectively.
  • each of the first to fourth front-end modules FEM1 to FEM4 may include a phase controller, a power amplifier, and a reception amplifier.
  • Each of the first to fourth front-end modules FEM1 to FEM4 may include a part of a transceiver circuit 1250 corresponding to an RFIC.
  • the processor 1400 may be operatively coupled to the first to fourth front-end modules FEM1 to FEM4.
  • the processor 1400 may include some components of the transceiver circuit 1250 corresponding to the RFIC.
  • the processor 1400 may include a baseband processor 1400 corresponding to a modem.
  • the processor 1400 may be provided in the form of a system on chip (SoC) to include a part of a transceiver circuit 1250 corresponding to an RFIC and a baseband processor 1400 corresponding to a modem.
  • SoC system on chip
  • the processor 1400 may control the first front-end module FEM1 to the fourth front-end module FEM4 to radiate a signal through at least one of the first array antenna ANT1 to the fourth array antenna ANT4. have.
  • an optimal antenna may be selected based on the quality of signals received through the first to fourth array antennas ANT1 to ANT4.
  • the processor 1400 includes the first front-end module FEM1 to the fourth front-end module FEM4 to perform multiple input/output (MIMO) through two or more of the first array antenna ANT1 to the fourth array antenna ANT4.
  • MIMO multiple input/output
  • an optimal antenna combination may be selected based on the quality of signals received through the first to fourth antennas ANT1 to ANT4 and the interference level.
  • the processor 1400 may perform carrier aggregation (CA) through at least one of the first to fourth array antennas ANT1 to ANT4, and the first to fourth front-end modules FEM1 to 4th front-end modules. (FEM4) can be controlled.
  • CA carrier aggregation
  • the processor 1400 may determine signal quality in the first band and the second band for each antenna.
  • the processor 1400 may perform carrier aggregation (CA) through one antenna in the first band and another antenna in the second band, based on signal quality in the first band and the second band.
  • CA carrier aggregation
  • An antenna module corresponding to a multilayer board may be configured to include various numbers of array antennas.
  • the electronic device may include two or more array antennas.
  • the electronic device may include two array antennas and perform beamforming and MIMO using them.
  • an electronic device may include four or more array antennas and perform beamforming and MIMO using some of the array antennas.
  • the antenna module corresponding to the multilayer substrate may include a first array antenna 1100a (ANT1) and a second array antenna 1100b (ANT2).
  • the first array antenna 1100a (ANT1) and the second array antenna 1100b (ANT2) may operate with different polarizations.
  • FIG. 19 illustrates a plurality of array antennas including a plurality of antenna elements according to another embodiment and an electronic device including the same.
  • the first array antenna 1100a may include a first horizontal polarization antenna ANT1-H and a first vertical polarization antenna ANT1-V.
  • the second array antenna 1100b may include a second horizontally polarized antenna ANT2-H and a second vertically polarized antenna ANT2-V.
  • the third array antenna 1100c may include a third horizontally polarized antenna (ANT3-H) and a third vertically polarized antenna (ANT3-V).
  • the fourth array antenna 1100d may include a fourth horizontally polarized antenna ANT4-H and a fourth vertically polarized antenna ANT4-V.
  • the first to fourth horizontally polarized antennas ANT1-H to ANT4-H may be first-type array antennas radiating in an upper direction of the multi-layer board like a patch antenna.
  • the first to fourth vertically polarized antennas ANT1-V to ANT4-V may be second-type array antennas that radiate in a lateral direction of a multilayer substrate like a monopole radiator.
  • the electronic device has the maximum rank through the first horizontal polarization antenna (ANT1-H) to the fourth horizontal polarization antenna (ANT4-H) and the first vertical polarization antenna (ANT1-V) to the fourth vertical polarization antenna (ANT4-V). 8 MIMO can be performed.
  • the electronic device transmits 8Tx UL through the first horizontal polarization antenna (ANT1-H) to the fourth horizontal polarization antenna (ANT4-H) and the first vertical polarization antenna (ANT1-V) to the fourth vertical polarization antenna (ANT4-V).
  • the electronic device transmits 8Rx DL through the first horizontal polarization antenna (ANT1-H) to the fourth horizontal polarization antenna (ANT4-H) and the first vertical polarization antenna (ANT1-V) to the fourth vertical polarization antenna (ANT4-V).
  • - Can perform MIMO.
  • the first antenna ANT1 may simultaneously transmit and/or receive signals through the first horizontally polarized antenna ANT1-H and the first vertically polarized antenna ANT1-V. Accordingly, even if the quality of a signal received through one antenna deteriorates as the electronic device rotates, a signal can be received through another antenna.
  • the fourth antenna ANT4 may simultaneously transmit and/or receive signals through the fourth horizontally polarized antenna ANT4-H and the fourth vertically polarized antenna ANT4-V. Accordingly, even if the quality of a signal received through one antenna deteriorates as the electronic device rotates, a signal can be received through another antenna.
  • the processor 1400 may maintain a dual connectivity state with different entities or perform a MIMO operation through a horizontal polarization antenna and a vertical polarization antenna.
  • the transceiver circuit 1250 may be controlled to maintain a dual connection state with the first entity and the second entity through the first array antenna 1100a and ANT1 and the fourth array antenna 1100d and ANT4, respectively. have.
  • the first array antenna 1100a and ANT1 and the fourth array antenna 1100d and ANT4 may operate as a horizontal polarization antenna and a vertical polarization antenna, respectively.
  • the processor 1400 may perform a dual connectivity operation or MIMO through antennas operating with orthogonal polarizations in antenna modules disposed at different locations in the electronic device. In this case, interference between signals transmitted or received through different antennas can be reduced during dual connectivity or MIMO operation.
  • the transceiver circuit 1250 may be controlled to maintain a dual connection state with the first entity and the second entity through the second array antennas 1100b and ANT2 and the third array antennas 1100c and ANT3, respectively.
  • the second array antenna 1100b and ANT2 and the third array antenna 1100c and ANT3 may operate as a vertical polarization antenna and a horizontal polarization antenna, respectively.
  • the processor 1400 may perform a dual connectivity operation or MIMO through antennas operating with orthogonal polarizations in antenna modules disposed at different locations in the electronic device. In this case, interference between signals transmitted or received through different antennas can be reduced during dual connectivity or MIMO operation.
  • An electronic device described in this specification may simultaneously transmit or receive information from various entities such as a neighboring electronic device, an external device, or a base station.
  • the electronic device may perform multiple input/output (MIMO) through an antenna module 1100, a transceiver circuit 1250 controlling the same, and a baseband processor 1400.
  • MIMO multiple input/output
  • the electronic device can improve communication capacity by simultaneously transmitting or receiving different information from various entities. Accordingly, communication capacity can be improved through the MIMO operation without bandwidth expansion in the electronic device.
  • the electronic device may simultaneously transmit or receive the same information from various entities at the same time to improve reliability and reduce latency for surrounding information.
  • URLLC Ultra Reliable Low Latency Communication
  • a base station performing scheduling may preferentially allocate time slots for electronic devices operating as URLLC UEs.
  • some of the specific time-frequency resources already allocated to other UEs may be punctured.
  • the plurality of array antennas ANT1 to ANT4 may operate in a wide band in the first frequency band and the second frequency band.
  • the baseband processor 1400 may perform multiple input/output (MIMO) through some of the plurality of array antennas ANT1 to ANT4 in the first frequency band.
  • the baseband processor 1400 may perform multiple input/output (MIMO) through some of the array antennas ANT1 to ANT4 in the second frequency band.
  • MIMO multiple input/output
  • MIMO may be performed using array antennas spaced apart from each other at a sufficient distance and disposed in a state rotated at a predetermined angle. Accordingly, there is an advantage in that isolation between the first signal and the second signal in the same band can be improved.
  • At least one array antenna among the first to fourth antennas ANT1 to ANT4 in the electronic device may operate as a radiator in the first frequency band. Meanwhile, at least one array antenna among the first to fourth antennas ANT1 to ANT4 may operate as a radiator in the second frequency band.
  • the baseband processor 1400 may perform multiple input/output (MIMO) through two or more array antennas among the first to fourth antennas ANT1 to ANT4 in the first frequency band. Meanwhile, the baseband processor 1400 may perform multiple input/output (MIMO) through two or more array antennas among the first to fourth antennas ANT1 to ANT4 in the second frequency band.
  • MIMO multiple input/output
  • the baseband processor 1400 may transmit a request for time/frequency resources of the second frequency band to the base station when signal qualities of two or more array antennas in the first frequency band are all equal to or less than a threshold value. Accordingly, when the time/frequency resource of the second frequency band is allocated, the baseband processor 1400 uses the corresponding resource to multiple input/output through two or more array antennas among the first to fourth antennas ANT1 to ANT4. MIMO) can be performed.
  • MIMO multiple input/output
  • FEM front-end module
  • the second frequency band when resources of the second frequency band are allocated, at least one array antenna among two or more array antennas is changed, and multiple input/output (MIMO) can be performed through the corresponding array antennas. Accordingly, when it is determined that it is difficult to perform communication through the corresponding array antenna due to different radio wave environments of the first and second frequency bands, another array antenna may be used.
  • MIMO multiple input/output
  • the baseband processor 1400 is configured to receive a second signal of a second band while receiving a first signal of a first band through one of the first to fourth antennas ANT1 to ANT4.
  • the transceiver circuit 1250 may be controlled.
  • CA carrier aggregation
  • the baseband processor 1400 may perform carrier aggregation (CA) through a band in which the first frequency band and the second frequency band are combined. Accordingly, in the present specification, when an electronic device needs to transmit or receive large amounts of data, there is an advantage in that wideband reception is possible through carrier aggregation.
  • CA carrier aggregation
  • the electronic device can perform enhanced mobile broadband (eMBB) communication and the electronic device can operate as an eMBB UE.
  • eMBB enhanced mobile broadband
  • a base station performing scheduling may allocate a wideband frequency resource for an electronic device operating as an eMBB UE.
  • carrier aggregation (CA) may be performed on free frequency bands excluding frequency resources already allocated to other UEs.
  • an electronic device including an antenna module operating in a millimeter wave band and a component for controlling the antenna module may be provided.
  • an antenna element operating in a millimeter wave band may be disposed inside a multilayer board using a plurality of via structures between via pads to provide an RF circuit and an integrated antenna module.
  • a miniaturized antenna module may be provided by lowering the height of an antenna element vertically disposed inside a multilayer substrate by using a plurality of via structures between via pads.
  • a miniaturized antenna module may be provided by lowering the height of an antenna element vertically disposed inside a multilayer board using a via wall structure disposed adjacent to an antenna element in one direction.
  • a wideband feed line structure capable of improving the impedance matching characteristics of an antenna element electrically connected to a feed line inside a multi-layer board by implementing the width of a feed line connected to a monopole antenna in a tapered line form.
  • a broadband feed line structure capable of improving the impedance matching characteristics of an antenna element electrically connected to a feed line inside a multilayer board can be provided by arranging the ground of a feed line connected to a monopole antenna in a stepwise manner.
  • multiple input/output may be performed using only one antenna module through antennas having orthogonal polarization.
  • Examples of computer-readable media include Hard Disk Drive (HDD), Solid State Disk (SSD), Silicon Disk Drive (SDD), ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, etc. , and also includes those implemented in the form of a carrier wave (eg, transmission over the Internet). Also, the computer may include a control unit of the terminal.

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Abstract

안테나를 구비하는 전자 기기가 제공된다. 상기 전자 기기는 금속 패턴들이 다층 기판(multi-layer substrate)의 서로 다른 레이어에 적층(stack)되어 구성된 방사체(radiator); 및 상기 방사체의 특정 레이어에 배치되고, 상기 방사체와 연결되도록 구성된 급전 라인을 구비하는 급전부를 구비하는 안테나 모듈을 포함하고, 상기 방사체는 상기 급전 라인과 연결되는 제1 패드와 상기 제1 패드의 상부에 배치된 제2 패드를 포함하고, 상기 제1 패드와 상기 제2 패드는 제1 연결 라인 및 제2 연결 라인에 의해 상호 연결된다.

Description

안테나를 구비하는 전자 기기
본 명세서는 안테나를 구비하는 전자 기기에 관한 것이다. 특정 구현은 다층 회로 기판 내에 구현되는 안테나 모듈과 이를 구비하는 전자 기기에 관한 것이다.
전자기기(electronic devices)의 기능이 다양화됨에 따라 음악이나 동영상 파일의 재생, 게임, 방송의 수신 등의 복합적인 기능들을 갖춘 멀티미디어 기기(Multimedia player)와 같은 영상표시장치로 구현될 수 있다.
영상표시장치는 영상 컨텐츠를 재생하는 기기로서, 다양한 소스로부터 영상을 수신하여 재생한다. 영상표시장치는 PC(Personal Computer), 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북, TV 등 다양한 기기로 구현된다. 스마트 TV 등과 같은 영상표시장치에서 웹 브라우저와 같은 웹 컨텐츠 제공을 위한 어플리케이션을 제공할 수 있다.
이러한 영상표시장치와 같은 전자 기기가 주변의 전자 기기와 통신을 수행하기 위해, 안테나를 포함하는 통신 모듈이 구비될 수 있다. 한편, 최근 영상표시장치의 디스플레이 영역이 확장됨에 따라 안테나를 포함하는 통신 모듈의 배치 공간이 감소하게 된다. 이에 따라, 통신 모듈이 구현되는 다층 회로 기판 내부에 안테나를 배치할 필요성이 증가하고 있다.
한편, 전자 기기 간에 통신 서비스를 위한 인터페이스로 WiFi 무선 인터페이스가 고려될 수 있다. 이러한 WiFi 무선 인터페이스를 이용하는 경우, 전자 기기 간에 고속 데이터 전송을 위해 밀리미터파 대역(mmWave)을 이용할 수 있다. 특히, 802.11ay와 같은 무선 인터페이스를 이용하여 전자 기기 간에 고속 데이터 전송이 가능하다.
이와 관련하여, 밀리미터파(mmWave) 대역에서 동작할 수 있는 배열 안테나는 안테나 모듈 내에 실장될 수 있다. 하지만, 이러한 안테나 모듈에 배치되는 안테나는 수평 편파 안테나 이외에 수직 편파 안테나로 구성될 수 있다. 수직 편파 안테나로 구성되는 경우, 안테나가 수직하게 배치될 필요가 있어 안테나 모듈을 구성하는 다층 기판 형태의 PCB 내에 배치하는 데 문제점이 있다.
또한, 안테나 모듈을 구성하는 다층 기판 형태의 PCB 내에 배치하기 위해 안테나의 물리적 크기를 제약하는 경우, 안테나 성능이 저하되는 문제점이 있다. 특히, 다층 기판 형태의 PCB 내에 배치하기 위해 안테나의 물리적 크기를 제약하는 경우, 안테나 대역폭 성능이 저하되는 문제점이 있다. 따라서, 밀리미터파(mmWave) 대역에서 동작하는 안테나를 다층 기판 형태의 PCB와 별도로 구현하지 않고 일체형 모듈로 제공할 필요가 있다. 이 경우, 안테나의 물리적 크기를 축소하여 다층 기판 형태의 PCB 내부에 배치할 필요가 있다.
본 명세서는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 모듈 및 이를 제어하는 구성을 포함하는 전자 기기를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 소자를 다층 기판 내부에 배치하여 RF 회로와 일체형 안테나 모듈을 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 다층 기판 형태의 PCB 내부에 수직하게 배치되는 안테나 소자의 높이를 낮춰 소형화된 안테나 모듈을 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 다층 기판 형태의 PCB 내부의 급전 라인과 전기적으로 연결되는 안테나 소자의 임피던스 매칭 특성을 향상시킬 수 있는 광대역 급전 라인 구조를 제공하기 위한 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 실시 예에 따른 안테나를 구비하는 전자 기기가 제공된다. 상기 전자 기기는 금속 패턴들이 다층 기판(multi-layer substrate)의 서로 다른 레이어에 적층(stack)되어 구성된 방사체(radiator); 및 상기 방사체의 특정 레이어에 배치되고, 상기 방사체와 연결되도록 구성된 급전 라인을 구비하는 급전부를 구비하는 안테나 모듈을 포함하고, 상기 방사체는 상기 급전 라인과 연결되는 제1 패드와 상기 제1 패드의 상부에 배치된 제2 패드를 포함하고, 상기 제1 패드와 상기 제2 패드는 제1 연결 라인 및 제2 연결 라인에 의해 상호 연결된다.
실시 예에 따르면, 상기 전자 기기는 상기 안테나 모듈과 동작 가능하게 연결되고, 상기 전자 기기의 주변에 배치된 무선 기기로 상기 안테나 모듈을 통해 무선 신호를 송신 또는 수신하도록 제어하는 프로세서를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 연결 라인은 상기 제1 패드의 제1 단부와 상기 제2 패드의 제1 단부를 수직 연결하도록 구성되어 제1 인덕턴스 성분을 형성하고, 상기 제2 연결 라인은 상기 제1드의 제2 단부와 상기 제2 패드의 제2 단부를 수직 연결하도록 구성되어 제2 인덕턴스 성분을 형성한다. 제1 면적을 갖는 상기 제1 패드와 제2 면적을 갖는 상기 제2 패드가 소정 간격으로 이격되도록 구성되어 커패시턴스 성분을 형성한다. 상기 제1 및 제2 인덕턴스 성분 및 상기 커패시턴스 성분에 의해 상기 방사체는 광대역 특성을 갖도록 구현될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 급전부는 상기 급전 라인; 상기 급전 라인의 하부에서 수평 방향으로 제1 영역까지 배치된 제1 그라운드 층; 및 상기 제1 그라운드 층의 하부에서 수평 방향으로 상기 제1 영역보다 상기 방사체에 인접한 제2 영역까지 배치된 제2 그라운드 층을 포함하고, 상기 제1 영역에 형성된 상기 급전 라인의 제1 너비와 상기 제2 영역에 형성된 상기 급전 라인의 제2 너비는 상이하도록 구성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 급전부는 상기 제1 영역에서 상기 급전 라인과 상기 제1 그라운드 층까지의 제1 높이보다 상기 제2 영역에서 상기 급전 라인과 상기 제2 그라운드 층까지의 제2 높이가 더 높게 계단식 그라운드(stepped ground)로 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 급전부는 상기 급전 라인의 상부에 배치되는 상부 그라운드 층을 더 포함하고, 상기 상부 그라운드 층에 의해 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에서 상기 급전 라인은 스트립 라인으로 구성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 패드와 상기 제2 패드는 상기 제1 연결 라인, 상기 제2 연결 라인 및 제3 연결 라인에 의해 상호 연결되고, 상기 제3 연결 라인은 상기 제1 연결 라인과 상기 제2 연결 라인 사이에 배치될 수 있다
실시 예에 따르면, 상기 제1 연결 라인과 상기 제2 연결 라인은 제1 축 상에 배치되고, 상기 제3 연결 라인은 상기 제1 축 상에서 상기 제1 연결 라인과 상기 제2 연결 라인 사이에 배치되고, 상기 제1 축에 수직한 제2 축 상에서 상기 제1 및 제2 연결 라인보다 오프셋된 지점에서 배치될 수 있다
실시 예에 따르면, 상기 제1 패드와 상기 제2 패드는 제1 축 상에 배치되는 상기 제1 연결 라인 및 상기 제2 연결 라인에 의해 연결되고, 상기 제1 축에 수직한 제2 축 상에서 상기 제1 연결 라인 및 제3 연결 라인 또는 상기 제2 연결 라인 및 제4 연결 라인에 의해 연결될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 안테나 모듈은 상기 방사체와 수평 방향으로 소정 간격 이격되어 배치되는 비아 월 구조를 더 포함하고, 상기 비아 월 구조는 복수의 패드들 간에 복수의 지점들에서 상호 간 수직 연결되는 복수의 수직 비아들을 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 비아 월 구조는 상기 다층 기판의 그라운드와 전기적으로 연결되지 않은 플로팅 비아 월(floating via wall)로 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 패드와 상기 제2 패드를 수직 연결하는 상기 제1 연결 라인 및 상기 제2 연결 라인에 의해 상기 방사체는 수직 편파 안테나로 동작하고, 상기 안테나 모듈은 상기 다층 기판 내부의 그라운드 층 상부에 배치되고, 수평 편파 안테나로 동작하는 패치 안테나를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 방사체는 상기 다층 기판에 평행한 제1 방향으로 제1 신호를 방사하도록 구성된 제1 안테나로 동작하고, 상기 패치 안테나는 상기 다층 기판에 수직한 제2 방향으로 제2 신호를 방사하도록 구성된 제2 안테나로 동작할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 방사체는 상기 다층 기판의 제1 수평 방향으로 소정 간격 이격되어 배치되는 복수의 방사체들에 의해 배열 안테나를 구성할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 안테나 모듈이 형성된 상기 다층 기판 상에 배치될 수 있다. 또는, 상기 프로세서는 상기 안테나 모듈과 별도로 상기 전자 기기 내부에 배치되는 메인 기판 상에 배치될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 복수의 방사체들 각각은 상기 방사체와 제2 수평 방향으로 소정 간격 이격되어 배치되는 비아 월 구조를 더 포함하고, 상기 비아 월 구조는 복수의 패드들 간에 복수의 지점들에서 상호 간 수직 연결되는 복수의 수직 비아들을 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 배열 안테나는 제1 배열 안테나 모듈 및 상기 제1 배열 안테나 모듈에 제1 수평 방향으로 소정 간격 이격되어 배치되는 제2 배열 안테나 모듈을 포함하고, 상기 프로세서는 상기 제1 및 제2 배열 안테나 모듈을 각각 이용하여 각각 제1 빔 및 제2 빔을 제1 방향 및 제2 방향으로 제1 빔 및 제2 빔을 형성하고, 상기 제1 배열 안테나 모듈 및 상기 제2 배열 안테나 모듈을 이용하여 제3 방향으로 제3 빔을 형성할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 프로세서는 상기 제1 빔 및 상기 제2 빔을 이용하여 다중 입출력(MIMO)를 수행하고, 상기 제1 빔 및 상기 제2 빔보다 좁은 빔 폭을 갖는 상기 제3 빔을 이용하여 빔 포밍을 수행할 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따른 안테나 모듈이 제공된다. 상기 안테나 모듈은 금속 패턴들이 다층 기판(multi-layer substrate)의 서로 다른 레이어에 적층(stack)되어 구성된 방사체(radiator); 및 상기 방사체의 특정 레이어에 배치되고, 상기 방사체와 연결되도록 구성된 급전 라인을 구비하는 급전부를 포함한다.
