WO2023008618A1

WO2023008618A1 - 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기

Info

Publication number: WO2023008618A1
Application number: PCT/KR2021/009935
Authority: WO
Inventors: 우승민; 서유석; 이동익
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2021-07-29
Filing date: 2021-07-29
Publication date: 2023-02-02
Also published as: EP4379957A1; KR20240035740A; US12119564B2; KR20240137712A; CN117730458A; US20240266738A1; KR102707499B1

Abstract

다층 기판(multi-layer substrate)으로 구현된 안테나 모듈이 제공된다. 상기 안테나 모듈은 다층 기판의 내부 영역 또는 상부 영역 상에 배치되고, 무선 신호를 방사하도록 제1 도전 층(conductive layer)으로 형성된 제1 방사체; 상기 제1 방사체의 하부 영역에 상기 제1 방사체의 중심과 오프셋(offset)되어 배치되고, 무선 신호를 방사하도록 제2 도전 층으로 형성된 제2 방사체; 및 신호 비아(signal via)를 통해 상기 제2 방사체와 연결되도록 구성된 급전선(feed line)을 포함하고, 상기 제1 방사체와 상기 제2 방사체는 일 축 상에서 중첩되게 배치되고, 상기 제1 방사체의 일 축 상의 길이와 상기 제2 방사체의 일 축 상의 길이는 서로 다르게 형성될 수 있다.

Description

안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기

본 명세서는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기에 관한 것이다. 특정 구현은 다층 기판 상에 구현된 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기에 관한 것이다.

전자기기(electronic devices)의 기능이 다양화됨에 따라 음악이나 동영상 파일의 재생, 게임, 방송의 수신 등의 복합적인 기능들을 갖춘 멀티미디어 기기(Multimedia player)와 같은 영상표시장치로 구현될 수 있다.

영상표시장치는 영상 컨텐츠를 재생하는 기기로서, 다양한 소스로부터 영상을 수신하여 재생한다. 영상표시장치는 PC(Personal Computer), 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북, TV 등 다양한 기기로 구현된다. 스마트 TV 등과 같은 영상표시장치에서 웹 브라우저와 같은 웹 컨텐츠 제공을 위한 어플리케이션을 제공할 수 있다.

이러한 영상표시장치와 같은 전자 기기가 주변의 전자 기기와 통신을 수행하기 위해, 안테나를 포함하는 통신 모듈이 구비될 수 있다. 한편, 최근 영상표시장치의 디스플레이 영역이 확장됨에 따라 안테나를 포함하는 통신 모듈의 배치 공간이 감소하게 된다. 이에 따라, 통신 모듈이 구현되는 다층 회로 기판 내부에 안테나를 배치할 필요성이 증가하고 있다.

한편, 전자 기기 간에 통신 서비스를 위한 인터페이스로 WiFi 무선 인터페이스가 고려될 수 있다. 이러한 WiFi 무선 인터페이스를 이용하는 경우, 전자 기기 간에 고속 데이터 전송을 위해 밀리미터파 대역(mmWave)을 이용할 수 있다. 특히, 802.11ay와 같은 무선 인터페이스를 이용하여 전자 기기 간에 고속 데이터 전송이 가능하다.

이와 관련하여, 밀리미터파(mmWave) 대역에서 동작할 수 있는 배열 안테나는 안테나 모듈 내에 실장될 수 있다. 하지만, 이러한 안테나 모듈에 배치되는 안테나와 송수신부 회로와 같은 전자 부품은 전기적으로 연결되도록 구성된다. 이를 위해, 송수신부 회로가 안테나 모듈과 동작 가능하게 결합되고, 안테나 모듈은 다층 기판(multi-layer)로 구성될 수 있다.

이러한 다층 기판 형태의 안테나 모듈에서 안테나 소자가 단일 층으로 구현되는 경우 안테나 소자의 대역폭이 제한되는 문제점이 있다. 한편, 복수의 안테나 소자들을 서로 다른 층에 적층(stack)하는 경우 안테나 소자들 간에 커플링 변화가 주파수 변화에 민감하게 반응할 수 있다.