실시 예에 따르면, 상기 방사체는 상기 급전 라인과 연결되는 제1 패드와 상기 제1 패드의 상부에 배치된 제2 패드를 포함하고, 상기 제1 패드와 상기 제2 패드는 제1 연결 라인 및 제2 연결 라인에 의해 상호 연결되도록 구성된다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 연결 라인은 상기 제1 패드의 제1 단부와 상기 제2 패드의 제1 단부를 수직 연결하도록 구성되어 제1 인덕턴스 성분을 형성하고, 상기 제2 연결 라인은 상기 제1드의 제2 단부와 상기 제2 패드의 제2 단부를 수직 연결하도록 구성되어 제2 인덕턴스 성분을 형성한다. 제1 면적을 갖는 상기 제1 패드와 제2 면적을 갖는 상기 제2 패드가 소정 간격으로 이격되도록 구성되어 커패시턴스 성분을 형성하고, 상기 제1 및 제2 인덕턴스 성분 및 상기 커패시턴스 성분에 의해 상기 방사체는 광대역 특성을 갖도록 구현될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 급전부는 상기 급전 라인; 상기 급전 라인의 하부에서 수평 방향으로 제1 영역까지 배치된 제1 그라운드 층; 및 상기 제1 그라운드 층의 하부에서 수평 방향으로 상기 제1 영역보다 상기 방사체에 인접한 제2 영역까지 배치된 제2 그라운드 층을 포함하고, 상기 제1 영역에 형성된 상기 급전 라인의 제1 너비와 상기 제2 영역에 형성된 상기 급전 라인의 제2 너비는 상이하도록 구성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 안테나 모듈은 상기 방사체와 수평 방향으로 소정 간격 이격되어 배치되는 비아 월 구조를 더 포함하고, 상기 비아 월 구조는 복수의 패드들 간에 복수의 지점들에서 상호 간 수직 연결되는 복수의 수직 비아들을 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 비아 월 구조는 상기 다층 기판의 그라운드와 전기적으로 연결되지 않은 플로팅 비아 월(floating via wall)로 형성될 수 있다.
이와 같은 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 모듈 및 이를 제어하는 구성을 포함하는 전자 기기의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 모듈 및 이를 제어하는 구성을 포함하는 전자 기기를 제공할 수 있다.
실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 소자를 비아 패드 사이에 복수 개의 비아 구조를 이용하여 다층 기판 내부에 배치하여 RF 회로와 일체형 안테나 모듈을 제공할 수 있다.
실시 예에 따르면, 비아 패드 사이에 복수 개의 비아 구조를 이용하여 다층 기판 내부에 수직하게 배치되는 안테나 소자의 높이를 낮춰 소형화된 안테나 모듈을 제공할 수 있다.
실시 예에 따르면, 안테나 소자에 일 방향으로 인접하게 배치된 비아 월 구조를 이용하여 다층 기판 내부에 수직하게 배치되는 안테나 소자의 높이를 낮춰 소형화된 안테나 모듈을 제공할 수 있다.
실시 예에 따르면, 모노폴 안테나와 연결되는 급전라인의 폭을 테이퍼드 라인 형태로 구현하여, 다층 기판 내부의 급전 라인과 전기적으로 연결되는 안테나 소자의 임피던스 매칭 특성을 향상시킬 수 있는 광대역 급전 라인 구조를 제공할 수 있다.
실시 예에 따르면, 모노폴 안테나와 연결되는 급전라인의 그라운드를 계단식으로 배치하여, 다층 기판 내부의 급전 라인과 전기적으로 연결되는 안테나 소자의 임피던스 매칭 특성을 향상시킬 수 있는 광대역 급전 라인 구조를 제공할 수 있다.
실시 예에 따르면, 직교 편파를 갖는 안테나들을 통해 하나의 안테나 모듈만을 이용하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.
본 명세서의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 명세서의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 명세서의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 명세서의 일실시예에 따른 영상표시기기를 포함한 전체 무선 AV 시스템의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 명세서에 따른 무선 인터페이스를 지원하는 전자 기기들의 상세 구성을 나타낸다.
도 3a는 본 명세서에 따른 RTS (Request to Send) 프레임 및 CTS(Clear to Send) 프레임을 나타낸다.
도 3b는 본 명세서의 일 예시에 따른 통신 시스템(400)의 블록도를 예시한다.
도 4는 일 실시 예에 따른 복수의 안테나 모듈과 복수의 송수신부 회로 모듈이 배치되는 전자 기기를 나타낸다.
도 5a는 본 명세서와 관련하여 배열 안테나 모듈이 배치되는 다층 회로 기판과 RFIC가 연결된 구성을 나타낸다.
도 5b는 서로 다른 방사 방향을 갖는 안테나 구조를 나타낸 개념도이다.
도 5c는 실시 예들에 따른 다층 기판과 메인 기판의 결합 구조를 나타낸 것이다.
도 6은 영상표시기기 하부에 배치되는 복수의 통신 모듈과 해당 통신 모듈의 구성과 전면 방향에 배치되는 다른 통신 모듈과의 통신을 수행하는 개념도이다.
도 7a 내지 도 7b는 실시 예들에 따른 다층 기판(multi-layer substrate)으로 구현된 안테나 모듈의 사시도를 나타낸다. 도 7c는 도 7b의 비아 월을 포함하는 안테나 모듈의 측면도를 나타낸다.
도 8a는 급전부의 구성을 나타낸 전면도와 측면도를 나타낸다. 도 8b는 복수의 비아 패드들을 수직 연결하여 구성된 모노폴 안테나 구성을 나타낸다.
도 9a는 비아 월 구조가 없는 경우, 플로팅 비아 월 및 그라운드 비아 월 구조에서의 반사 계수 특성을 나타낸 것이다. 도 9b는 일반 모노폴 안테나, LC Tank 모노폴 안테나 및 LC Tank 모노폴 안테나 + tapered 급전선 구조에서의 반사 계수 특성을 나타낸 것이다.
도 10a 및 도 10b는 실시 예에 따른 LC Tank 안테나 + 비아 월 구조에서 급전부가 마이크로스트립 라인 또는 스트립 라인 구조로 형성된 구성을 나타낸다.
도 11a 및 도 11b는 배열 안테나가 배치된 회로 기판의 내측으로 제1 및 제2 타입의 비아 월 구조가 배치된 구성을 나타낸다.
도 12는 밀리미터파 대역에서 일반 모노폴 안테나 구조와 LC Tank 모노폴 안테나 구조를 비교한 것이다.
도 13은 다양한 실시 예들에 따른 LC Tank 모노폴 구조에서 복수의 연결 라인들에 의해 형성되는 유효 면적을 표시한 개념도이다.
도 14a 및 도 14b는 제1 타입 안테나와 제2 타입 안테나를 구비하는 다층 기판에 형성된 안테나 모듈을 나타낸다.
도 15a는 제1 타입 안테나와 제2 타입 안테나가 배열 안테나로 형성된 안테나 모듈(1100)이 전자 기기(1000)에 배치된 구조를 나타낸다. 도 15b는 복수의 배열 안테나 모듈을 확대한 도면이다.
도 16은 실시 예들에 따른 전자 기기의 특정 위치에서 서로 다른 결합 구조로 결합된 안테나 모듈을 나타낸다.
도 17은 일 실시 예에 따른 LC Tank 모노폴 + tapered 급전 라인 구조를 갖는 복수의 안테나 소자로 이루어진 배열 안테나와 이를 포함하는 전자 기기를 나타낸다.
도 18는 일 실시 예에 따른 LC Tank 모노폴 + tapered 급전 라인 구조의 안테나 소자는 복수의 안테나 소자로 이루어진 배열 안테나와 이를 포함하는 전자 기기를 나타낸다.
도 19는 다른 실시 예에 따른 복수의 안테나 소자로 이루어진 복수의 배열 안테나와 이를 포함하는 전자 기기를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 명세서의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 설명되는 전자 기기에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 PC(slate PC), 태블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultrabook), 웨어러블 디바이스(wearable device, 예를 들어, 워치형 단말기 (smartwatch), 글래스형 단말기 (smart glass), HMD(head mounted display)) 등이 포함될 수 있다.
그러나, 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 구성은 이동 단말기에만 적용 가능한 경우를 제외하면, 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터, 디지털 사이니지 등과 같은 고정 단말기에도 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 명세서의 일실시예에 따른 영상표시기기를 포함한 전체 무선 AV 시스템의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 영상표시기기(100)는 무선 AV 시스템 (또는 방송 네트워크) 및 인터넷 네트워크와 연결되어 있다. 상기 영상표시기기(100)는 예를 들어, 네트워크 TV, 스마트 TV, HBBTV 등이다.
한편, 영상표시기기(100)는 무선 인터페이스를 통해 무선 AV 시스템 (또는 방송 네트워크)와 무선으로 연결되거나 또는 인터넷 인터페이스를 통해 인터넷 네트워크와 무선 또는 유선으로 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 영상표시기기(100)는 무선 통신 시스템을 통해 서버 또는 다른 전자 기기와 연결되도록 구성될 수 있다. 일 예로, 영상표시기기(100)는 대용량 고속 데이터를 송신 또는 수신하기 위해 밀리미터파 (mmWave) 대역에서 동작하는 802.111 ay 통신 서비스를 제공할 필요가 있다.
mmWave 대역은 10GHz ~ 300GHz의 임의의 주파수 대역일 수 있다. 본원에서 mmWave 대역은 60GHz 대역의 802.11ay 대역을 포함할 수 있다. 또한, mmWave 대역은 28GHz 대역의 5G 주파수 대역 또는 60GHz 대역의 802.11ay 대역을 포함할 수 있다. 5G 주파수 대역은 약 24~43GHz 대역으로 설정되고, 와 802.11ay 대역은 57~70GHz 또는 57~63GHz 대역으로 설정될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 영상표시기기(100)는 무선 인터페이스를 통해 영상표시기기(100) 주변의 전자 기기, 예컨대 셋톱박스 또는 다른 전자 기기와 무선으로 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다. 일 예로, 영상표시기기(100)는 영상표시기기의 전면 또는 하부에 배치되는 셋톱 박스 또는 다른 전자 기기, 예컨대 이동 단말기와 무선 AV 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다.
영상표시기기(100)는 예를 들어, 무선 인터페이스(101b), 섹션 필터(102b), AIT 필터(103b), 어플리케이션 데이터 처리부(104b), 데이터 처리부(111b), 미디어 플레이어(106b), 인터넷 프로토콜 처리부(107b), 인터넷 인터페이스(108b), 그리고 런타임 모듈(109b)을 포함한다.
방송 인터페이스(101b)를 통해, AIT(Application Information Table) 데이터, 실시간 방송 컨텐트, 어플리케이션 데이터, 그리고 스트림 이벤트가 수신된다. 한편, 상기 실시간 방송 컨텐트는, 리니어 에이브이 컨텐트 (Linear A/V Content)로 명명할 수도 있다.
섹션 필터(102b)는, 무선 인터페이스(101b)를 통해 수신된 4가지 데이터에 대한 섹션 필터링을 수행하여 AIT 데이터는 AIT 필터(103b)로 전송하고, 리니어 에이브이 컨텐트는 데이터 처리부(111b)로 전송하고, 스트림 이벤트 및 어플리케이션 데이터는 어플리케이션 데이터 처리부(104b)로 전송한다.
한편, 인터넷 인터페이스(108b)을 통해, 논 리니어 에이브이 컨텐트(Non-Linear A/V Content) 및 어플리케이션 데이터가 수신된다. 논 리니어 에이브이 컨텐트는 예를 들어, COD(Content On Demand) 어플리케이션이 될 수도 있다. 논 리니어 에이브이 컨텐트는, 미디어 플레이어(106b)로 전송되며, 어플리케이션 데이터는 런타임 모듈(109b)로 전송된다.
나아가, 상기 런타임 모듈(109b)은 도 1에 도시된 바와 같이 예를 들어, 어플리케이션 매니저 및 브라우저를 포함한다. 상기 어플리케이션 매니저는, 예컨대 AIT 데이터를 이용하여 인터랙티브 어플리케이션에 대한 라이프 싸이클을 컨트롤 한다. 그리고, 브라우저는, 예컨대 인터랙티브 어플리케이션을 표시하고 처리하는 기능을 수행한다.
이하에서는 전술한 영상표시기기와 같은 전자 기기에서 무선 인터페이스를 제공하기 위한 안테나를 구비하는 통신 모듈에 대해 상세하게 설명한다. 이와 관련하여, 전자 기기 간에 통신을 위한 무선 인터페이스는 WiFi 무선 인터페이스일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 전자 기기 간에 고속 데이터 전송을 위해 802.11 ay 표준을 지원하는 무선 인터페이스가 제공될 수 있다.
802.11 ay 표준은 802.11ad 표준의 스루풋(throughput)을 20Gbps이상으로 올리기 위한 후속 표준이다. 802.11ay 무선 인터페이스를 지원하는 전자 기기는 약 57 내지 64GHz의 주파수 대역을 사용하도록 구성될 수 있다. 802.11 ay 무선 인터페이스는 802.11ad 무선 인터페이스에 대한 backward compatibility를 제공하도록 구성될 수 있다 한편, 802.11 ay 무선 인터페이스를 제공하는 전자 기기는 동일 대역을 사용하는 레거시 기기(legacy device)에 대한 공존성(coexistence)를 제공하도록 구성될 수 있다.
802.11ay 표준의 무선 환경과 관련하여, indoor 환경에서는 10미터 이상의 커버리지를 제공하고, LOS(Line of Sight) 채널 조건의 실외(outdoor) 환경에서 100미터 이상의 커버리지를 제공하도록 구성될 수 있다.
802.11ay 무선 인터페이스를 지원하는 전자 기기는 VR 헤드셋 연결성 제공, 서버 백업 지원, 낮은 지연 속도가 필요한 클라우드 어플리케이션을 지원하도록 구성될 수 있다.
802.11ay의 유스 케이스(use case)인 근접 통신 시나리오인 Ultra Short Range(USR) 통신 시나리오는 두 단말 간의 빠른 대용량 데이터 교환을 위한 모델이다. USR 통신 시나리오는 100msec 이내의 빠른 링크 설정(link setup), 1초 이내의 transaction time, 10cm 미만의 초 근접 거리에서 10 Gbps data rate을 제공하면서, 400mW 미만의 낮은 전력 소모를 요구하도록 구성될 수 있다.
802.11ay의 유스 케이스로, 8K UHD Wireless Transfer at Smart Home Usage Model을 고려할 수 있다. 스마트 홈 사용 모델은 가정에서 8K UHD 콘텐츠를 스트리밍하기 위해 소스 장치와 싱크 장치 간 무선 인터페이스를 고려할 수 있다. 이와 관련하여, 소스 장치는 셋톱 박스, 블루 레이 플레이어, 태블릿, 스마트 폰 중 어느 하나이고, 싱크 장치는 스마트 TV, 디스플레이 장치 중 어느 하나일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 관련하여, 소승 장치 및 싱크 장치 간 거리는 5m 미만의 커버리지에서 비 압축 8K UHD 스트리밍(60fps, 픽셀 당 24 비트, 최소 4:2:2)을 전송하도록 무선 인터페이스가 구성될 수 있다. 이를 위해, 최소 28Gbps의 속도로 데이터가 전자 장치 간에 전달되도록 무선 인터페이스가 구성될 수 있다.
이러한 무선 인터페이스를 제공하기 위해, mmWave 대역에서 동작하는 배열 안테나 및 이를 구비하는 전자 기기와 관련된 실시 예들에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 본 명세서는 본 명세서의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
도 2는 본 명세서에 따른 무선 인터페이스를 지원하는 전자 기기들의 상세 구성을 나타낸다. 도 2는 무선 통신 시스템에서 액세스 포인트(110)(일반적으로, 제1 무선 노드) 및 액세스 단말(120)(일반적으로, 제2 무선 노드)의 블록도를 예시한다. 액세스 포인트(110)는 하향링크에 대해 송신 엔티티 및 업링크에 대해 수신 엔티티이다. 액세스 단말(120)은 상향링크에 대해 송신 엔티티 및 다운링크에 대해 수신 엔티티이다. 본원에 사용된 바와 같이, "송신 엔티티"는 무선 채널을 통해 데이터를 송신할 수 있는 독립적으로 동작되는 장치 또는 디바이스이고, "수신 엔티티"는 무선 채널을 통해 데이터를 수신할 수 있는 독립적으로 동작되는 장치 또는 디바이스이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 도 1의 셋톱박스(STB)가 액세스 포인트(110)이고, 도 1의 전자 기기(100)는 액세스 단말(120)일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 액세스 포인트(110)는 대안적으로, 액세스 단말일 수 있고, 액세스 단말(120)은 대안적으로 액세스 포인트일 수 있음을 이해해야 한다.
데이터를 송신하기 위해, 액세스 포인트(110)는 송신 데이터 프로세서(220), 프레임 구축기(222), 송신 프로세서(224), 복수의 트랜시버들(226-1 내지 226-N) 및 복수의 안테나들(230-1 내지 230-N)을 포함한다. 액세스 포인트(110)는 또한 액세스 포인트(110)의 동작들을 제어하기 위한 제어기(234)를 포함한다.
데이터를 송신하기 위해, 액세스 포인트(110)는 송신 데이터 프로세서(220), 프레임 구축기(222), 송신 프로세서(224), 복수의 트랜시버들(226-1 내지 226-N) 및 복수의 안테나들(230-1 내지 230-N)을 포함한다. 액세스 포인트(110)는 또한 액세스 포인트(110)의 동작들을 제어하기 위한 제어기(234)를 포함한다.
동작시에, 송신 데이터 프로세서(220)는 데이터 소스(215)로부터 데이터(예를 들어, 데이터 비트들)를 수신하고, 송신을 위해 데이터를 프로세싱한다. 예를 들어, 송신 데이터 프로세서(220)는 데이터(예를 들어, 데이터 비트들)를 인코딩된 데이터로 인코딩할 수 있고, 인코딩된 데이터를 데이터 심볼들로 변조할 수 있다. 송신 데이터 프로세서(220)는 상이한 MCS들(modulation and coding schemes)을 지원할 수 있다. 예를 들어, 송신 데이터 프로세서(220)는 복수의 상이한 코딩 레이트들 중 임의의 하나에서 (예를 들어, LDPC(low-density parity check) 인코딩을 사용하여) 데이터를 인코딩할 수 있다. 또한, 송신 데이터 프로세서(220)는, BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM, 64APSK, 128APSK, 256QAM 및 256APSK를 포함하지만 이에 제한되는 것은 아닌 복수의 상이한 변조 방식들 중 임의의 하나를 사용하여 인코딩된 데이터를 변조할 수 있다.
제어기(234)는, (예를 들어, 다운링크의 채널 조건들에 기초하여) 어느 MCS(modulation and coding scheme)를 사용할지를 특정하는 커맨드를 송신 데이터 프로세서(220)에 전송할 수 있다. 송신 데이터 프로세서(220)는 데이터 소스(215)로부터의 데이터를 특정된 MCS에 따라 인코딩 및 변조할 수 있다. 송신 데이터 프로세서(220)가, 데이터 스크램블링 및/또는 다른 프로세싱과 같이, 데이터에 대한 추가적인 프로세싱을 수행할 수 있음을 인식해야 한다. 송신 데이터 프로세서(220)는 프레임 구축기(222)에 데이터 심볼들을 출력한다.
프레임 구축기(222)는 프레임(또한 패킷으로 지칭됨)을 구성하고, 그 프레임의 데이터 페이로드에 데이터 심볼들을 삽입한다. 프레임은 프리앰블, 헤더 및 데이터 페이로드를 포함할 수 있다. 프리앰블은 액세스 단말(120)이 프레임을 수신하는 것을 보조하기 위해, STF(short training field) 시퀀스 및 CE(channel estimation) 시퀀스를 포함할 수 있다. 헤더는 데이터의 길이 및 데이터를 인코딩 및 변조하기 위해 사용되는 MCS와 같은 페이로드 내의 데이터와 관련된 정보를 포함할 수 있다. 이러한 정보는 액세스 단말(120)이 데이터를 복조 및 디코딩하도록 허용한다. 페이로드 내의 데이터는 복수의 블록들 사이에서 분할될 수 있고, 각각의 블록은 데이터의 일부 및 GI(guard interval)를 포함하여 수신기가 위상 추적하는 것을 보조할 수 있다. 프레임 구축기(222)는 프레임을 송신 프로세서(224)에 출력한다.
송신 프로세서(224)는 하향링크 상에서의 송신을 위해 프레임을 프로세싱한다. 예를 들어, 송신 프로세서(224)는 상이한 송신 모드들, 예를 들어, OFDM(orthogonal frequency-division multiplexing) 송신 모드 및 SC(single-carrier) 송신 모드를 지원할 수 있다. 이러한 예에서, 제어기(234)는 어느 송신 모드를 사용할 지를 특정하는 커맨드를 송신 프로세서(224)에 전송할 수 있고, 송신 프로세서(224)는 특정된 송신 모드에 따른 송신을 위해 프레임을 프로세싱할 수 있다. 송신 프로세서(224)는, 다운링크 신호의 주파수 구성이 특정 스펙트럼 요건들을 충족하도록 프레임에 스펙트럼 마스크를 적용할 수 있다.
송신 프로세서(224)는 MIMO(multiple-input-multiple-output) 송신을 지원할 수 있다. 이러한 양상들에서, 액세스 포인트(110)는 다수의 안테나들(230-1 내지 230-N) 및 다수의 트랜시버들(226-1 내지 226-N)(예를 들어, 각각의 안테나에 대해 하나)을 포함할 수 있다. 송신 프로세서(224)는 착신 프레임들에 대해 공간 프로세싱을 수행할 수 있고, 복수의 송신 프레임 스트림들을 복수의 안테나들에 제공할 수 있다. 트랜시버들(226-1 내지 226-N)은 각각의 송신 프레임 스트림들을 수신 및 프로세싱(예를 들어, 아날로그로 변환, 증폭, 필터링 및 주파수 상향변환)하여, 안테나들(230-1 내지 230-N)을 통한 송신을 위한 송신 신호들을 각각 생성한다.
데이터를 송신하기 위해, 액세스 단말(120)은 송신 데이터 프로세서(260), 프레임 구축기(262), 송신 프로세서(264), 복수의 트랜시버들(266-1 내지 266-M) 및 복수의 안테나들(270-1 내지 270-M)(예를 들어, 트랜시버 당 하나의 안테나)을 포함한다. 액세스 단말(120)은 업링크 상에서 데이터를 액세스 포인트(110)에 송신할 수 있고 그리고/또는 데이터를 다른 액세스 단말에 (예를 들어, 피어-투-피어 통신을 위해) 송신할 수 있다. 액세스 단말(120)은 또한 액세스 단말(120)의 동작들을 제어하기 위한 제어기(274)를 포함한다.
트랜시버들(266-1 내지 266-M)은 하나 이상의 안테나들(270-1 내지 270-M)을 통한 송신을 위해 송신 프로세서(264)의 출력을 수신 및 프로세싱(예를 들어, 아날로그로 변환, 증폭, 필터링 및 주파수 상향변환)한다. 예를 들어, 트랜시버(266)는 송신 프로세서(264)의 출력을 60 GHz 대역의 주파수를 갖는 송신 신호로 상향 변환할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 따른 안테나 모듈은 60 GHz 대역, 일 예로 약 57 내지 63GHz 대역에서 빔포밍 동작하도록 구성될 수 있다. 또한, 안테나 모듈은 60 GHz 대역에서 빔포밍 동작하면서 MIMO 송신을 지원하도록 구성될 수 있다.
이와 관련하여, 안테나들(270-1 내지 270-M)과 트랜시버들(266-1 내지 266-M)은 다층 회로 기판에 통합된 형태로 구현될 수 있다. 이를 위해, 안테나들(270-1 내지 270-M) 중 수직 편파로 동작하는 안테나는 다층 회로 기판 내부에 수직하게 배치될 수 있다.
데이터를 수신하기 위해, 액세스 포인트(110)는 수신 프로세서(242) 및 수신 데이터 프로세서(244)를 포함한다. 동작시에, 트랜시버들(226-1 내지 226-N)은 신호를 (예를 들어, 액세스 단말(120)로부터) 수신하고, 수신된 신호를 공간 프로세싱(예를 들어, 주파수 하향변환, 증폭, 필터링 및 디지털로 변환)한다.
수신 프로세서(242)는 트랜시버들(226-1 내지 226-N)의 출력들을 수신하고, 출력들을 프로세싱하여 데이터 심볼들을 복원한다. 예를 들어, 액세스 포인트(110)는 프레임에서 (예를 들어, 액세스 단말(120)로부터의) 데이터를 수신할 수 있다. 이러한 예에서, 수신 프로세서(242)는 프레임의 프리앰블 내의 STF 시퀀스를 사용하여 프레임의 시작을 검출할 수 있다. 수신기 프로세서(242)는 또한 AGC(automatic gain control) 조절을 위해 STF를 사용할 수 있다. 수신 프로세서(242)는 또한 (예를 들어, 프레임의 프리앰블 내의 CE 시퀀스를 사용하여) 채널 추정을 수행할 수 있고, 채널 추정에 기초하여 수신된 신호에 대해 채널 등화를 수행할 수 있다.
수신 데이터 프로세서(244)는 수신 프로세서(242)로부터의 데이터 심볼들 및 제어기(234)로부터의 대응하는 MSC 방식의 표시를 수신한다. 수신 데이터 프로세서(244)는 데이터 심볼들을 복조 및 디코딩하여, 표시된 MSC 방식에 따라 데이터를 복원하고, 복원된 데이터(예를 들어, 데이터 비트들)를 저장 및/또는 추가적인 프로세싱을 위해 데이터 싱크(246)에 출력한다.
액세스 단말(120)은 OFDM 송신 모드 또는 SC 송신 모드를 사용하여 데이터를 송신할 수 있다. 이러한 경우에, 수신 프로세서(242)는 선택된 송신 모드에 따라 수신 신호를 프로세싱할 수 있다. 또한 앞서 논의된 바와 같이, 송신 프로세서(264)는 MIMO(multiple-input-multiple-output) 송신을 지원할 수 있다. 이러한 경우에, 액세스 포인트(110)는 다수의 안테나들(230-1 내지 230-N) 및 다수의 트랜시버들(226-1 내지 226-N)(예를 들어, 각각의 안테나에 대해 하나)을 포함한다. 따라서, 본 명세서에 따른 안테나 모듈은 60 GHz 대역, 일 예로 약 57 내지 63GHz 대역에서 빔포밍 동작하도록 구성될 수 있다. 또한, 안테나 모듈은 60 GHz 대역에서 빔포밍 동작하면서 MIMO 송신을 지원하도록 구성될 수 있다.
이와 관련하여, 안테나들(230-1 내지 230-M)과 트랜시버들(226-1 내지 226-M)은 다층 회로 기판에 통합된 형태로 구현될 수 있다. 이를 위해, 안테나들(230-1 내지 230-M) 중 수직 편파로 동작하는 안테나는 다층 회로 기판 내부에 수직하게 배치될 수 있다.
한편, 각각의 트랜시버는 각각의 안테나로부터 신호를 수신 및 프로세싱(예를 들어, 주파수 하향변환, 증폭, 필터링, 및 디지털로 변환)한다. 수신 프로세서(242)는 트랜시버들(226-1 내지 226-N)의 출력들에 대해 공간 프로세싱을 수행하여 데이터 심볼들을 복원할 수 있다.
액세스 포인트(110)는 또한 제어기(234)에 커플링되는 메모리(236)를 포함한다. 메모리(236)는, 제어기(234)에 의해 실행되는 경우, 제어기(234)로 하여금 본원에 설명된 동작들 중 하나 이상을 수행하게 하는 명령들을 저장할 수 있다. 유사하게, 액세스 단말(120)은 또한 제어기(274)에 커플링되는 메모리(276)를 포함한다. 메모리(276)는, 제어기(274)에 의해 실행되는 경우, 제어기(274)로 하여금 본원에 설명된 동작들 중 하나 이상을 수행하게 하는 명령들을 저장할 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 802.11 ay 무선 인터페이스를 지원하는 전자 기기는 다른 전자 기기와 통신하기 위해 통신 매체가 이용가능한지 여부를 결정한다. 이를 위해, 전자 기기는 RTS (Request to Send) 부분 및 제1 빔 트레이닝 시퀀스를 포함하는 RTS-TRN 프레임을 송신한다. 이와 관련하여, 도 3a는 본 명세서에 따른 RTS (Request to Send) 프레임 및 CTS(Clear to Send) 프레임을 나타낸다. 이와 관련하여, 발신 디바이스는, 하나 이상의 데이터 프레임들을 목적지 디바이스로 전송하기 위해 통신 매체가 이용가능한지 여부를 결정하기 위해 RTA 프레임을 사용할 수 있다. RTS 프레임을 수신하는 것에 대한 응답으로, 목적지 디바이스는, 통신 매체가 이용 가능하면 발신 디바이스에 CTS(Clear to Send) 프레임을 다시 전송한다. CTS 프레임을 수신하는 것에 대한 응답으로, 발신 디바이스는 목적지 디바이스에 하나 이상의 데이터 프레임들을 전송한다. 하나 이상의 데이터 프레임들을 성공적으로 수신하는 것에 대한 응답으로, 목적지 디바이스는 발신 디바이스에 하나 이상의 확인응답("ACK") 프레임들을 전송한다.
도 3a (a)를 참조하면, 프레임(300)은 프레임 제어 필드(310), 지속기간 필드(312), 수신기 어드레스 필드(314), 송신기 어드레스 필드(316) 및 프레임 체크 시퀀스 필드(318)를 포함하는 RTS 부분을 포함한다. 개선된 통신 및 간섭 감소 목적을 위해 프레임(300)은 목적지 디바이스 및 하나 이상의 이웃 디바이스들의 각각의 안테나들을 구성하기 위한 빔 트레이닝 시퀀스 필드(320)를 더 포함한다.
도 3a (b)를 참조하면, CTS 프레임(350)은 프레임 제어 필드(360), 지속기간 필드(362), 수신기 어드레스 필드(364) 및 프레임 체크 시퀀스 필드(366)를 포함하는 CTS 부분을 포함한다. 개선된 통신 및 간섭 감소 목적을 위해, 프레임(350)은 발신 디바이스 및 하나 이상의 이웃 디바이스들의 각각의 안테나들을 구성하기 위한 빔 트레이닝 시퀀스 필드(368)를 더 포함한다.
빔 트레이닝 시퀀스 필드(320, 368)는 IEEE 802.11ad 또는 802.11ay에 따른 트레이닝(TRN) 시퀀스를 준수할 수 있다. 발신 디바이스는 목적지 디바이스에 지향적으로 송신하도록 자신의 안테나를 구성하기 위해 빔 트레이닝 시퀀스 필드(368)를 사용할 수 있다. 한편, 발신 디바이스는 목적지 디바이스에서의 송신 간섭을 감소시키기 위해, 자신들 각각의 안테나들을 구성하기 위해 빔 트레이닝 시퀀스 필드를 사용할 수 있다. 이 경우, 목적지 디바이스를 목적으로 하는 널들을 갖는 안테나 방사 패턴을 생성하도록 자신들 각각의 안테나들을 구성하기 위해 빔 트레이닝 시퀀스 필드를 사용할 수 있다.
따라서, 802.11 ay 무선 인터페이스를 지원하는 전자 기기들은 빔 트레이닝 시퀀스에 따라 결정된 빔포밍 패턴으로 상호 간에 낮은 간섭 수준을 갖도록 초기 빔을 형성할 수 있다. 이와 관련하여, 도 3b는 본 명세서의 일 예시에 따른 통신 시스템(400)의 블록도를 예시한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 디바이스(410, 420)는 메인 빔이 방향이 일치되도록 하여 통신 성능을 향상시킬 수 있다. 한편, 제1 및 제2 디바이스(410, 420)는 제3 디바이스(430)와의 간섭을 저감하기 위해, 신호 강도가 약한 신호-널을 특정 방향으로 형성할 수 있다.
이러한 메인 빔 및 신호 널 형성과 관련하여, 본 명세서에 따른 복수의 전자 기기들은 배열 안테나를 통해 빔포밍을 수행하도록 구성될 수 있다. 도 3b를 참조하면, 복수의 전자 기기들 중 일부는 단일 안테나를 통해 다른 전자 기기의 배열 안테나와 통신하도록 구성될 수도 있다. 이와 관련하여, 단일 안테나를 통해 통신하는 경우 빔 패턴은 무지향성 패턴(omnidirectional pattern)으로 형성된다.
도 3b를 참조하면, 제1 내지 제3 디바이스(410 내지 430)이 빔포밍을 수행하고, 제4 디바이스(440)가 빔포밍을 수행하지 않는 것으로 도시되었지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제1 내지 제4 디바이스(410) 중 3개는 빔포밍을 수행하고, 다른 하나는 빔포밍을 수행하지 않도록 구성될 수 있다.
다른 예로 제1 내지 제4 디바이스(410) 중 어느 하나만 빔포밍을 수행하고, 나머지 3개의 디바이스들은 빔포밍을 수행하지 않도록 구성될 수 있다. 또 다른 예로, 제1 내지 제4 디바이스(410) 중 2개는 빔포밍을 수행하도 다른 2개는 빔포밍을 수행하지 않도록 구성될 수 있다. 또 다른 예로, 제1 내지 제4 디바이스(410) 전부가 빔포밍을 수행하도록 구성될 수 있다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 제1 디바이스(410)는, CTS-TRN 프레임(350)의 수신기 어드레스 필드(364)에 표시된 어드레스에 기초하여 자신이 CTS-TRN 프레임(350)의 의도된 수신 디바이스라고 결정한다. 자신이 CTS-TRN 프레임(350)의 의도된 수신 디바이스라고 결정하는 것에 대한 응답으로, 제1 디바이스(410)는 선택적으로, 실질적으로 제2 디바이스(420)를 목적으로 하는 지향성 송신을 위해 자신의 안테나를 구성하도록 수신된 CTS-TRN(350)의 빔 트레이닝 시퀀스 필드(368)의 빔 트레이닝 시퀀스를 사용할 수 있다. 즉, 제1 디바이스(410)의 안테나는 실질적으로 제2 디바이스(420)를 목적으로 하는 1차 로브(예를 들어, 가장 높은 이득 로브) 및 다른 방향들을 목적으로 하는 비-1차 로브들을 갖는 안테나 방사 패턴을 생성하도록 구성된다.
제2 디바이스(420)는 자신이 이전에 수신한 RTS-TRN 프레임(300)의 빔 트레이닝 시퀀스 필드(320)의 빔 트레이닝 시퀀스에 기초하여 제1 디바이스(410)에 대한 방향을 이미 알기 때문에, 제2 디바이스(420)는 선택적으로 제1 디바이스(410)를 목적으로 하는 지향성 수신(예를 들어, 1차 안테나 방사 로브)을 위해 자신의 안테나를 구성할 수 있다. 따라서, 제1 디바이스(410)의 안테나는 제2 디바이스(420)에 대한 지향성 송신을 위해 구성되고, 제2 디바이스(420)의 안테나는 제1 디바이스(410)로부터의 지향성 수신을 위해 구성되는 동안, 제1 디바이스(410)는 하나 이상의 데이터 프레임들을 제2 디바이스(420)에 송신한다. 이에 따라, 제1 및 제2 디바이스(410, 420)는 1차 로브 (메인 빔)을 통해 하나 이상의 데이터 프레임들의 지향성 송신/수신(DIR-TX/RX)을 수행한다.
한편, 제1 및 제2 디바이스(410, 420)는 비-1차 로브들을 갖는 안테나 방사 패턴에 의한 제3 디바이스(430)와 간섭을 저감하기 위해 제3 디바이스(430)의 빔 패턴을 일부 수정하도록 할 수 있다.
이와 관련하여, 제3 디바이스(430)는, CTS-TRN 프레임(350)의 수신기 어드레스 필드(364)에 표시된 어드레스에 기초하여 자신이 CTS-TRN 프레임(350)의 의도된 수신 디바이스가 아니라고 결정한다. 자신이 CTS-TRN 프레임(350)의 의도된 수신 디바이스가 아니라고 결정하는 것에 대한 응답으로, 제3 디바이스(430)는 실질적으로 제2 디바이스(420) 및 제1 디바이스(410)를 목적으로 하는 널들을 각각 갖는 안테나 방사패턴을 생성하도록 자신의 안테나를 구성하기 위해, 수신된 CTS-TRN(350)의 빔 트레이닝 시퀀스 필드(368)의 빔 트레이닝 시퀀스 및 이전에 수신된 RTS-TRN 프레임(300)의 빔 트레이닝 시퀀스 필드(320)의 시퀀스를 사용한다. 널들(nulls)은 이전에 수신된 RTS-TRN 프레임(300) 및 CTS-TRN 프레임(350)의 추정된 도달 각도에 기초할 수 있다. 일반적으로, 제3 디바이스(430)는 제1 디바이스(410) 및 제2 디바이스(420)를 목적으로 하는 (예를 들어, (예를 들어, 원하는 BER, SNR, SINR 및/또는 다른 하나 이상의 통신 속성들을 달성하기 위해) 이러한 디바이스들(410및 420)에서의 추정된 간섭을 정의된 임계치 이하로 달성하기 위해) 원하는 신호 전력들, 거부들 또는 이득들을 각각 갖는 안테나 방사 패턴을 생성한다.
제3 디바이스(430)는, 제1 및 제2 디바이스들(410 및 420)을 향하는 방향들에서 안테나 이득들을 추정하고, 제3 디바이스(430)와 제1 및 제2 디바이스들(410 및 420) 사이의 안테나 상호성 차이들(예를 들어, 송신 안테나 이득 - 수신 안테나 이득)을 추정하고, 제1 및 제2 디바이스들(410 및 420)에서 대응하는 추정된 간섭을 결정하기 위해 하나 이상의 섹터들에 걸쳐 상기의 것들을 각각 계산함으로써, 자신의 안테나 송신 방사 패턴을 구성할 수 있다.
제3 디바이스(430)는, 제4 디바이스(440)가 수신하는, 제4 디바이스(440)에 대해 의도된 RTS-TRN 프레임(300)을 송신한다. 제3 디바이스(430)는, 제1 디바이스(410) 및 제2 디바이스(420)가 RTS-TRN 프레임(300) 및 CTS-TRN 프레임(350)의 지속기간 필드들(312 및 362)의 지속기간 필드들에 각각 표시된 지속기간에 기초하여 통신하고 있는 한 이러한 디바이스들을 목적으로 하는 널들을 갖는 안테나 구성을 유지한다. 제3 디바이스(430)의 안테나는 제1 디바이스(410) 및 제2 디바이스(420)를 목적으로 하는 널들을 생성하도록 구성되기 때문에, 제3 디바이스(430)에 의한 RTS-TRN 프레임(300)의 송신은 제1 디바이스(410) 및 제2 디바이스(420)에서 감소된 간섭을 각각 생성할 수 있다.
따라서, 본 명세서에서 개시되는 802.11 ay 무선 인터페이스를 지원하는 전자 기기들은 배열 안테나를 이용하여 상호 간에 메인 빔 방향을 일치시키면서 간섭 저감을 위해 신호 널 방향을 특정 방향으로 형성할 수 있다. 이를 위해, 복수의 전자 기기들은 빔 트레이닝 시퀀스를 통해 초기 빔 방향을 형성하고, 주기적으로 업데이트되는 빔 트레이닝 시퀀스를 통해 빔 방향을 변경할 수 있다.
전술한 바와 같이, 전자 기기 간에 고속 데이터 통신을 위해 빔 방향을 상호 간에 일치시켜야 한다. 또한, 고속 데이터 통신을 위해 안테나 소자로 전달되는 무선 신호의 손실을 최소화해야 한다. 이를 위해, 배열 안테나는 RFIC가 배치된 다층 기판 내부에 배치될 필요가 있다. 또한, 방사 효율을 위해 배열 안테나는 다층 기판 내부에서 측면 영역에 인접하게 배치될 필요가 있다.
또한, 무선 환경 변화에 적응하기 위해 전자 기기들 간에 빔 트레이닝 시퀀스 업데이트가 필요하다. 빔 트레이닝 시퀀스 업데이트를 위해, RFIC는 모뎀과 같은 프로세서와 주기적으로 신호를 송수신해야 한다. 따라서, 업데이트 지연 시간을 최소화하기 위해 RFIC와 모뎀 간에 제어 신호 송수신도 빠른 시간 내에 이루어져야 한다. 이를 위해, RFIC와 모뎀 간의 연결 경로의 물리적 길이를 감소시킬 필요가 잇다. 이를 위해, 배열 안테나와 RFIC가 배치된 다층 기판에 모뎀이 배치될 수 있다. 또는, 다층 기판에 배열 안테나와 RFIC가 배치되고 메인 기판에 모뎀이 배치되는 구조에서 RFIC와 모뎀 간 연결 길이를 최소화하도록 구성할 수 있다. 이와 관련하여, 상세한 구조는 도 5c에서 설명한다.
이하에서는, 본 명세서에 따른 밀리미터파 대역에서 동작 가능한 배열 안테나를 구비하는 전자 기기에 대해 설명하기로 한다. 이와 관련하여, 도 4는 일 실시 예에 따른 복수의 안테나 모듈과 복수의 송수신부 회로 모듈이 배치되는 전자 기기를 나타낸다. 도 4를 참조하면, 복수의 안테나 모듈과 다수의 송수신부 회로 모듈이 배치되는 가전 기기는 텔레비전(television)일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 명세서에서 다수의 안테나 모듈과 다수의 송수신부 회로 모듈이 배치되는 가전 기기는 밀리미터파 대역에서 통신 서비스를 지원하는 임의의 가전기기 또는 디스플레이 장치를 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 전자 기기(1000)는 복수의 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4), 및 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)과 복수의 송수신부 회로 모듈들(transceiver circuit modules, 1210a 내지 1210d)를 포함한다. 이와 관련하여, 복수의 송수신부 회로 모듈들(1210a 내지 1210d)은 전술한 송수신부 회로(1250)에 해당할 수 있다. 또는, 복수의 송수신부 회로 모듈들(1210a 내지 1210d)은 송수신부 회로(1250)의 일부 구성 또는 안테나 모듈과 송수신부 회로(1250) 사이에 배치되는 프론트 엔드 모듈의 일부 구성일 수 있다.
복수의 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)은 복수의 안테나 소자들이 배치된 배열 안테나로 구성될 수 있다. 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)의 소자 개수는 도시된 바와 같이 2개, 3개, 4개 등에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)의 소자 개수는 2개, 4개, 8개, 16개 등으로 확장 가능하다. 또한, 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)의 소자는 동일한 개수 또는 상이한 개수로 선택될 수 있다. 복수의 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)은 디스플레이의 서로 다른 영역 또는 전자 기기의 하부 또는 측면에 배치될 수 있다. 복수의 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)이 디스플레이의 상부, 좌측, 하부 및 우측에 배치될 수 있지만, 이러한 배치 구조에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 복수의 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)이 디스플레이의 좌측 상부, 우측 상부, 좌측 하부 및 우측 하부에 배치될 수도 있다.
안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)은 임의의 주파수 대역에서 신호를 특정 방향으로 송신 및 수신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)은 28GHz 대역, 39GHz 대역, 및 64GHz 대역 중 어느 하나의 대역에서 동작할 수 있다.
전자 기기는 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4) 중 둘 이상의 모듈을 통해 서로 다른 엔티티와 연결 상태를 유지하거나 이를 위한 데이터 송신 또는 수신 동작을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 디스플레이 장치에 해당하는 전자 기기는 제1 안테나 모듈(ANT1)을 통해 제1 엔티티와 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다. 또한, 전자 기기는 제2 안테나 모듈(ANT2)을 통해 제2 엔티티와 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다. 일 예로, 전자 기기는 제1 안테나 모듈(ANT1)을 통해 이동 단말(mobile terminal, UE)과 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다. 전자 기기는 제2 안테나 모듈(ANT2)을 통해 셋톱 박스 또는 AP (Access Point)와 같은 제어 장치와 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다.
다른 안테나 모듈들, 예컨대 제3 안테나 모듈(ANT3) 및 제4 안테나 모듈(ANT4)을 통해 다른 엔티티와 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다. 다른 예로, 제3 안테나 모듈(ANT3) 및 제4 안테나 모듈(ANT4)을 통해 이전에 연결된 제1 및 제2 엔티티 중 적어도 하나를 통해 이중 연결 또는 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.
이동 단말(UE1, UE2)이 전자 기기의 전면 영역에 배치되고, 이동 단말(UE1, UE2)은 제1 안테나 모듈(ANT1)과 통신하도록 구성될 수 있다. 한편, 셋톱 박스(STB) 또는 AP가 전자 기기의 하부 영역에 배치되고, 셋톱 박스(STB) 또는 AP가 제2 안테나 모듈(ANT2)과 통신하도록 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 한다. 다른 예로, 제2 안테나 모듈(ANT2)이 하부 영역으로 방사하는 제1 안테나와 전면 영역으로 방사하는 제2 안테나를 모두 구비할 수 있다. 따라서, 제2 안테나 모듈(ANT2)은 제1 안테나를 통해 셋톱 박스(STB) 또는 AP와 통신을 수행하고, 제2 안테나를 통해 이동 단말(UE1, UE2) 중 어느 하나와 통신을 수행할 수 있다.
한편, 이동 단말(UE1, UE2) 중 어느 하나는 전자 기기와 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 구성될 수 있다. 일 예로, UE1은 전자 기기와 빔포밍을 수행하면서 MIMO를 수행하도록 구성될 수 있다. 전술한 바와 같이 영상표시장치에 해당하는 전자 기기는 다른 전자 기기 또는 셋톱 박스와 WiFi 무선 인터페이스를 통해 고속 통신을 수행할 수 있다. 일 예로, 전자 기기는 다른 전자 기기 또는 셋톱 박스와 802.11 ay 무선 인터페이스를 통해 60GHz 대역에서 고속 통신을 수행할 수 있다.
한편, 송수신부 회로 모듈들(1210a 내지 1210d)은 RF 주파수 대역에서 송신 신호 및 수신 신호를 처리하도록 동작 가능하다. 여기서, RF 주파수 대역은 전술한 바와 같이 28GHz 대역, 39GHz 대역, 및 64GHz 대역과 같은 밀리미터 대역의 임의의 주파수 대역일 수 있다. 한편, 송수신부 회로 모듈들(1210a 내지 1210d)은 RF SUB-MODULE (1210a 내지 1210d)로 지칭될 수 있다. 이때, RF SUB-MODULE (1210a 내지 1210d)의 개수는 4개에 한정되는 것은 아니고, 응용에 따라 2개 이상의 임의의 개수로 변경 가능하다.
또한, RF SUB-MODULE들(1210a 내지 1210d)은 RF 주파수 대역의 신호를 IF 주파수 대역의 신호로 변환하거나 또는 IF 주파수 대역의 신호를 RF 주파수 대역의 신호로 변환하는 상향변환 모듈 및 하향변환 모듈을 구비할 수 있다. 이를 위해, 상향변환 모듈 및 하향변환 모듈은 상향 주파수 변환 및 하향 주파수 변환을 수행할 수 있는 로컬 오실레이터(LO: Local Oscillator)를 구비할 수 있다.
한편, 복수의 RF SUB-MODULE들(1210a 내지 1210d)은 복수의 송수신부 회로 모듈들 중 어느 하나의 모듈에서 인접한 송수신부 회로 모듈로 신호가 전달될 수 있다. 이에 따라, 전달되는 신호가 복수의 송수신부 회로 모듈들(1210a 내지 1210d) 전부에 적어도 한 번 전달되도록 구성될 수 있다.
이를 위해, 루프 구조의 데이터 전달 경로(data transfer path)가 추가될 수 있다. 이와 관련하여, 루프 구조의 전송 경로(P2)를 통해, 인접한 RF SUB-MODULE (1210b, 1210c)은 양방향(bi-direction)으로 신호 전달이 가능하다.
또는, 피드백 구조의 데이터 전달 경로가 추가될 수 있다. 이와 관련하여, 피드백 구조의 데이터 전달 경로를 통해, 적어도 하나의 SUB-MODULE(1210c)은 나머지 SUB-MODULE(1210a, 1210b, 1210c)로 일방향(uni-direction)으로 신호 전달이 가능하다.
복수의 RF SUB-MODULE들은 제1 RF SUB-MODULE 내지 제4 RF SUB-MODULE(1210a 내지 1210d)을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 RF SUB-MODULE(1210a)로부터의 신호는 인접한 RF SUB-MODULE (1210b) 및 제4 RF SUB-MODULE(1210d)로 전달될 수 있다. 또한, 제2 RF SUB-MODULE(1210b) 및 제4 RF SUB-MODULE(1210d)은 상기 신호를 인접한 제3 RF SUB-MODULE(1210c)로 전달될 수 있다. 이때, 제2 RF SUB-MODULE(1210b)과 제3 RF SUB-MODULE(1210c) 간에 도 4와 같이 양방향 전송이 가능하면, 이를 루프 구조로 지칭할 수 있다. 반면에, 제2 RF SUB-MODULE(1210b)과 제3 RF SUB-MODULE(1210c) 간에 일방향 전송만 가능하면, 이를 피드백 구조로 지칭할 수 있다. 한편, 피드백 구조에서는 제3 RF SUB-MODULE(1210c)로 전달되는 신호가 적어도 둘 이상일 수 있다.
하지만, 이러한 구조에 제한되는 것은 아니라, 응용에 따라 기저대역 모듈은 제1 내지 제4 RF sub-module(1210a 내지 1210d) 중 특정 모듈에만 구비될 수 있다. 또는, 응용에 따라 기저대역 모듈은 제1 내지 제4 RF sub-module(1210a 내지 1210d)에 구비되지 않고, 별도의 제어부, 즉 기저대역 프로세서(1400)로 구성될 수 있다. 일 예로, 별도의 제어부, 즉 기저대역 프로세서(1400)에 의해서만 제어 신호 전달이 이루어질 수도 있다.
한편, 도 1 내지 도 2b와 같은 전자 기기에서, 도 3과 같은 다중 송수신 시스템과 도 4의 전자 기기의 내부 또는 측면에 배치될 수 있는 안테나를 구비하는 전자기기의 구체적인 구성 및 기능에 대해서 이하에서 설명하기로 한다.
영상표시장치와 같은 전자 기기가 주변의 전자 기기와 통신을 수행하기 위해, 안테나를 포함하는 통신 모듈이 구비될 수 있다. 한편, 최근 영상표시장치의 디스플레이 영역이 확장됨에 따라 안테나를 포함하는 통신 모듈의 배치 공간이 감소하게 된다. 이에 따라, 통신 모듈이 구현되는 다층 회로 기판 내부에 안테나를 배치할 필요성이 증가하고 있다.
한편, 전자 기기 간에 통신 서비스를 위한 인터페이스로 WiFi 무선 인터페이스가 고려될 수 있다. 이러한 WiFi 무선 인터페이스를 이용하는 경우, 전자 기기 간에 고속 데이터 전송을 위해 밀리미터파 대역(mmWave)을 이용할 수 있다. 특히, 802.11ay와 같은 무선 인터페이스를 이용하여 전자 기기 간에 고속 데이터 전송이 가능하다.
이와 관련하여, 밀리미터파(mmWave) 대역에서 동작할 수 있는 배열 안테나는 안테나 모듈 내에 실장될 수 있다. 하지만, 이러한 안테나 모듈에 배치되는 안테나는 수평 편파 안테나 이외에 수직 편파 안테나로 구성될 수 있다. 수직 편파 안테나로 구성되는 경우, 안테나가 수직하게 배치될 필요가 있어 안테나 모듈을 구성하는 다층 기판 형태의 PCB 내에 배치하는 데 문제점이 있다.
또한, 안테나 모듈을 구성하는 다층 기판 형태의 PCB 내에 배치하기 위해 안테나의 물리적 크기를 제약하는 경우, 안테나 성능이 저하되는 문제점이 있다. 특히, 다층 기판 형태의 PCB 내에 배치하기 위해 안테나의 물리적 크기를 제약하는 경우, 안테나 대역폭 성능이 저하되는 문제점이 있다.
본 명세서는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나가 배치된 안테나 모듈 및 이를 제어하는 구성을 포함하는 전자 기기를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 소자를 다층 기판 내부에 배치하여 RF 회로와 일체형 안테나 모듈을 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 다층 기판 내부에 수직하게 배치되는 안테나 소자의 높이를 낮춰 소형화된 안테나 모듈을 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 다층 기판 내부의 급전 라인과 전기적으로 연결되는 안테나 소자의 임피던스 매칭 특성을 향상시킬 수 있는 광대역 급전 라인 구조를 제공하기 위한 것이다.
한편, 도 1과 같은 전자 기기에서, 도 2와 같은 무선 인터페이스를 구비하는 전자기기의 구체적인 구성 및 기능에 대해서 이하에서 설명하기로 한다. 전자 기기 간에 밀리미터파(mmWave) 대역의 통신 서비스를 이용하여 전자 기기 간에 데이터를 송신 또는 수신할 필요가 있다. 이와 관련하여, mmWave 무선 인터페이스로 802.11ay 무선 인터페이스를 이용하여 무선 AV(audio-video) 서비스 및/또는 고속 데이터 전송을 제공할 수 있다. 이 경우, 802.11ay 무선 인터페이스에 한정되는 것은 아니고, 60GHz 대역의 임의의 무선 인터페이스가 적용될 수 있다. 이와 관련하여, 전자 기기 간에 고속 데이터 전송을 위해 28GHz 대역 또는 60GHz 대역을 사용하는 5G 또는 6G 무선 인터페이스가 사용될 수도 있다.
4K 이상의 해상도로 영상을 전달하기 위하여 영상표시기기와 같은 전자 기기에서 무선 인터페이스를 제공하는 안테나 및 RFIC (radio frequency integrated chip)에 대한 구체적인 솔루션이 없다는 문제점이 있다. 특히, 영상표시기기와 같은 전자 기기가 건물의 벽에 배치되거나 테이블 위에 배치된 상황을 고려하여, 다른 전자 기기와 무선 AV 데이터를 송신 또는 수신할 필요가 있다. 이를 위해, 안테나 및 RFIC를 영상표시기기의 어느 영역에 배치할지에 대한 구체적인 구성과 안테나 구조가 제시될 필요가 있다.
이와 관련하여, 도 5a는 본 명세서와 관련하여 배열 안테나 모듈이 배치되는 다층 회로 기판과 RFIC가 연결된 구성을 나타낸다. 구체적으로, 본 명세서와 관련하여 AIP (Antenna In Package) 모듈 구조와 가요성 기판에 구현된 안테나 모듈 구조를 나타낸 것이다.
도 5a(a)를 참조하면, AIP (Antenna In Package) 모듈은 mmWave 대역 통신을 위하며, RFIC - PCB - 안테나 통합형으로 구성된다. 이와 관련하여, 배열 안테나 모듈(1100-1)은 도 5(a)와 도시된 바와 같이, 다층 기판(multi-layer PCB)과 일체로 구성될 수 있다. 따라서, 다층 기판과 일체로 구성되는 배열 안테나 모듈(1100-1)을 AIP 모듈로 지칭할 수 있다. 구체적으로, 다층 기판(multi-layer)의 일 측 영역에 배열 안테나 모듈(1100-1)이 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 다층 기판의 일 측 영역에 배치되는 배열 안테나 모듈(1100-1)을 이용하여 다층 기판의 측면 영역으로 제1 빔(B1)을 형성할 수 있다.
반면에, 도 5a(b)를 참조하면, 배열 안테나 모듈(1100-2)은 다층 기판 상에 배치될 수 있다. 배열 안테나 모듈(1100-2)의 배치는 도 5a(b)의 구조에 한정되는 것이 이나라, 다층 기판 내부의 임의의 레이어 상에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 다층 기판의 임의의 레이서 상에 배치되는 배열 안테나 모듈(1100-2)을 이용하여 다층 기판의 전면 영역으로 제2 빔(B2)을 형성할 수 있다. 이와 관련하여, 배열 안테나 모듈이 일체로 형성되는 AIP 모듈은 RFIC와 안테나 간의 거리를 최소화하기 위해, 동일 PCB에 배열 안테나(array antenna)가 배치될 수 있다.
한편, AIP 모듈의 안테나는 다층(multi-layer) PCB 제조 공정으로 구현될 수 있고, PCB의 수직/측면 방향으로 신호를 방사할 수 있다. 이와 관련하여, 패치 안테나, 다이폴/모노폴 안테나를 이용하여 이중 편파를 구현할 수 있다. 따라서, 도 5a(a)의 제1 배열 안테나(1100-1)를 다층 기판의 측면 영역에 배치하고, 도 5a(b)의 제2 배열 안테나(1100-2)를 다층 기판의 측면 영역에 배치할 수 있다. 이에 따라, 제1 배열 안테나(1100-1)를 통해 제1 빔(B1)을 생성하고, 제2 배열 안테나(1100-2)를 통해 제2 빔(B2)을 생성할 수 있다.
제1 배열 안테나(1100-1)와 제2 배열 안테나(1100-2)는 동일 편파를 갖도록 구성될 수 있다. 또는, 제1 배열 안테나(1100-1)와 제2 배열 안테나(1100-2)는 직교 편파를 갖도록 구성될 수 있다. 동작할 수도 있다. 이와 관련하여, 제1 배열 안테나(1100-1)는 수직 편파 안테나로 동작하고, 수평 편파 안테나로 동작할 수도 있다. 일 예로, 제1 배열 안테나(1100-1)는 수직 편파를 갖는 모노폴 안테나이고, 제2 배열 안테나는 수평 편파를 갖는 패치 안테나일 수 있다.
한편, 도 5b는 서로 다른 방사 방향을 갖는 안테나 구조를 나타낸 개념도이다.
도 5a(a) 및 도 5b(a)를 참조하면, 다층 기판의 측면 영역에 배치된 안테나 모듈의 방사 방향은 측면 방향에 해당한다. 이와 관련하여, 가요성 기판에 구현된 안테나는 다이폴/모노폴 안테나와 같은 방사 소자로 구성될 수 있다. 즉, 가요성 기판에 구현된 안테나는 end-fire antenna elements일 수 있다.
이와 관련하여, end-fire radiation은 기판과 수평 방향으로 방사하는 안테나에 의해 구현될 수 있다. 이러한 end-fire antenna는 다이폴/모노폴 안테나, 야기-다이폴 안테나, 비발디 안테나, SIW horn 안테나 등으로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 야기-다이폴 안테나와 비발디 안테나는 수평 편파 특성을 갖는다. 한편, 본 명세서에서 제시되는 영상표시기기에 배치되는 안테나 모듈 중 하나는 수직 편파 안테나가 필요하다. 따라서, 수직 편파 안테나로 동작하면서 안테나 노출 부위를 최소화할 수 있는 안테나 구조가 제시될 필요가 있다.
도 5a(b) 및 도 5b(a)를 참조하면, 다층 기판의 전면 영역에 배치된 안테나 모듈의 방사 방향은 전면 방향에 해당한다. 이와 관련하여, AIP 모듈에 배치된 안테나는 패치 안테나와 같은 방사 소자로 구성될 수 있다. 즉, AIP 모듈에 배치된 안테나는 broadside 방향으로 방사하는 broadside antenna elements일 수 있다.
한편, 배열 안테나가 내부에 배치되는 다층 기판은 메인 기판과 일체로 형성되거나 또는 메인 기판과 커넥터에 의해 모듈형으로 결합되도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 5c는 실시 예들에 따른 다층 기판과 메인 기판의 결합 구조를 나타낸 것이다. 도 5c(a)를 참조하면, 다층 기판(1010)에 RFIC(1250)와 모뎀(1400)이 일체로 형성된 구조를 나타낸다. 모뎀(1400)은 기저대역 프로세서(1400)로 지칭될 수 있다. 이에 따라 다층 기판(1010)은 메인 기판과 일체로 형성된다. 이러한 일체형 구조는 전자 기기에 하나의 배열 안테나 모듈만 배치되는 구조에 적용될 수 있다.
반면에, 다층 기판(1010)과 메인 기판(10120)은 커넥터에 의해 모듈형으로 결합되도록 구성될 수 있다. 도 5c(b)를 참조하면, 이와 관련하여, 다층 기판(1010)은 커넥터를 통해 메인 기판(1020)과 인터페이스 되도록 구성될 수 있다. 경우, 다층 기판(1010)에 RFIC(1250)가 배치되고, 메인 기판(1020)에 모뎀(1400)이 배치될 수 있다. 이에 따라 다층 기판(1010)은 메인 기판(1020)과 별도의 기판으로 형성되고, 커넥터를 통해 결합되도록 구성될 수 있다.
이러한 모듈형 구조는 전자 기기에 복수의 배열 안테나 모듈이 배치되는 구조에 적용될 수 있다. 도 5c(b)를 참조하면, 다층 기판(1010)과 제2 다층 기판(1020)이 메인 기판(1020)과 커넥터 연결을 통해 인터페이스 되도록 구성될 수 있다. 메인 기판(1020)에 배치된 모뎀(1400)은 다층 기판(1010)과 제2 다층 기판(1020)에 배치된 RFIC(1250, 1250b)과 전기적으로 결합되도록 구성된다.
한편, AIP 모듈이 영상표시기기와 같은 전자 기기의 하부에 배치되는 경우, 하부 방향 및 전면 방향에 배치되는 다른 통신 모듈들 통신을 수행할 필요가 있다. 이와 관련하여, 도 6은 영상표시기기 하부에 배치되는 복수의 통신 모듈과 해당 통신 모듈의 구성과 전면 방향에 배치되는 다른 통신 모듈과의 통신을 수행하는 개념도이다. 도 6(a)를 참조하면, 영상표시기기(100)의 하부에 서로 다른 통신 모듈(1100-1, 1100-2)이 배치될 수 있다. 도 6(b)를 참조하면, 영상표시기기(100)는 안테나 모듈(1100)을 통해 하부에 배치된 통신 모듈(1100b)과 통신을 수행할 수 있다. 또한, 영상표시기기(100)의 안테나 모듈(1100)을 통해 전면에 배치된 제2 통신 모듈(1100c)과 통신을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 통신 모듈(1100b)은 802.11 ay 무선 인터페이스를 통해 영상표시기기(100)로 고속으로 AV 데이터를 전달하는 셋톱 박스 또는 AP (Access point)일 수 있지만, 이에 한정되는 것이다. 한편, 제2 통신 모듈(1100c)은 802.11 ay 무선 인터페이스를 통해 영상표시기기(100)와 고속으로 데이터를 송수신하는 임의의 전자 기기일 수 있다.
한편, 도 5a(a)와 같은 AIP 모듈 구조에서 RFIC 구동 회로, 방열 구조에 따라 안테나 높이가 증가할 수 있다. 또한, 사용되는 안테나 타입에 따라 도 5(a) a와 같은 AIP 모듈 구조에서 안테나 높이가 증가할 수 있다. 반면에, 도 5a(b)와 같은 다층 기판에 측면 영역에 구현된 안테나 모듈 구조는 안테나를 low-profile 형상으로 구현할 수 있다.
도 7a 내지 도 7b는 실시 예들에 따른 다층 기판(multi-layer substrate)으로 구현된 안테나 모듈의 사시도를 나타낸다. 도 7c는 도 7b의 비아 월을 포함하는 안테나 모듈의 측면도를 나타낸다.
도 7a는 복수의 연결라인들을 구성된 모노폴 방사체에 인접하여 제1 타입의 비아 월이 배치된 구성이다. 구체적으로, 다층 기판에 해당하는 PCB 종단에 모노폴 안테나가 배치된 실시 예이다. 도 7b는 복수의 연결라인들을 구성된 모노폴 방사체에 인접하여 제2 타입의 비아 월이 배치된 구성이다. 이와 관련하여, 제1 타입의 비아 월은 다층 기판 영역 전체에 비아 월이 배치된 구성일 수 있다. 제2 타입의 비아 월은 다층 기판 영역 중 모노폴 방사체 영역의 내측에 일부 영역에만 비아 월이 배치된 구성일 수 있다.
도 7a 및 도 7c를 참조하면, 안테나 모듈(1100)의 구성은 Multilayer PCB(1010)에 그라운드(ground, 1150), 급전부(feed part, 1120), 비아(via, 1111), 비아 패드(via pad, 1112)로 구성된다. 다층 기판의 각 층은 기판(substrate)로 이루어져 있다.
모노폴 방사체(1110)는 비아(1111)와 비아 패드(1112)로 이루어져 있다. 다층 기판(1010)에 수직으로 2개 이상의 비아(1111)와 비아 패드(1112)로 연결되어 있다. 2개 이상의 비아(1111)가 하나의 방사체처럼 동작하기 위해 비아 간 간격은 동작주파수의 lambda/4 이하로 구성된다.
도 7b 및 도 7c를 참조하면, 비아 월이 그라운드와 연결되지 않은 플로팅 비아 월(Floating Via wall)의 구조다. 한편, 제2 타입의 비아 월(1130b)은 다층 기판 영역 중 모노폴 방사체 영역의 내측에 일부 영역에만 비아 월이 배치된 구성일 수 있다.
안테나 모듈(1010)에 배치되는 안테나 소자는 모노폴 안테나에 한정되는 것은 아니다. 다른 타입의 안테나 소자가 배치되거나 또는 모노폴 안테나가 배치되는 경우에도 응용에 따라 비아 월은 부분적으로만 배치될 수 있다. 예를 들어, 모노폴 방사체(1110)의 인접하여 PCB(1010) 내부에 패치 안테나나 SMT가 필요한 커패시터와 같은 부품이 배치될 수 있다. 이러한 경우, 비아 월 구조(1130)를 특정 방향으로 길게 형성할 수 없다.
한편, Via Wall이 Ground와 연결됐을 때 발생하는 전류 흐름으로 근처의 Patch 안테나 또는 RF부품의 성능 저하가 발생할 수 있다. 이 경우, 비아 월 구조(1130)를 그라운드와 연결하지 않고 플로팅 비아 월로 형성하여, Patch 안테나 또는 RF부품의 성능 저하를 회피할 수 있다.
한편, 도 8a는 급전부의 구성을 나타낸 전면도와 측면도를 나타낸다. 도 8b는 복수의 비아 패드들을 수직 연결하여 구성된 모노폴 안테나 구성을 나타낸다. 도 8b (a)는 모노폴 안테나 구성을 나타내고, 도 8b (b)는 복수의 연결라인에 비아 패드가 연결된 일반 모노폴 안테나 구성, 즉 LC Tank 모노폴 안테나 구성을 나타낸다. 도 8b (c)는 비아 패드(1112)와 복수의 비아, 즉 제1 및 제2 연결 라인(1111a, 1111b)로 이루어진 비아 유닛(1110v)과 그 등가 회로를 나타낸다.
도 8a를 참조하면, 광대역 임피던스 변환(Impedance Transformation) 구현을 위한 급전부(1120)의 구조를 나타낸다. 도 8a (a)를 참조하면, 급전 라인(1121)의 폭을 변형하여 광대역 임피던스 변환부를 구현한다. 도 8a (a)를 참조하면, 계단식 그라운드(Stepped Ground)를 이용하여 광대역 임피던스 변환부를 구현한다.
이와 관련하여, 제1 영역(R1)에 형성된 급전 라인(1121a)의 제1 너비(W1)와 제2 영역(R2)에 형성된 급전 라인(1121b)의 제2 너비(W2)는 상이하게 설정될 수 있다. 제1 영역(R1)에 형성된 급전 라인(1121a)을 임피던스 변환부(1121a) 또는 제1 급전 라인(1121a)로 지칭할 수 있다. 제2 영역(R2)에 형성된 급전 라인(1121b)을 제2 급전 라인(1121b)으로 지칭할 수 있다. 따라서, 급전 라인(1121)은 제1 급전 라인(1121a) 및 제2 급전 라인(1121b)을 포함하도록 구성될 수 있다. 즉, 급전 라인(1121)은 임피던스 변환부(1121a) 및 제2 급전 라인(1121b)을 포함하도록 구성될 수 있다.
따라서, 급전 라인(1121)은 제1 너비(W1)와 제2 너비(W2)를 갖도록 구성될 수 있고, 방사체(1110)과 인접한 제2 영역(R2)의 급전 라인(1121), 즉 제2 제2 급전 라인(1121b)의 제2 너비(W2)는 제1 너비(W1)보다 높은 임피던스를 갖도록 구현된다. 또한, 제2 급전 라인(1121b)의 길이(L2)는 동작주파수의 lambda/4 이하로 설정될 수 있고, 임피던스 변환을 위한 임피던스 변환부로 동작할 수 있다. 임피던스 변환부(1121a)에 의해 안테나 모듈 내의 방사체(1110)의 동작 주파수가 저주파수 대역으로 변경될 수 있다. 이에 따라, 안테나 모듈 내의 방사체(1110)의 크기를 소형화할 수 있다. 제1 급전 라인(1121a)의 제1 너비(W1)는 50ohm 특성 임피던스를 가지는 전송선로일 수 있다.
또 다른 구현방법으로, 도 8a (b)와 같이 그라운드를 계단식으로 형성하여, 제1 높이와 제2 높이로 형성할 수 있다. 이와 관련하여, 급전부(1120)는 급전 라인(1121), 제1 그라운드 층(1122a) 및 제2 그라운드 층(1122b)를 포함할 수 있다. 제1 그라운드 층(1122a)은 급전 라인(1121)의 하부에서 수평 방향으로 제1 영역(R1)까지 배치되도록 구성될 수 있다. 제2 그라운드 층(1122b)은 제1 그라운드 층(1122a)의 하부에서 수평 방향으로 제1 영역(R1)보다 방사체(1110)에 인접한 제2 영역(R2)까지 배치되도록 구성될 수 있다.
계단식 그라운드(stepped ground)와 관련하여, 제1 영역(R1)에서 급전 라인(1121)과 제1 그라운드 층(1122a)까지는 제1 높이(h1)로 형성된다. 반면에, 제2 영역(R2)에서 급전 라인(1121)과 제2 그라운드 층(1122b)까지는 제2 높이(h2)로 형성된다. 이 경우, 제2 영역(R2)에서 급전 라인(1121)과 제2 그라운드 층(1122b)까지의 제2 높이(h2)가 더 높게 계단식 그라운드(stepped ground)로 형성된다.
전술한 바와 같이, 제1 영역(R1)의 제1 높이(h1)는 제2 영역(R1)의 제2 높이(h2)보다 낮은 높이로 형성될 수 있다. 제1 영역(R1)에서 제1 그라운드 층(1122a)과 급전 라인(1121)과 높이가 상대적으로 낮기 때문에 급전 라인(1121)이 낮은 임피던스로 형성될 수 있다. 제2 영역(R2)에서 제2 그라운드 층(1122b)과 급전 라인(1121)과 높이가 상대적으로 높기 때문에 높은 임피던스로 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)에서 제1 너비(W1)와 제2 너비(W2) 간에 큰 너비 변화 없이도 임피던스 변환이 이루어질 수 있다. 즉, 급전 라인(1121)의 낮은 특성 임피던스, 예컨대 50ohm을 방사체(1110)의 높은 특성 임피던스로 변환할 수 있다.
도 8b (b)를 참조하면, 두 개 이상의 비아(1111a, 1111b)와 비아 패드(1112)를 사용하여 구조적으로 LC Tank 모노폴 안테나를 형성한 것이다. 도 8b (c)를 참조하면, 비아(1111a, 1111b)와 비아 패드(1112)는 구조적으로 인덕턴스와 커패시턴스를 갖도록 형성된다. 따라서, LC Tank라 지칭하며 LC Tank에 의해 안테나 동작주파수가 낮아지고 대역폭이 넓어져 안테나 소형화가 가능하다. 구체적으로, 비아에 해당하는 제1 및 제2 연결 라인(1111a, 1111b)에 전류가 흐르는 경우, 비아 유닛(1110v)은 인덕턴스 (L)로 등가화 될 수 있다. 반면에, 비아 패드(1112a, 1112b) 사이에 전계(E-field, electric field)가 발생하면서, 비아 유닛(1110v)은 커패시턴스 (C)로 등가화될 수 있다.
도 9a는 비아 월 구조가 없는 경우, 플로팅 비아 월 및 그라운드 비아 월 구조에서의 반사 계수 특성을 나타낸 것이다. 도 9b는 일반 모노폴 안테나, LC Tank 모노폴 안테나 및 LC Tank 모노폴 안테나 + tapered 급전선 구조에서의 반사 계수 특성을 나타낸 것이다.
도 9a를 참조하면, S11이 -10 dB 이하에서 i) 비아 월이 없을 때는 63~76GHz, ii) 플로팅 비아 월의 경우 58~73GHz, iii) 그라운드 비아 월의 경우 55~77GHz의 공진 주파수 특성을 만족한다. 따라서 비아 월에 의해 안테나의 동작주파수가 낮아진다. 이에 따라, 비아 월에 의해 안테나 크기를 증가시키지 않고 안테나 동작주파수를 감소시킬 수 있다. ii) 플로팅 비아 월의 경우 이중 공진 특성을 나타내고, 이중 공진 주파수가 서로 인접하도록 플로팅 비아 월의 구조를 최적화할 수도 있다.
도 9b는 i) LC Tank가 없는 일반 모노폴 구조, ii) LC Tank 모노폴 구조 및 LC iii) Tank 모노폴 안테나 + tapered 급전선 구조에서의 반사 계수 특성을 나타낸 것이다. LC Tank가 없는 일반 모노폴 구조의 경우 안테나 동작주파수는 61~75GHz이다. LC Tank 모노폴 구조 구조의 경우 안테나 동작주파수는 64~80GHz이다. LC Tank 모노폴 안테나 + tapered 급전선 구조의 경우 안테나 동작주파수는 55~77GHz이다. 따라서, LC Tank 모노폴 안테나 + tapered 급전선 구조를 모두 적용한 경우 안테나 동작주파수가 감소하여, 안테나 크기 소형화 효과를 달성할 수 있다.
도 9b를 참조하면, 일반 모노폴 구조의 동작 대역폭이 약 13GHz인데 비하여, LC Tank 모노폴 안테나 + tapered 급전선 구조의 동작 대역폭은 약 22GHz로 증가하였다. 한편, 일반 모노폴 구조의 최소 동작 주파수가 약 62.9GHz인데 비하여, LC Tank 모노폴 안테나 + tapered 급전선 구조의 최소 동작 주파수는 약 54.6GHz이다. 이에 따라, 본 명세서의 실시예를 통해 안테나 동작 주파수를 약 8.3GHz만큼 하향할 수 있다. 이를 통해, 안테나의 크기를 증가시키지 않고 안테나를 소형화하여 안테나를 PCB 내부에 배치하여 일체형 구조를 제공할 수 있다.
도 2b, 도 3 및 도 7a 내지 도 8b를 참조하여, 안테나를 구비하는 전자 기기에 대해 설명한다. 전자 기기는 안테나 모듈(1100) 및 프로세서(1400)를 포함하도록 구성될 수 있다. 도 3의 프로세서(1400)는 도 2b의 무선 인터페이스(101) 및 데이터 처리부(111)로 구성될 수 있다. 또한, 도 3의 프로세서(1400)는 도 2b의 인터넷 인터페이스(108) 및 인터넷 프로토콜 처리부(107)로 구성될 수도 있다.
방사체(radiator, 1110)는 금속 패턴들이 다층 기판(multi-layer substrate, 1010)의 서로 다른 레이어에 적층(stack)되어 구성될 수 있다. 급전부(1120)는 방사체(1110)의 특정 레이어에 배치되고, 방사체(1110)와 연결되도록 구성된 급전 라인(1121)을 구비할 수 있다.
프로세서(1400)는 안테나 모듈(1100) 과 동작 가능하게 연결되고, 전자 기기의 주변에 배치된 무선 기기로 안테나 모듈(1100)을 통해 무선 신호를 송신 또는 수신하도록 제어할 수 있다. 프로세서(1400)는 안테나 모듈(1100)이 형성된 다층 기판(1010) 상에 배치되거나 또는 안테나 모듈(1100)과 별도로 전자 기기 내에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 5c(a)를 참조하면, 프로세서(1400)는 안테나 모듈과 함께 다층 기판(1010) 상에 배치될 수 있다. 반면에, 도 5c(b)를 참조하면, 프로세서(1400)는 안테나 모듈과 별도로 전자 기기 내부에 배치될 수 있다. 즉, 프로세서(1400)는 안테나 모듈과 별도로 메인 기판(1020) 상에 배치될 수 있다.
도 5c의 송수신부 회로(1250)가 다층 기판(1010) 상에 배치되어, 안테나 모듈(1100)을 제어하도록 구성될 수 있다. 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)와 동작 가능하게 연결될 수 있다. 프로세서(1400)는 전자 기기의 주변에 배치된 무선 기기로 안테나 모듈(1100)을 통해 무선 신호를 송신 또는 수신하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다.
방사체(1110)는 급전 라인(1121)과 연결되는 제1 패드(1112a)와 제1 패드(1112a)의 상부에 배치된 제2 패드(1112b)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 패드(1112a)와 제2 패드(1112b)는 제1 연결 라인(1111a) 및 제2 연결 라인(1111b)에 의해 상호 연결되도록 구성될 수 있다. 한편, 도 8b에 도시된 바와 같이, 복수의 패드들은 제1 패드(1112a) 내지 제n 패드(1112n)을 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 패드들(1112a 내지 1112n) 중 인접한 레이어의 패드들이 모두 제1 연결 라인(1111a) 및 제2 연결 라인(1111b)에 의해 연결되도록 구성될 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 제1 연결 라인(1111a) 및 제2 연결 라인(1111b)에 의해 인덕턴스(L) 성분이 발생될 수 있다. 또한, 인접한 레이어의 패드들, 예컨대 제1 패드(1112a)와 제1 패드(1112a)의 상부에 배치된 제2 패드(1112b) 간에 커패시턴스(C) 성분이 발생될 수 있다.
이와 관련하여, 제1 연결 라인(1111a)은 제1 패드(1112a)의 제1 단부와 제2 패드(1112b)의 제1 단부를 수직 연결하도록 구성되어 제1 인덕턴스(L1) 성분을 형성할 수 있다. 제2 연결 라인(1111b)은 제1 패드(1112a)의 제2 단부와 제2 패드(1112b)의 제2 단부를 수직 연결하도록 구성되어 제2 인덕턴스(L2) 성분을 형성할 수 있다. 또한, 제1 면적을 갖는 제1 패드(1112a)와 제2 면적을 갖는 제2 패드(1112b)가 소정 간격으로 이격되도록 구성되어 커패시턴스(C) 성분을 형성할 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 인덕턴스(L1, L2) 성분 및 커패시턴스(C) 성분에 의해 방사체(1110)는 광대역 특성을 갖도록 구현될 수 있다.
급전부(1120)는 급전 라인(1121) 및 급전 라인(1121)의 하부에서 수평 방향으로 제1 영역(R1)까지 배치된 제1 그라운드 층(1122a)를 포함하도록 구성될 수 있다. 급전부(1120)는 제1 그라운드 층(1122a)의 하부에서 수평 방향으로 제1 영역(R1)보다 방사체(1110)에 인접한 제2 영역(R2)까지 배치된 제2 그라운드 층(1122b)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 영역(R1)에 형성된 급전 라인(1121)의 제1 너비(W1)와 제2 영역(R2)에 형성된 급전 라인(1121)의 제2 너비는 상이하게 형성될 수 있다.
급전부(1120)는 제1 영역(R1)에서 급전 라인(1121)과 제1 그라운드 층(1122a)까지의 제1 높이(h1)보다 제2 영역(R2)에서 급전 라인(1121)과 제2 그라운드 층(1122b)까지의 제2 높이(h2)가 더 높게 형성될 수 있다. 따라서, 급전부(1120)는 제1 높이(h1)보다 제2 높이(h2)가 더 높게 형성된 계단식 그라운드(stepped ground)로 형성될 수 있다.
한편, 급전부(1120)는 마이크로스트립 라인 구조 이외에 상부에도 그라운드가 형성된 스트립 라인 구조로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 10a 및 도 10b는 실시 예에 따른 LC Tank 안테나 + 비아 월 구조에서 급전부가 마이크로스트립 라인 또는 스트립 라인 구조로 형성된 구성을 나타낸다. 도 10a는 LC Tank 안테나 + 비아 월 구조에서 급전부가 마이크로스트립 라인으로 구성된 것이다. 반면에, 도 10 b는 LC Tank 안테나 + 비아 월 구조에서 급전부가 스트립 라인으로 구성된 것이다. 도 10b를 참조하면, 급전부(1120)는 급전 라인(1121)의 상부에 배치되는 상부 그라운드 층(1123)을 더 포함할 수 있다.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 안테나 모듈은 방사체(1110)와 수평 방향, 예컨대 다층 기판(1010)의 내측 방향으로 소정 간격 이격되어 배치되는 비아 월 구조(1130)를 더 포함할 수 있다. 비아 월 구조(1130)는 복수의 패드들 간에 복수의 지점들에서 상호 간 수직 연결되는 복수의 수직 비아들을 포함하도록 배치될 수 있다. 비아 월 구조(1130)는 다층 기판(1010)의 그라운드와 전기적으로 연결된 그라운드 비아 월로 형성될 수 있다. 다른 실시 예에 따르면, 비아 월 구조(1130)는 다층 기판(1010)의 그라운드와 전기적으로 연결되지 않은 플로팅 비아 월(floating via wall)로 형성될 수 있다.
한편, 그라운드 층(1123)에 의해 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)에서 급전 라인(1121)은 스트립 라인으로 구성될 수 있다. 제1 영역(R1)에서 상부 그라운드 층(1123)과 제1 그라운드 층(1122a)에 의해 스트립 라인으로 구성될 수 있다. 제1 영역(R1)에서 급전 라인(1121)은 상부 그라운드 층(1123)과 제1 그라운드 층(1122a)에 의해 제1 타입의 스트립 라인으로 구성될 수 있다. 제1 타입의 스트립 라인은 급전 라인(1121)에서 제1 그라운드 층(1122a)까지의 높이가 제1 높이(h1)으로 설정된다. 제1 타입의 스트립 라인은 급전 라인(1121)에서 상부 그라운드 층(1123)까지의 높이가 제3 높이(h3)로 설정된다.
제2 영역(R2)에서 상부 그라운드 층(1123)과 제2 그라운드 층(1122b)에 의해 스트립 라인으로 구성될 수 있다. 제2 영역(R2)에서 급전 라인(1121)은 상부 그라운드 층(1123)과 제2 그라운드 층(1122b)에 의해 제2 타입의 스트립 라인으로 구성될 수 있다. 제2 타입의 스트립 라인은 급전 라인(1121)에서 제2 그라운드 층(1122b)까지의 높이가 제1 높이(h2)으로 설정된다. 제2 타입의 스트립 라인은 급전 라인(1121)에서 상부 그라운드 층(1123)까지의 높이가 제3 높이(h3)로 설정된다.
제1 영역(R1)에서 제2 영역(R2)으로 스트립 라인 형태가 변경됨에 따라 임피던스 변환부에 의해 낮은 특성 임피던스에서 높은 특성 임피던스로의 임피던스 변환이 가능하다. 또한, 급전 라인(1121)이 스트립 라인으로 구성되어 밀리미터파 대역과 같은 높은 주파수 대역에서 급전 손실을 저감할 수 있다.
도 8a (a) 및 도 10a를 참조하여, 급전 라인(1121)의 너비(W1, W2)와 계단식 그라운드의 높이(h1, h2)의 상관 관계에 대해 설명한다. 임피던스 변환부(1121a)의 제1 너비(W1)와 제1 높이(h1)와 제2 급전 라인(1121b)의 제2 너비(W2)와 제2 높이(h2)의 상관 관계에 대해 설명한다.
제1 급전 라인(1121a)이 방사체(1110)와 제2 급전 라인(1121b)의 임피던스 간 변환을 수행하는 임피던스 변환부(1121a)로 동작하도록 너비(W1, W2)와 계단식 그라운드의 높이(h1, h2)는 아래의 수학식 1 및 수학식 2을 만족한다.
Figure PCTKR2021006756-appb-img-000001
Figure PCTKR2021006756-appb-img-000002
수학식 1에서 Z1 및 Z2는 각각 제1 급전 라인(1121a) 및 제2 급전 라인(1121b)의 특성 임피던스를 나타낸다. 수학식 1에서 제1 특성 임피던스(Z1)를 갖는 제1 급전 라인(1121a)의 w는 제1 너비(W1)에 해당한다. 제2 특성 임피던스(Z2)를 갖는 제2 급전 라인(1121b)의 w는 제2 너비(W2)에 해당한다.
실시 예에 따르면, w = 0.1mm, h1 = 0.1mm, h2 = 0.2mm, εr =3.3인 경우, Z1 = 272 ohm, Z2 = 532 ohm로 결정된다. 여기서, εr 은 급전 라인(1121)이 배치된 제1 영역(R1) 또는 제2 영역(R2)에서의 급전 라인(1121)의 유효 유전율(effective permittivity)이다. 이에 따라, 수학식 1 및 2를 모두 만족하고, 제1 급전 라인(1121a)이 방사체(1110)과 제2 급전 라인(1121b)의 임피던스 간 변환을 수행하는 임피던스 변환부(1121a)로 동작한다.
전술한 수학식 1 및 2에 따른 급전 라인(1121)의 너비(W1, W2)와 계단식 그라운드의 높이(h1, h2)의 상관 관계는 도 10a와 같은 마이크로스트립 라인 구성에 적용될 수 있다. 또한, 수학식 1 및 2에 따른 급전 라인(1121)의 너비(W1, W2)와 계단식 그라운드의 높이(h1, h2)의 상관 관계는 도 10b와 같이 상부 그라운드 층(1123)이 배치되는 스트립 라인 구성에도 이와 유사하게 적용될 수 있다. 스트립 라인 구성의 경우, 수학식 1의 h1 및 h2가 각각 스트립 라인의 높이를 고려하여 h1 + h3 및 h2 + h3로 대체될 수 있다. 이와 관련하여, 수학식 1의 비례상수 값인 60과 8h, 4w의 비례 상수는 스트립 라인 구성을 반영하여 변경될 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 방사체(1110)는 복수의 소자들이 소정 간격 이격되어 배치되어, 도 11a 및 도 11b와 같이 배열 안테나(array antenna, 1100)를 구성할 수 있다. 이와 관련하여, 도 11a 및 도 11b는 배열 안테나가 배치된 회로 기판의 내측으로 제1 및 제2 타입의 비아 월 구조가 배치된 구성을 나타낸다. 도 11a는 배열 안테나(1100)가 배치된 회로 기판(1010)의 내측으로 제1 타입의 비아 월 구조(1130a)가 배치된 구성이다. 도 11b는 배열 안테나(1100)가 배치된 회로 기판(1010)의 내측으로 제2 타입의 비아 월 구조(1130b)가 배치된 구성이다.
도 11a 및 도 11b를 참조하면, LC Tank 모노폴 안테나 형상의 방사체(1110)를 소정 간격으로 배열한 배열 안테나(array antenna, 1100)의 실시예를 나타낸다. 모노폴 안테나 형상의 방사체(1110) 간의 배열 간격은 동작주파수의 lambda/2로부터 소정 범위 내의 값을 갖고, 응용에 따라 이보다 작거나 큰 값으로 설정될 수 있다. 방사체(1110) 간의 배열 간격이 lambda/2보다 큰 값을 갖도록 설정되면 안테나 이득이 증가하고 안테나 간 간섭이 감소하지만, 안테나 배치 공간이 증가한다. 한편, 방사체(1110) 간의 배열 간격이 lambda 이상으로 설정되면 둘 이상의 메인 빔이 생성되는 그레이팅 로브(grating lobe) 현상이 발생할 수 있어, 배열 간격은 동작주파수의 lambda/2에서 lambda 사이의 범위로 설정될 수 있다. 한편, 방사체(1110) 간의 배열 간격이 lambda/2보다 크게 감소하면 안테나 배치 공간이 감소하여 안테나 소형화가 가능하지만, 안테나 이득이 감소하고 안테나 간 간섭이 증가한다.
도 11a 및 도 11b를 참조하면, 제1 및 제2 타입의 비아 월 구조(1130a, 1130b)는 서로 연결되거나 또는 부분적으로 끊어져 독립적으로 배치되도록 구성될 수 있다. 도 11a를 참조하면, 제1 타입의 비아 월 구조(1130a)는 상호 연결되어 하나의 비아 월로 복수의 방사체(1110-1 내지 1110-3)로 이루어진 배열 안테나(1100)의 내측에 배치될 수 있다. 도 11b를 참조하면, 제2 타입의 비아 월 구조(1130b)는 부분적으로 끊어져 독립적으로 배치되도록 구성될 수 있다. 따라서, 제2 타입의 비아 월 구조(1131b 내지 1133b)는 복수의 방사체(1110-1 내지 1110-3)로 이루어진 배열 안테나(1100)의 내측에 배치될 수 있다.
배열 안테나의 소자 개수는 도시된 바와 같이 2개, 3개, 4개 등에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 배열 안테나의 소자 개수는 2개, 4개, 8개, 16개 등으로 확장 가능하다. 이에 따라, 배열 안테나는 1x2, 1x3, 1x4, 1x5, ... , 1x8 배열 안테나로 구성될 수 있다.
도 11a 및 도 11b를 참조하면, 안테나 모듈은 방사체(1110)와 수평 방향, 예컨대 다층 기판(1010)의 내측 방향으로 소정 간격 이격되어 배치되는 비아 월 구조(1130a, 1130b)를 더 포함할 수 있다. 비아 월 구조(1130a, 1130b)는 복수의 패드들 간에 복수의 지점들에서 상호 간 수직 연결되는 복수의 수직 비아들을 포함하도록 배치될 수 있다.
이와 관련하여, 비아 월 구조(1130a, 1130b)는 제1 축 (x축) 방향으로 배치되는 복수의 수직 비아들로 구성될 수 있다. 이에 따라, 비아 월 구조(1130a, 1130b)는 1차원 비아 월(one-dimensional via wall)로 형성될 수 있다. 응용에 따라, 비아 월 구조(1130a, 1130b)는 도 10a 및 도 10b와 같이 제1 축 (x축) 방향과 제2 축 방향(y축 방향)으로 배치되는 복수의 수직 비아들로 구성될 수 있다. 이에 따라, 비아 월 구조(1130a, 1130b)는 2차원 비아 월(two-dimensional via wall)로 형성될 수 있다. 비아 월 구조(1130a, 1130b)는 다층 기판(1010)의 그라운드와 전기적으로 연결되지 않은 플로팅 비아 월(floating via wall)로 형성될 수 있다.
도 11a 및 도 11b에서 복수의 방사체(1110-1 내지 1110-3)의 개수는 3개로 표시되었지만, 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다. 배열 안테나(1100) 내의 복수의 방사체의 개수는 급전 라인의 결합을 고려하여 2개, 4개, 6개, 8개, 10개, 12개, 16개와 같이 짝수(even number)로 결정될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 3개, 5개, 7개, 9개, 11개와 같이 홀수(odd number)로 결정될 수도 있다.
한편, 제1 및 제2 타입의 비아 월 구조(1130a, 1130b)는 그라운드 층들 중 적어도 하나와 비아로 연결되어 그라운드 비아 월 구조로 형성될 수 있다. 또는, 제1 및 제2 타입의 비아 월 구조(1130a, 1130b)는 그라운드 층들과 연결되지 않고 전기적으로 플로팅된 플로팅 비아 월 구조로 형성될 수 있다.
본 명세서에 따른 LC Tank 모노폴 안테나 구조는 응용에 따라 다양하게 변경할 수 있다. 한편, LC Tank 모노폴 안테나 구조는 일반 모노폴 안테나 구조에 비해 안테나 높이를 감소시켜 안테나 소형화가 가능하다. 특히, 모노폴 안테나 구조가 낮은 높이를 갖는 기판 내에 배치되는 경우 안테나 높이 감소는 중요한 이슈이다.
이와 관련하여, 도 12는 밀리미터파 대역에서 일반 모노폴 안테나 구조와 LC Tank 모노폴 안테나 구조를 비교한 것이다. 도 12(a)는 60GHz 대역에서 일반 모노폴 안테나 구조를 나타낸 것이다. 도 12(a)를 참조하면, 모노폴 안테나는 약 1.25mm의 높이로 형성될 수 있다. 한편, 도 12(b)는 60GHz 대역에서 LC Tank 모노폴 안테나 구조를 나타낸 것이다. 도 12(b)를 참조하면, LC Tank 모노폴 안테나(1110)는 약 0.8mm의 높이로 형성될 수 있다. 일 예로, 제1 연결 라인(1111a) 및 제2 연결 라인(1111b) 간의 간격(d)는 약 0.25mm로 설정될 수 있다. 복수의 레이어 상에서 복수의 패드들(1112a 내지 1112n)과 복수의 연결 라인(1111a, 1111b)에 의해 형성된 LC Tank 모노폴 안테나(1110)의 높이는 약 0.83mm일 수 있다.
이와 관련하여, 수학식 3 및 수학식 4는 일반 모노폴 안테나 구조와 LC Tank 모노폴 안테나 구조의 길이(Length1, Length2)를 비교한 것이다.
Figure PCTKR2021006756-appb-img-000003
Figure PCTKR2021006756-appb-img-000004
도 12(a)의 일반 모노폴 구조에 대해 수학식 3을 적용하면, f0=60GHz에서 Length1=1.25mm가 된다. 반면에, 도 12(b)의 본 명세서에 따른 LC Tank 모노폴 구조에 대해 수학식 4를 적용할 수 있다. 이와 관련하여, 도 12(b)의 제1 연결 라인(1111a) 및 제2 연결 라인(1111b)에 의해 형성되는 커패시턴스 값 Cap는 아래의 수학식 5와 같이 결정될 수 있다.
Figure PCTKR2021006756-appb-img-000005
수학식 5와 관련하여, 커패시턴스 값 Cap은 복수의 연결 라인(1111a, 1111b)에 의해 형성되는 면적(A)에 의해 결정되고, 이에 따라 수학식 4의 LC Tank 모노폴의 길이(L2)가 결정될 수 있다. 일 예로, 직선 연결 구조에서 수학식 4, 수학식 5 및 도 12(b)를 참조하면, A(면적)의 조건은 제1 연결 라인(1111a) 및 제2 연결 라인(1111b)에 의해 형성되는 면적일 수 있다. 즉, 비아 패드에서 비아의 중심을 연결한 경우 형성되는 면적일 수 있다.
도 12(b)를 참조하면, A = 0.25mm, L = 0.83mm 및 εr,eff = 2.2 이므로, Cap = 0.66로 결정된다. 이에 따라, A(면적)를 증가시켜 Cap 값이 증가하고, LC Tank 모노폴 구조의 모노폴 길이(L2)가 감소할 수 있다. 따라서, LC Tank 모노폴 구조에 의해 형성되는 커패시턴스 값 (Cap)에 의해 모노폴 길이(L2)가 일반 모노폴 구조의 모노폴 길이(L1)에 비해 감소된다. 하지만, A(면적)가 임계치 이상으로 증가하면 LC Tank 모노폴 구조에 의해 커패시터 효과가 발생하지 않을 수 있다. 이에 따라, 제1 연결 라인(1111a) 및 제2 연결 라인(1111b) 이외에 추가의 연결 라인을 형성하여 커패시터로 동작하도록 하면서 A(면적)을 증가시킬 필요가 있다.
이와 관련하여, 도 13은 다양한 실시 예들에 따른 LC Tank 모노폴 구조에서 복수의 연결 라인들에 의해 형성되는 유효 면적을 표시한 개념도이다.
도 13(a)는 제1 연결 라인(1111a) 및 제2 연결 라인(1111b)에 의해 형성되는 직선 연결 구조를 나타낸다. 도 13(b)는 제1 연결 라인(1111a) 내지 제3 연결 라인(1111c)에 의해 형성되는 삼각형 연결 구조를 나타낸다. 도 13(c)는 제1 연결 라인(1111a) 내지 제4 연결 라인(1111d)에 의해 형성되는 사각형 연결 구조를 나타낸다. 한편, 본 명세서에 따른 인접한 패드 간 복수의 연결 라인들에 의한 LC Tank 모노폴 구조는 임의의 다각형 연결 구조로 표현될 수 있다. 한편, 의한 LC Tank 모노폴 구조의 성능을 최적화하기 위해, 인접한 각 레이어마다 다른 형태의 연결 구조의 조합으로 표현될 수도 있다.
도 10a, 도 10b 및 도 13(b)를 참조하면, 제1 패드(1112a)와 제2 패드 (1111b)는 제1 연결 라인(1111a), 제2 연결 라인(1111b) 및 제3 연결 라인(1111c)에 의해 상호 연결되도록 구성될 수 있다. 제3 연결 라인(1111c)은 제1 연결 라인(1111a)과 제2 연결 라인(1111b) 사이에 배치될 수 있다.
제3 연결 라인(1111c)은 도 13(a)와 같이 직선 연결 구조, 즉 제1 연결 라인(1111a) 및 제2 연결 라인(1111b)과 실질적으로 동일 라인 상에서 제1 연결 라인(1111a) 및 제2 연결 라인(1111b) 사이에 배치될 수도 있다. 또는, 제3 연결 라인(1111c)은 도 13(b)와 같이 삼각형 연결 구조를 형성하도록 배치될 수도 있다.
이를 위해, 도 13 (b)과 같이 제1 연결 라인(1111a)과 제2 연결 라인(1111b)은 제1 축 상에 배치될 수 있다. 제3 연결 라인(1111c)은 제1 축 (x축) 상에서 제1 연결 라인(1111a)과 상기 제2 연결 라인(1111b) 사이에 배치된다. 한편, 제3 연결 라인(1111c)은 제1 축에 수직한 제2 축 (y축) 상에서 제1 및 제2 연결 라인(1111a, 1111b) 보다 오프셋된 지점에 배치될 수 있다.
도 10a, 도 10b 및 도 13(c)를 참조하면, 제1 패드(1112a)와 제2 패드 (1111b)는 제1 연결 라인(1111a), 제2 연결 라인(1111b), 제3 연결 라인(1111c) 및 제4 연결 라인(1111d)에 의해 상호 연결되도록 구성될 수 있다. 응용에 따라, 제1 패드(1112a)와 제2 패드 (1111b)는 제1 연결 라인(1111a), 제2 연결 라인(1111b) 및 제3 연결 라인(1111c)에 의해 상호 연결되도록 구성될 수 있다. 또는, 제1 패드(1112a)와 제2 패드 (1111b)는 제1 연결 라인(1111a), 제2 연결 라인(1111b) 및 제4 연결 라인(1111d)에 의해 상호 연결되도록 구성될 수 있다.
이를 위해, 도 13 (c)와 같이 제1 패드(1112a)와 제2 패드(1112b)는 제1 축 상에 배치되는 제1 연결 라인(1111a) 및 제2 연결 라인(1111b)에 의해 연결된다. 상기 제1 축에 수직한 제2 축 상에서 제1 패드(1112a)와 제2 패드(1112b)는 제1 연결 라인(1111a) 및 제3 연결 라인(1111c)에 의해 연결될 수 있다. 또는, 상기 제1 축에 수직한 제2 축 상에서 제1 패드(1112a)와 제2 패드(1112b)는 제2 연결 라인(1111b) 및 제4 연결 라인(1111d)에 의해 연결될 수 있다. 사각형 연결 조 형성을 위해, 상기 제1 축에 수직한 제2 축 상에서 제1 패드(1112a)와 제2 패드(1112b)는 제1 연결 라인(1111a) 및 제3 연결 라인(1111c)에 의해 연결되고 제2 연결 라인(1111b) 및 제4 연결 라인(1111d)에 의해 연결될 수 있다.
본 명세서에 따르면, 안테나 모듈(1100)은 모노폴 방사체(1110)와 같이 다층 기판(1010)의 측면 영역으로 방사하는 제1 타입 안테나 이외에 다층 기판(1010)의 상부 영역으로 방사하는 제2 타입 안테나를 더 구비할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 타입 안테나 및 제2 타입 안테나는 동일 편파를 갖는 안테나로 구성될 수 있다. 또는, 제1 타입 안테나 및 제2 타입 안테나는 서로 다른 편파를 갖는 안테나로 구성될 수 있다. 일 예로, 제1 타입 안테나는 수직 편파 안테나로 동작하고, 제2 타입 안테나는 수평 편파 안테나로 동작할 수 있다.
도 14a 및 도 14b는 제1 타입 안테나와 제2 타입 안테나를 구비하는 다층 기판에 형성된 안테나 모듈을 나타낸다. 구체적으로, 도 14a는 제2 타입 안테나가 모노폴 안테나와 그라운드 비아 월의 사이에 배치된 구성을 나타낸다. 도 14b는 제2 타입 안테나가 그라운드 비아 월의 내측에 배치된 구성을 나타낸다.
도 14a를 참조하면, 비아 월은 그라운드 비아 월(1130a)로 구성될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 타입 안테나에 해당하는 패치 안테나(1110-2)가 모노폴 안테나에 해당하는 비아 월(1112)과 그라운드 비아 월(1130a) 사이에 배치될 수 있다.
도 14b를 참조하면, 비아 월은 플로팅 비아 월(1130b)로 구성될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 타입 안테나에 해당하는 패치 안테나(1110-2)가 모노폴 안테나에 해당하는 비아 월(1112)과 플로팅 비아 월(1130b)사이에 배치될 수 있다. 다시 말해, 패치 안테나(1110-2)가 플로팅 비아 월(1130b)보다 다층 기판의 내측에 배치될 수 있다.
도 7a 내지 도 14b를 참조하면, 제1 패드(1112a)와 제2 패드(1112b)를 수직 연결하는 제1 연결 라인(1111a) 및 제2 연결 라인(1111b)에 의해 방사체(1110)는 수직 편파 안테나로 동작한다. 한편, 안테나 모듈(1100)은 수직 편파 안테나 이외에 수평 편파 안테나로 동작하는 패치 안테나(1110-2)를 더 포함할 수 있다. 패치 안테나(1110-2)는 도 10b의 상부 그라운드 층(1123)의 상부에 배치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 도 10a와 같이 제1 그라운드 층(1122a)의 상부에 배치될 수도 있다.
한편, 방사체(1110), 즉 모노폴 방사체는 다층 기판(1010)에 평행한 제1 방향으로 제1 신호 (제1 빔(B1))를 방사하도록 구성된 제1 안테나로 구성될 수 있다. 반면에, 패치 안테나(1110-2)는 다층 기판(1010)에 수직한 제2 방향으로 제2 신호 (제2 빔(B2))를 방사하도록 구성된 제2 안테나로 구성될 수 있다.
한편, 방사체(1110)는 도 11a 및 도 11b와 같이 다층 기판(1010)의 제1 수평 방향으로 소정 간격 이격되어 배치되는 복수의 방사체들에 의해 배열 안테나(1100-1)를 구성할 수 있다. 복수의 방사체들 각각은 방사체(1110)와 제2 수평 방향으로 소정 간격 이격되어 배치되는 비아 월 구조(1130a, 1130)를 더 포함할 수 있다. 비아 월 구조(1130a, 1130b)는 복수의 패드들 간에 복수의 지점들에서 상호 간 수직 연결되는 복수의 수직 비아들을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 모노폴 방사체(1100) 이외에 패치 안테나(1110-2)도 배열 안테나로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 15a는 제1 타입 안테나와 제2 타입 안테나가 배열 안테나로 형성된 안테나 모듈(1100)이 전자 기기(1000)에 배치된 구조를 나타낸다. 도 15b는 복수의 배열 안테나 모듈을 확대한 도면이다.
도 1 내지 도 15b를 참조하면, 배열 안테나는 제1 배열 안테나 모듈(1100-1) 및 제1 배열 안테나 모듈(1100-1)에 제1 수평 방향으로 소정 간격 이격되어 배치되는 제2 배열 안테나 모듈(1100-2)을 포함할 수 있다. 한편, 배열 안테나의 개수는 2개에 한정되는 것은 아니고 도 15b와 같이 3개 이상으로 구현될 수도 있다. 따라서, 배열 안테나는 제1 배열 안테나 모듈(1100-1) 내지 제3 배열 안테나 모듈(1100-3)을 포함하도록 구성될 수 있다.
프로세서(1400)는 제1 및 제2 배열 안테나 모듈(1100-1, 1100-2)을 각각 이용하여 각각 제1 빔 및 제2 빔을 제1 방향 및 제2 방향으로 형성하도록 제어할 수 있다. 즉, 제1 배열 안테나 모듈(1100-1)을 이용하여 수평 방향에서 제1 방향으로 제1 빔을 형성할 수 있다. 또한, 제2 배열 안테나 모듈(1100-2)을 이용하여 수평 방향에서 제2 방향으로 제2 빔을 형성할 수 있다. 이와 관련하여, 프로세서(1400)는 제1 방향의 제1 빔 및 제2 방향의 제2 빔을 이용하여 다중 입출력(MIMO)를 수행할 수 있다.
프로세서(1400)는 제1 및 제2 배열 안테나 모듈(1100-1, 1100-2)을 이용하여 제3 방향으로 제3 빔을 형성할 수 있다. 이와 관련하여, 프로세서(1400)는 제1 및 제2 배열 안테나 모듈(1100-1, 1100-2)를 통해 수신되는 신호가 합성되도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 또한, 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)를 통해 제1 및 제2 배열 안테나 모듈(1100-1, 1100-2)로 전달되는 신호가 각각의 안테나 소자로 분배되도록 제어할 수 있다. 프로세서(1400)는 제1 빔 및 제2 빔보다 좁은 빔 폭을 갖는 제3 빔을 이용하여 빔 포밍을 수행할 수 있다.
한편, 프로세서(1400)는 제1 방향의 제1 빔 및 제2 방향의 제2 빔을 이용하여 다중 입출력(MIMO)를 수행하고, 제1 빔 및 제2 빔보다 좁은 빔 폭을 갖는 제3 빔을 이용하여 빔 포밍을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 전자 기기 주변의 다른 전자 기기로부터 수신되는 제1 신호 및 제2 신호 품질이 임계치 이하이면, 제3 빔을 이용하여 빔 포밍을 수행할 수 있다.
한편, 도 16은 실시 예들에 따른 전자 기기의 특정 위치에서 서로 다른 결합 구조로 결합된 안테나 모듈을 나타낸다. 도 16(a)를 참조하면, 안테나 모듈(1100)은 디스플레이(151) 하부 영역에 디스플레이(151)와 실질적으로 수평하게 배치될 수 있다. 이에 따라, 모노폴 방사체를 통해 전자 기기의 하부 방향으로 빔(B1)을 생성할 수 있다. 한편, 패치 안테나를 통해 전자 기기의 전면 방향으로 다른 빔(B2)를 생성할 수 있다.
도 16(b)를 참조하면, 안테나 모듈(1100)은 디스플레이(151) 하부 영역에 디스플레이(151)와 실질적으로 수직하게 배치될 수 있다. 배치될 수 있다. 이에 따라, 모노폴 방사체를 통해 전자 기기의 전면 방향으로 빔(B2)을 생성할 수 있다. 한편, 패치 안테나를 통해 전자 기기의 하부 방향으로 다른 빔(B1)를 생성할 수 있다.
도 16(c)를 참조하면, 안테나 모듈(1100)은 기구 구조에 해당하는 후면 케이스(1001)의 내부에 배치될 수도 있다. 후면 케이스(1001)의 내부에 디스플레이(151)와 실질적으로 평행하게 배치될 수 있다. 이에 따라, 모노폴 방사체를 통해 전자 기기의 하부 방향으로 빔(B2)을 생성할 수 있다. 한편, 패치 안테나를 통해 전자 기기의 후면 방향으로 다른 빔(B3)을 생성할 수 있다.
이상에서는 본 명세서의 일 양상에 따른 LC Tank 모노폴 구조의 방사체가 배치된 안테나 모듈이 구비된 전자 기기에 대해 설명하였다. 이하에서는 본 명세서의 다른 양상에 따른 LC Tank 모노폴 구조의 방사체가 배치된 안테나 모듈에 대해 설명한다.
본 명세서에서 개시되는 안테나 모듈(1100)은 60GHz 대역에서 동작하는 안테나 소자, 예컨대 모노폴 방사체(1110)일 수 있지만, 동작 주파수 대역은 응용에 따라 변경 가능하다. 일 예로, 밀리미터파 대역 (예컨대, 10GHz ~ 300GHz)에서 PCB에 해당하는 다층 기판(1010)의 종단에 수직 편파를 갖는 안테나가 구현될 수 있다. 본 명세서는 두께가 얇은 PCB 높이를 고려하여, 소정 높이의 안테나의 동작 주파수를 낮춰, 안테나 소형화를 위한 것이다. 또한, 본 명세서는 안테나 광대역 성능 확보를 위한 것이다. 일 예로, 안테나 모듈(1100)은 60GHz 대역에서 대역폭(bandwidth, BW)이 13GHz 이상이 되도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, IEEE 802.11ay의 경우 사용 주파수 대역이 57~70GHz로 대역폭이 넓기 때문이다.
이러한 목적을 달성하기 위해, 본 명세서에 따른 계단식 급전 그라운드 구조를 갖는 LC Tank 안테나는 다음과 같은 해결 수단을 통해 전술한 목적을 달성할 수 있다. 본 명세서에서 개시되는 도 1 내지 도 16의 안테나 모듈(1100)은 일체형인 것을 특징으로 한다. 일 예로, PCB 공정에서 사용되는 비아(Via)와 비아 패드(Via PAD)를 이용하여 안테나를 PCB 종단에 배치하여, 다층 기판인 PCB와 안테나 소자를 일체로 형성할 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 안테나 모듈(1100)은 소형화인 것을 특징으로 한다. 일 예로, Via 2개와 Via PAD를 이용하여 LC Tank 구조를 형성하여 모노폴 방사체(1110)의 높이를 낮출 수 있다. 이와 관련하여, 비아에 해당하는 제1 및 제2 연결 라인(1111a, 1111b)와 비아 패드에 해당하는 제1 및 제2 패드(1112a, 1112b)를 일렬로 연결하여 비아 월을 형성할 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 안테나 모듈(1100)은 계단식 급전 그라운드인 것을 특징으로 한다. 일 예로, 모노폴 방사체(1110)와 연결되는 급전 라인(1121)의 폭을 테이퍼드(Tapered) 구조로 형성하여 모노폴 방사체(1110)의 동작주파수를 확장시킬 수 있다. 한편, 모노폴 방사체(1110)에 연결되는 급전 라인(1121)을 위한 그라운드를 계단식으로 배치하여 급전 라인(1121)의 임피던스를 조절하여 임피던스 매칭 및 동작 대역폭 향상이 가능하다.
이와 관련하여, 도 1 내지 도 16을 참조하면, 안테나 모듈(1100)은 금속 패턴들이 다층 기판(multi-layer substrate, 1010)의 서로 다른 레이어에 적층(stack)되어 구성된 방사체(radiator, 1110)을 포함할 수 있다. 안테나 모듈(1010)은 방사체(1110)의 특정 레이어에 배치되고, 방사체(1110)와 연결되도록 구성된 급전 라인을 구비하는 급전부(1120)를 포함할 수 있다.
방사체(1110)는 급전 라인(1121)과 연결되는 제1 패드(1112a)와 제1 패드(1112a)의 상부에 배치된 제2 패드(1112b)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 패드(1112a)와 제2 패드(1112b)는 제1 연결 라인(1111a) 및 제2 연결 라인(1111b)에 의해 상호 연결되도록 구성될 수 있다.
제1 연결 라인(1111a)은 제1 패드(1112a)의 제1 단부와 제2 패드(1112b)의 제1 단부를 수직 연결하도록 구성되어 제1 인덕턴스(L1) 성분을 형성하도록 구성될 수 있다. 제1 연결 라인(1111b)은 제1 패드(1112a)의 제2 단부와 제2 패드(1112b)의 제2 단부를 수직 연결하도록 구성되어 제2 인덕턴스(L2) 성분을 형성하도록 구성될 수 있다. 한편, 제1 면적을 갖는 제1 패드(1112a)와 제2 면적을 갖는 제2 패드(1112b)가 소정 간격으로 이격되도록 구성되어 커패시턴스(C) 성분을 형성할 수 있다. 제1 및 제2 인덕턴스(L1, L2) 성분 및 커패시턴스 성분(C)에 의해 방사체(1110)는 광대역 특성을 갖도록 구현될 수 있다.
이와 관련하여, 방사체(1110)의 광대역 임피던스 특성을 위해 제1 패드(1111a)와 제2 패드(1112a)의 면적은 상이하게 구성될 수 있다. 이에 따라 복수의 레이어에 배치되는 복수의 패드들(1112a 내지 1112n)의 면적은 순차적으로 증가하거나 또는 순차적으로 감소하도록 구성될 수 있다.
급전부(1120)는 급전 라인(1121) 및 급전 라인(1121)의 하부에서 수평 방향으로 제1 영역(R1)까지 배치된 제1 그라운드 층(1122a)을 포함하도록 구성될 수 있다. 급전부(1120)는 제1 그라운드 층(1122a)의 하부에서 수평 방향으로 제1 영역보다 방사체(1110)에 인접한 제2 영역(R2)까지 배치된 제2 그라운드 층(1122b)을 더 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 영역(R1)에 형성된 급전 라인(1121)의 제1 너비(W1)와 제2 영역(R2)에 형성된 급전 라인(1121)의 제2 너비(W2)는 상이하게 구성될 수 있다.
안테나 모듈(1100)은 방사체(1110)와 수평 방향으로 소정 간격 이격되어 배치되는 비아 월 구조(1130)를 더 포함할 수 있다. 비아 월 구조(1130)는 복수의 패드들(1112a 내지 1112n) 간에 복수의 지점들에서 상호 간 수직 연결되는 복수의 수직 비아들을 포함할 수 있다. 비아 월 구조(1130)는 다층 기판의 그라운드와 전기적으로 연결되지 않은 플로팅 비아 월(floating via wall, 1130a, 1130b)로 형성될 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 LC Tank 모노폴 + tapered 급전 라인 구조의 안테나 소자는 복수의 안테나 소자로 이루어진 배열 안테나로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 17은 일 실시 예에 따른 LC Tank 모노폴 + tapered 급전 라인 구조를 갖는 복수의 안테나 소자로 이루어진 배열 안테나와 이를 포함하는 전자 기기를 나타낸다. 도 17을 참조하면, 다층 회로 기판은 방사체(1110) 및 tapered 급전라인(1121)으로 구성된 급전부(1120)을 포함하는 안테나 모듈(ANT, 1100)에 해당할 수 있다. 안테나 모듈(ANT, 1100)은 빔 포밍을 수행하도록 소정 간격 이격되어 배치되는 복수의 안테나 소자들(1100-1 내지 1100-4)을 포함하는 배열 안테나(array antenna)로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 안테나 소자들의 개수는 4개일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다. 복수의 안테나 소자들의 개수는 2개, 4개, 6개 또는 8개 등으로 변경 가능하다.
안테나 모듈(ANT, 1100)은 복수의 안테나 소자들 각각에 인가되는 신호의 위상을 제어하도록 구성된 위상 제어부(1230)를 더 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 전자 기기는 송수신부 회로(transceiver circuit, 1250) 및 프로세서(1400)를 더 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 다층 기판은 안테나 모듈(ANT, 1100)에 해당할 수 있다. 일 예로, 송수신부 회로(1250)와 프로세서(1400)는 안테나 모듈(ANT, 1100)과 별도의 회로 기판에 배치될 수 있다. 다른 예로, 송수신부 회로(1250) 중 일부는 안테나 모듈(ANT, 1100)에 해당하는 다층 기판에 배치될 수 있다.
송수신부 회로(1250)는 위상 제어부(1230)와 동작 가능하게 결합될 수 있다. 송수신부 회로(1250)는 위상 제어부(1230)를 통해 배열 안테나로 인가되는 신호를 제어하도록 구성될 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 LC Tank 모노폴 + tapered 급전 라인 구조의 복수의 안테나 소자로 이루어진 배열 안테나가 전자 기기의 서로 다른 위치에 배치되는 복수의 배열 안테나로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 18는 일 실시 예에 따른 LC Tank 모노폴 + tapered 급전 라인 구조의 안테나 소자는 복수의 안테나 소자로 이루어진 배열 안테나와 이를 포함하는 전자 기기를 나타낸다. 도 17 및 도 18을 참조하면, 다층 회로 기판은 방사체(1110) 및 tapered 급전라인(1121)으로 구성된 급전부(1120)을 포함하는 안테나 모듈(ANT, 1100)에 해당할 수 있다. 안테나 모듈(ANT, 1100)은 빔 포밍을 수행하도록 소정 간격 이격되어 배치되는 복수의 안테나 소자들을 포함하는 복수의 배열 안테나(array antenna, ANT1 내지 ANT4)로 구성될 수 있다. 일 예로, 복수의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)는 제1 배열 안테나(1100a, ANT1) 내지 제4 배열 안테나(1100d, ANT4)로 구현될 수 있지만, 이에 한정되지 않고 응용에 따라 변경 가능하다.
이와 관련하여, 안테나 모듈(ANT, 1100)은 전자 기기의 서로 다른 영역에 배치되는 복수의 안테나 모듈(1100a 내지 1100d)로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 전자 기기는 송수신부 회로(transceiver circuit, 1250) 및 프로세서(1400)를 더 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 다층 기판은 안테나 모듈(ANT, 1100)에 해당할 수 있다. 일 예로, 송수신부 회로(1250)와 프로세서(1400)는 안테나 모듈(ANT, 1100)과 별도의 회로 기판에 배치될 수 있다. 다른 예로, 송수신부 회로(1250) 중 일부는 안테나 모듈(ANT, 1100)에 해당하는 다층 기판에 배치될 수 있다.
프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)와 동작 가능하게 결합되고, 송수신부 회로(1250)를 제어하도록 구성될 수 있다. 프로세서(1400)는 복수의 안테나 모듈(1100a 내지 1100d)을 통해 서로 다른 방향으로 빔 포밍을 수행하면서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다.
제1 배열 안테나(ANT1) 내지 제4 배열 안테나(ANT4)는 각각 제1 프론트 엔드 모듈(FEM1) 내지 제4 프론트 엔드 모듈(FEM4)과 동작 가능하게 결합될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 프론트 엔드 모듈(FEM1) 내지 제4 프론트 엔드 모듈(FEM4) 각각은 위상 제어부, 전력 증폭기 및 수신 증폭기를 구비할 수 있다. 제1 프론트 엔드 모듈(FEM1) 내지 제4 프론트 엔드 모듈(FEM4) 각각은 RFIC에 해당하는 송수신부 회로(1250) 중 일부 구성을 포함할 수 있다.
프로세서(1400)는 제1 프론트 엔드 모듈(FEM1) 내지 제4 프론트 엔드 모듈(FEM4)과 동작 가능하게 결합될 수 있다. 프로세서(1400)는 RFIC에 해당하는 송수신부 회로(1250) 중 일부 구성을 포함할 수 있다. 프로세서(1400)는 모뎀에 해당하는 기저대역 프로세서(1400)를 포함할 수 있다. 프로세서(1400)는 RFIC에 해당하는 송수신부 회로(1250) 중 일부 구성과 모뎀에 해당하는 기저대역 프로세서(1400)를 포함하도록 SoC (System on Chip) 형태로 제공될 수 있다. 하지만, 도 12의 구성에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 다양하게 변경 가능하다.
프로세서(1400)는 제1 배열 안테나(ANT1) 내지 제4 배열 안테나(ANT4) 중 적어도 하나를 통해 신호를 방사하도록 제1 프론트 엔드 모듈(FEM1) 내지 제4 프론트 엔드 모듈(FEM4)을 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 배열 안테나(ANT1) 내지 제4 배열 안테나(ANT4)를 통해 수신되는 신호의 품질에 기반하여, 최적의 안테나를 선택할 수 있다.
프로세서(1400)는 제1 배열 안테나(ANT1) 내지 제4 배열 안테나(ANT4) 중 둘 이상을 통해 다중 입출력(MIMO)를 수행하도록 제1 프론트 엔드 모듈(FEM1) 내지 제4 프론트 엔드 모듈(FEM4)을 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4)를 통해 수신되는 신호의 품질과 간섭 수준에 기반하여, 최적의 안테나 조합을 선택할 수 있다.
프로세서(1400)는 제1 배열 안테나(ANT1) 내지 제4 배열 안테나(ANT4) 중 적어도 하나를 통해 반송파 집성(carrier aggregation, CA)이 수행되도록 제1 프론트 엔드 모듈(FEM1) 내지 제4 프론트 엔드 모듈(FEM4)을 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4) 각각이 제1 대역과 제2 대역에서 이중 공진하므로, 하나의 배열 안테나를 통해 반송파 집성(CA)을 수행할 수 있다.
프로세서(1400)는 각각의 안테나에 대해 제1 대역과 제2 대역에서의 신호 품질을 판단할 수 있다. 프로세서(1400)는 제1 대역과 제2 대역에서의 신호 품질에 기반하여, 제1 대역에서 어느 하나의 안테나와 제2 대역에서 다른 안테나를 통해 반송파 집성(CA)을 수행할 수 있다.
다층 기판에 해당하는 안테나 모듈은 다양한 개수의 배열 안테나를 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 전자 기기는 2개 이상의 배열 안테나를 구비할 수 있다. 전자 기기는 2개의 배열 안테나를 포함하고 이들을 이용하여 빔 포밍과 MIMO를 수행할 수 있다. 다른 예로, 전자 기기는 4개 이상의 배열 안테나를 포함하고 이들 중 일부 배열 안테나를 이용하여 빔 포밍과 MIMO를 수행할 수 있다.
다층 기판에 해당하는 안테나 모듈은 제1 배열 안테나(1100a, ANT1) 및 제2 배열 안테나(1100b, ANT2)를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 배열 안테나(1100a, ANT1) 및 제2 배열 안테나(1100b, ANT2)는 서로 다른 편파로 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 도 19는 다른 실시 예에 따른 복수의 안테나 소자로 이루어진 복수의 배열 안테나와 이를 포함하는 전자 기기를 나타낸다.
도 19를 참조하면, 제1 배열 안테나(1100a, ANT1)는 제1 수평 편파 안테나(ANT1-H) 및 제1 수직 편파 안테나(ANT1-V)를 포함할 수 있다. 제2 배열 안테나(1100b, ANT2)는 제2 수평 편파 안테나(ANT2-H) 및 제2 수직 편파 안테나(ANT2-V)를 포함할 수 있다. 한편, 제3 배열 안테나(1100c, ANT3)는 제3 수평 편파 안테나(ANT3-H) 및 제3 수직 편파 안테나(ANT3-V)를 포함할 수 있다. 제4 배열 안테나(1100d, ANT4)는 제4 수평 편파 안테나(ANT4-H) 및 제4 수직 편파 안테나(ANT4-V)를 포함할 수 있다.
이와 관련하여, 제1 내지 제4 수평 편파 안테나(ANT1-H 내지 ANT4-H)는 패치 안테나와 같이 다층 기판의 상부 방향으로 방사하는 제1 타입 배열 안테나일 수 있다. 한편, 제1 내지 제4 수직 편파 안테나(ANT1-V 내지 ANT4-V)는 모노폴 방사체와 같이 다층 기판의 측면 방향으로 방사하는 제2 타입 배열 안테나일 수 있다.
하나의 안테나 모듈 내에 직교하는 편파를 갖는 서로 다른 안테나를 구비하여, MIMO 스트림 개수를 2배만큼 증가시킬 수 있다. 전자 기기는 제1 수평 편파 안테나(ANT1-H) 내지 제4 수평 편파 안테나(ANT4-H)와 제1 수직 편파 안테나(ANT1-V) 내지 제4 수직 편파 안테나(ANT4-V)를 통해 최대 rank 8 MIMO르르 수행할 수 있다. 전자 기기는 제1 수평 편파 안테나(ANT1-H) 내지 제4 수평 편파 안테나(ANT4-H)와 제1 수직 편파 안테나(ANT1-V) 내지 제4 수직 편파 안테나(ANT4-V)를 통해 8Tx UL-MIMO를 수행할 수 있다. 전자 기기는 제1 수평 편파 안테나(ANT1-H) 내지 제4 수평 편파 안테나(ANT4-H)와 제1 수직 편파 안테나(ANT1-V) 내지 제4 수직 편파 안테나(ANT4-V)를 통해 8Rx DL-MIMO를 수행할 수 있다.
대안으로, 하나의 안테나 모듈 내에 직교하는 편파를 갖는 서로 다른 안테나를 통해 전자 기기의 회전에 따른 신호 품질 저하를 방지할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 안테나(ANT1)는 제1 수평 편파 안테나(ANT1-H) 및 제1 수직 편파 안테나(ANT1-V)를 통해 신호를 동시에 송신 및/또는 수신할 수 있다. 이에 따라, 전자 기기의 회전에 따라 어느 하나의 안테나를 통해 수신되는 신호 품질이 저하되어도 다른 안테나를 통해 신호를 수신할 수 있다. 이와 유사하게, 제4 안테나(ANT4)는 제4 수평 편파 안테나(ANT4-H) 및 제4 수직 편파 안테나(ANT4-V)를 통해 신호를 동시에 송신 및/또는 수신할 수 있다. 이에 따라, 전자 기기의 회전에 따라 어느 하나의 안테나를 통해 수신되는 신호 품질이 저하되어도 다른 안테나를 통해 신호를 수신할 수 있다.
프로세서(1400)는 수평 편파 안테나와 수직 편파 안테나를 통해 서로 다른 엔티티와 이중 연결 상태를 유지하거나 MIMO 동작을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 배열 안테나(1100a, ANT1)와 제4 배열 안테나(1100d, ANT4)를 통해 각각 제1 엔티티 및 제2 엔티티와 이중 연결 상태가 유지되도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이 경우, 제1 배열 안테나(1100a, ANT1)와 제4 배열 안테나(1100d, ANT4)는 각각 수평 편파 안테나와 수직 편파 안테나로 동작할 수 있다. 따라서, 프로세서(1400)는 전자 기기에서 서로 다른 위치에 배치된 안테나 모듈에서 서로 직교하는 편파로 동작하는 안테나를 통해 이중 연결 동작 또는 MIMO를 수행할 수 있다. 이 경우, 이중 연결 또는 MIMO 동작 시에 서로 다른 안테나를 통해 송신 또는 수신되는 신호 간의 간섭을 저감할 수 있다.
다른 예로, 제2 배열 안테나(1100b, ANT2)와 제3 배열 안테나(1100c, ANT3)를 통해 각각 제1 엔티티 및 제2 엔티티와 이중 연결 상태가 유지되도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이 경우, 제2 배열 안테나(1100b, ANT2)와 제3 배열 안테나(1100c, ANT3)는 각각 수직 편파 안테나와 수평 편파 안테나로 동작할 수 있다. 따라서, 프로세서(1400)는 전자 기기에서 서로 다른 위치에 배치된 안테나 모듈에서 서로 직교하는 편파로 동작하는 안테나를 통해 이중 연결 동작 또는 MIMO를 수행할 수 있다. 이 경우, 이중 연결 또는 MIMO 동작 시에 서로 다른 안테나를 통해 송신 또는 수신되는 신호 간의 간섭을 저감할 수 있다.
밀리미터파 대역에서 동작하는 배열 안테나 및 이를 제어하는 전자기기와 관련된 전술한 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 본 명세서의 사상 및 범위 내에서 당업자에게 명확하게 이해될 수 있다. 따라서, 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 이하의 청구항들의 권리 범위 내에 속하는 것으로 이해되어 한다.
본 명세서에서 설명되는 전자 기기는 주변 전자 기기, 외부 기기 또는 기지국 등 다양한 엔티티로부터 동시에 정보를 송신 또는 수신할 수 있다. 도 1 내지 도 19를 참조하면, 전자 기기는 안테나 모듈(1100)과 이를 제어하는 송수신부 회로(1250) 및 기저대역 프로세서(1400)를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 다중 입출력(MIMO)을 수행하여 통신 용량 향상 및/또는 정보 송신 및 수신의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 전자 기기는 다양한 엔티티로부터 동시에 서로 다른 정보를 송신 또는 수신하여 통신 용량을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 전자 기기에서 대역폭의 확장 없이도 MIMO 동작을 통해 통신 용량을 향상시킬 수 있다.
대안으로, 전자기기는 다양한 엔티티로부터 동시에 동일한 정보를 동시에 송신 또는 수신하여 주변 정보에 대한 신뢰성을 향상시키고 레이턴시를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 전자기기에서 URLLC (Ultra Reliable Low Latency Communication) 통신이 가능하고 전자기기는 URLLC UE로 동작할 수 있다. 이를 위해, 스케줄링을 수행하는 기지국은 URLLC UE로 동작하는 전자기기를 위해 시간 슬롯을 우선적으로 할당할 수 있다. 이를 위해 이미 다른 UE에게 할당된 특정 시간-주파수 자원 중 일부를 펑처링(puncturing)할 수 있다.
전술한 바와 같이, 복수의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)은 제1 주파수 대역과 제2 주파수 대역에서 광대역 동작할 수 있다. 기저대역 프로세서(1400)는 제1 주파수 대역에서 복수의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4) 중 일부를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 또한, 기저대역 프로세서(1400)는 제2 주파수 대역에서 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4) 중 일부를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 상호 간에 충분한 거리로 이격되고 소정 각도로 회전된 상태로 배치된 배열 안테나들을 이용하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 이에 따라, 동일 대역 내의 제1 신호 및 제2 신호 간의 격리도(isolation)를 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
전자 기기 내의 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4) 중 하나 이상의 배열 안테나는 제1 주파수 대역에서 방사체(radiator)로서 동작할 수 있다. 한편, 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4) 중 하나 이상의 배열 안테나가 제2 주파수 대역에서 방사체로서 동작할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 주파수 대역에서 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4) 중 둘 이상의 배열 안테나를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 한편, 기저대역 프로세서(1400)는 제2 주파수 대역에서 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4) 중 둘 이상의 배열 안테나를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.
이와 관련하여, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 주파수 대역에서 둘 이상의 배열 안테나의 신호 품질이 모두 임계치 이하이면, 제2 주파수 대역의 시간/주파수 자원 요청을 기지국으로 송신할 수 있다. 이에 따라, 제2 주파수 대역의 시간/주파수 자원이 할당되면, 기저대역 프로세서(1400)는 해당 자원을 통해 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4) 중 둘 이상의 배열 안테나를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.
제2 주파수 대역의 자원이 할당된 경우에도 동일한 둘 이상의 배열 안테나를 이용하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 따라서, 배열 안테나가 변경됨에 따라 해당 프론트 엔드 모듈(FEM)을 다시 온/오프 함에 따라 전력 소모를 방지할 수 있다. 또한, 배열 안테나가 변경됨에 따라 해당 프론트 엔드 모듈(FEM)을 다시 온/오프 함에 따른 전자 부품, 예컨대 증폭기의 settling time에 따른 성능 저하를 방지할 수 있다.
한편, 제2 주파수 대역의 자원이 할당된 경우, 둘 이상의 배열 안테나 중 적어도 하나의 배열 안테나가 변경되고, 해당 배열 안테나들을 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 주파수 대역의 전파 환경이 상이하여 해당 배열 안테나를 통해 통신 수행이 어렵다고 판단되면 다른 배열 안테나를 이용할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4) 중 하나를 통해 제1 대역의 제1 신호를 수신하면서 제2 대역의 제2 신호를 수신하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이 경우, 하나의 안테나를 통해 반송파 집성(carrier aggregation, CA)을 수행할 수 있다는 장점이 있다.
따라서, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 주파수 대역과 제2 주파수 대역이 결합된 대역을 통해 반송파 집성(CA: Carrier Aggregation)을 수행할 수 있다. 이에 따라, 본 명세서에서는 전자 기기에서 대용량의 데이터를 송신 또는 수신할 필요가 있는 경우, 반송파 집성을 통해 광대역 수신이 가능하다는 장점이 있다.
이에 따라, 전자 기기는 eMBB (Enhanced Mobile Broad Band) 통신이 가능하고 전자 기기는 eMBB UE로 동작할 수 있다. 이를 위해, 스케줄링을 수행하는 기지국은 eMBB UE로 동작하는 전자 기기를 위해 광대역 주파수 자원을 할당할 수 있다. 이를 위해 이미 다른 UE에게 할당된 주파수 자원을 제외하고 여유 있는 주파수 대역들에 대한 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다.
밀리미터파 대역에서 동작하는 배열 안테나 및 이를 제어하는 전자기기와 관련된 전술한 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 본 명세서의 사상 및 범위 내에서 당업자에게 명확하게 이해될 수 있다. 따라서, 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 이하의 청구항들의 권리 범위 내에 속하는 것으로 이해되어 한다.
이상에서는 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 모듈 및 이를 제어하는 구성을 포함하는 전자 기기에 대해 살펴보았다. 이와 같은 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 모듈 및 이를 제어하는 구성을 포함하는 전자 기기의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 모듈 및 이를 제어하는 구성을 포함하는 전자 기기를 제공할 수 있다.
실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 소자를 비아 패드 사이에 복수 개의 비아 구조를 이용하여 다층 기판 내부에 배치하여 RF 회로와 일체형 안테나 모듈을 제공할 수 있다.
실시 예에 따르면, 비아 패드 사이에 복수 개의 비아 구조를 이용하여 다층 기판 내부에 수직하게 배치되는 안테나 소자의 높이를 낮춰 소형화된 안테나 모듈을 제공할 수 있다.
실시 예에 따르면, 안테나 소자에 일 방향으로 인접하게 배치된 비아 월 구조를 이용하여 다층 기판 내부에 수직하게 배치되는 안테나 소자의 높이를 낮춰 소형화된 안테나 모듈을 제공할 수 있다.
실시 예에 따르면, 모노폴 안테나와 연결되는 급전라인의 폭을 테이퍼드 라인 형태로 구현하여, 다층 기판 내부의 급전 라인과 전기적으로 연결되는 안테나 소자의 임피던스 매칭 특성을 향상시킬 수 있는 광대역 급전 라인 구조를 제공할 수 있다.
실시 예에 따르면, 모노폴 안테나와 연결되는 급전라인의 그라운드를 계단식으로 배치하여, 다층 기판 내부의 급전 라인과 전기적으로 연결되는 안테나 소자의 임피던스 매칭 특성을 향상시킬 수 있는 광대역 급전 라인 구조를 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 직교 편파를 갖는 안테나들을 통해 하나의 안테나 모듈만을 이용하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.
본 명세서의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 명세서의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 명세서의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다. 전술한 본 명세서와 관련하여, 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 및 이를 제어하는 전자 기기의 설계 및 이의 구동은 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 판독될 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 단말기의 제어부를 포함할 수도 있다.
따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 명세서의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 명세서의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 명세서의 범위에 포함된다.

Claims (20)

  1. 안테나를 구비하는 전자 기기에 있어서,
    금속 패턴들이 다층 기판(multi-layer substrate)의 서로 다른 레이어에 적층(stack)되어 구성된 방사체(radiator); 및
    상기 방사체의 특정 레이어에 배치되고, 상기 방사체와 연결되도록 구성된 급전 라인을 구비하는 급전부를 구비하는 안테나 모듈; 및
    상기 안테나 모듈과 동작 가능하게 연결되고, 상기 전자 기기의 주변에 배치된 무선 기기로 상기 안테나 모듈을 통해 무선 신호를 송신 또는 수신하도록 제어하는 프로세서를 포함하고,
    상기 방사체는,
    상기 급전 라인과 연결되는 제1 패드; 및
    상기 제1 패드의 상부에 배치된 제2 패드를 포함하고, 상기 제1 패드와 상기 제2 패드는 제1 연결 라인 및 제2 연결 라인에 의해 상호 연결되는 것을 특징으로 하는, 전자 기기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 연결 라인은 상기 제1 패드의 제1 단부와 상기 제2 패드의 제1 단부를 수직 연결하도록 구성되어 제1 인덕턴스 성분을 형성하고
    상기 제2 연결 라인은 상기 제1드의 제2 단부와 상기 제2 패드의 제2 단부를 수직 연결하도록 구성되어 제2 인덕턴스 성분을 형성하고,
    제1 면적을 갖는 상기 제1 패드와 제2 면적을 갖는 상기 제2 패드가 소정 간격으로 이격되도록 구성되어 커패시턴스 성분을 형성하고,
    상기 제1 및 제2 인덕턴스 성분 및 상기 커패시턴스 성분에 의해 상기 방사체는 광대역 특성을 갖도록 구현되는, 전자 기기.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 급전부는,
    상기 급전 라인;
    상기 급전 라인의 하부에서 수평 방향으로 제1 영역까지 배치된 제1 그라운드 층; 및
    상기 제1 그라운드 층의 하부에서 수평 방향으로 상기 제1 영역보다 상기 방사체에 인접한 제2 영역까지 배치된 제2 그라운드 층을 포함하고,
    상기 제1 영역에 형성된 상기 급전 라인의 제1 너비와 상기 제2 영역에 형성된 상기 급전 라인의 제2 너비는 상이한 것을 특징으로 하는, 전자 기기.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 급전부는,
    상기 제1 영역에서 상기 급전 라인과 상기 제1 그라운드 층까지의 제1 높이보다 상기 제2 영역에서 상기 급전 라인과 상기 제2 그라운드 층까지의 제2 높이가 더 높게 계단식 그라운드(stepped ground)로 형성되는 것을 특징으로 하는, 전자 기기.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 급전부는,
    상기 급전 라인의 상부에 배치되는 상부 그라운드 층을 더 포함하고,
    상기 상부 그라운드 층에 의해 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에서 상기 급전 라인은 스트립 라인으로 구성되는, 전자 기기.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 패드와 상기 제2 패드는 상기 제1 연결 라인, 상기 제2 연결 라인 및 제3 연결 라인에 의해 상호 연결되고,
    상기 제3 연결 라인은 상기 제1 연결 라인과 상기 제2 연결 라인 사이에 배치되는, 전자 기기.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 연결 라인과 상기 제2 연결 라인은 제1 축 상에 배치되고,
    상기 제3 연결 라인은 상기 제1 축 상에서 상기 제1 연결 라인과 상기 제2 연결 라인 사이에 배치되고, 상기 제1 축에 수직한 제2 축 상에서 상기 제1 및 제2 연결 라인보다 오프셋된 지점에서 배치되는, 전자 기기.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 패드와 상기 제2 패드는 제1 축 상에 배치되는 상기 제1 연결 라인 및 상기 제2 연결 라인에 의해 연결되고,
    상기 제1 축에 수직한 제2 축 상에서 상기 제1 연결 라인 및 제3 연결 라인 또는 상기 제2 연결 라인 및 제4 연결 라인에 의해 연결되는, 전자 기기.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 방사체와 수평 방향으로 소정 간격 이격되어 배치되는 비아 월 구조를 더 포함하고,
    상기 비아 월 구조는 복수의 패드들 간에 복수의 지점들에서 상호 간 수직 연결되는 복수의 수직 비아들을 포함하는, 전자 기기.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 비아 월 구조는,
    상기 다층 기판의 그라운드와 전기적으로 연결되지 않은 플로팅 비아 월(floating via wall)로 형성되는, 전자 기기.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 패드와 상기 제2 패드를 수직 연결하는 상기 제1 연결 라인 및 상기 제2 연결 라인에 의해 상기 방사체는 수직 편파 안테나로 동작하고,
    상기 다층 기판 내부의 그라운드 층 상부에 배치되고, 수평 편파 안테나로 동작하는 패치 안테나를 더 포함하는, 전자 기기.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 방사체는 상기 다층 기판에 평행한 제1 방향으로 제1 신호를 방사하도록 구성된 제1 안테나이고,
    상기 패치 안테나는 상기 다층 기판에 수직한 제2 방향으로 제2 신호를 방사하도록 구성된 제2 안테나인 것을 특징으로 하는, 전자 기기.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 방사체는 상기 다층 기판의 제1 수평 방향으로 소정 간격 이격되어 배치되는 복수의 방사체들에 의해 배열 안테나를 구성하고,
    상기 프로세서는 상기 안테나 모듈이 형성된 상기 다층 기판 상에 배치되는, 전자 기기.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 복수의 방사체들 각각은,
    상기 방사체와 제2 수평 방향으로 소정 간격 이격되어 배치되는 비아 월 구조를 더 포함하고,
    상기 비아 월 구조는 복수의 패드들 간에 복수의 지점들에서 상호 간 수직 연결되는 복수의 수직 비아들을 포함하는, 전자 기기.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 배열 안테나는 제1 배열 안테나 모듈 및 상기 제1 배열 안테나 모듈에 제1 수평 방향으로 소정 간격 이격되어 배치되는 제2 배열 안테나 모듈을 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 제1 및 제2 배열 안테나 모듈을 각각 이용하여 각각 제1 빔 및 제2 빔을 제1 방향 및 제2 방향으로 형성하고,
    상기 제1 배열 안테나 모듈 및 상기 제2 배열 안테나 모듈을 이용하여 제3 방향으로 제3 빔을 형성하는, 전자 기기.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 제1 빔 및 상기 제2 빔을 이용하여 다중 입출력(MIMO)를 수행하고,
    상기 제1 빔 및 상기 제2 빔보다 좁은 빔 폭을 갖는 상기 제3 빔을 이용하여 빔 포밍을 수행하는, 전자 기기.
  17. 안테나 모듈에 있어서,
    금속 패턴들이 다층 기판(multi-layer substrate)의 서로 다른 레이어에 적층(stack)되어 구성된 방사체(radiator); 및
    상기 방사체의 특정 레이어에 배치되고, 상기 방사체와 연결되도록 구성된 급전 라인을 구비하는 급전부를 포함하고,
    상기 방사체는 상기 급전 라인과 연결되는 제1 패드와 상기 제1 패드의 상부에 배치된 제2 패드를 포함하고, 상기 제1 패드와 상기 제2 패드는 제1 연결 라인 및 제2 연결 라인에 의해 상호 연결되는 것을 특징으로 하는, 안테나 모듈.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 연결 라인은 상기 제1 패드의 제1 단부와 상기 제2 패드의 제1 단부를 수직 연결하도록 구성되어 제1 인덕턴스 성분을 형성하고
    상기 제2 연결 라인은 상기 제1드의 제2 단부와 상기 제2 패드의 제2 단부를 수직 연결하도록 구성되어 제2 인덕턴스 성분을 형성하고,
    제1 면적을 갖는 상기 제1 패드와 제2 면적을 갖는 상기 제2 패드가 소정 간격으로 이격되도록 구성되어 커패시턴스 성분을 형성하고,
    상기 제1 및 제2 인덕턴스 성분 및 상기 커패시턴스 성분에 의해 상기 방사체는 광대역 특성을 갖도록 구현되는, 안테나 모듈.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 급전부는,
    상기 급전 라인;
    상기 급전 라인의 하부에서 수평 방향으로 제1 영역까지 배치된 제1 그라운드 층; 및
    상기 제1 그라운드 층의 하부에서 수평 방향으로 상기 제1 영역보다 상기 방사체에 인접한 제2 영역까지 배치된 제2 그라운드 층을 포함하고,
    상기 제1 영역에 형성된 상기 급전 라인의 제1 너비와 상기 제2 영역에 형성된 상기 급전 라인의 제2 너비는 상이한 것을 특징으로 하는, 안테나 모듈.
  20. 제17 항에 있어서,
    상기 방사체와 수평 방향으로 소정 간격 이격되어 배치되는 비아 월 구조를 더 포함하고,
    상기 비아 월 구조는 복수의 패드들 간에 복수의 지점들에서 상호 간 수직 연결되는 복수의 수직 비아들을 포함하고,
    상기 비아 월 구조는,
    상기 다층 기판의 그라운드와 전기적으로 연결되지 않은 플로팅 비아 월(floating via wall)로 형성되는, 안테나 모듈.
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