본 명세서는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 밀리미터파 대역에서 동작하는 광대역 안테나 모듈 및 이를 구비하는 전자 기기를 제공하기 위한 것이다.

본 명세서의 다른 일 목적은, 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 소자의 효율을 향상시켜 안테나 이득을 향상시키기 위한 것이다.

본 명세서의 다른 일 목적은, 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 소자의 원하지 않은 방향으로의 전류 성분을 감소시켜 이중 편파 안테나 구현 시 상호 간섭 수준을 저감하기 위한 것이다.

본 명세서의 다른 일 목적은, RFIC와 안테나 소자가 급전선을 통해 다층 기판 형태의 PCB 내부에서 연결되는 경우 안테나 성능을 최적화하기 위한 것이다.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 실시 예에 따른 다층 기판(multi-layer substrate)으로 구현된 안테나 모듈이 제공된다. 상기 안테나 모듈은 다층 기판의 내부 영역 또는 상부 영역 상에 배치되고, 무선 신호를 방사하도록 제1 도전 층(conductive layer)으로 형성된 제1 방사체; 상기 제1 방사체의 하부 영역에 상기 제1 방사체의 중심과 오프셋(offset)되어 배치되고, 무선 신호를 방사하도록 제2 도전 층으로 형성된 제2 방사체; 및 신호 비아(signal via)를 통해 상기 제2 방사체와 연결되도록 구성된 급전선(feed line)을 포함하고, 상기 제1 방사체와 상기 제2 방사체는 일 축 상에서 중첩되게 배치되고, 상기 제1 방사체의 일 축 상의 길이와 상기 제2 방사체의 일 축 상의 길이는 서로 다르게 형성될 수 있다. 상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체가 다른 주파수 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다.

실시 예에서, 상기 제1 방사체와 상기 제2 방사체는 서로 다른 유전체 층(dielectric layer)상에 배치되는 제1 패치 안테나 및 제2 패치 안테나로 구현되고, 상기 제2 패치 안테나는 급전선(feed line)과 신호 비아(signal via)를 통해 연결될 수 있다. 상기 상기 신호 비아는 상기 제2 패치 안테나의 중심에서 일 축 상에서 오프셋된 지점에서 상기 제2 패치 안테나와 연결될 수 있다.

실시 예에서, 상기 제1 패치 안테나의 일 축 상의 길이 (a)와 상기 제2 패치 안테나의 일 축 상의 길이 (b)의 비율 (b/a)는 0.35 내지 0.9 사이의 범위로 설정되고, 상기 제2 패치 안테나의 일 축 상의 길이 (b)와 상기 제1 및 제2 패치 안테나 간 중첩된 길이 (c)의 비율 (c/b)는 0.7 미만의 범위로 설정될 수 있다.

실시 예에서, 상기 신호 비아는 상기 제2 패치 안테나의 중심에서 일 축 상에서 오프셋된 지점에서 상기 제2 패치 안테나와 연결될 수 있다.

실시 예에서, 상기 신호 비아의 복수의 패드들 중 그라운드 층과 동일 층에 제1 패드가 배치되도록 상기 그라운드 층에는 슬롯 영역이 형성되고, 상기 신호 비아는 상기 슬롯 영역을 통해 상기 그라운드 층의 하부의 상기 급전선과 수직하게 연결될 수 있다.

실시 예에서, 상기 안테나 모듈은 상기 급전선의 일 단부 및 타 단부와 소정 간격 이격되어 상기 급전선과 동일 층에 배치되는 제2 하부 도전층을 더 포함할 수 있다. 상기 급전선의 일 단부와 이격된 상기 제2 하부 도전층의 일 단부는 상기 제2 패치 안테나의 하부 영역의 내부 지점일 수 있다.

실시 예에서, 상기 안테나 모듈은 상기 급전선의 하부에 배치되는 제3 하부 도전층을 더 포함할 수 있다. 상기 제3 하부 도전층은 상기 제2 패치 안테나의 하부 영역에 대응하는 영역에 도전층이 제거된 제3 슬롯 영역을 포함하고, 상기 제3 슬롯 영역의 일 축 상의 길이는 상기 신호 비아의 복수의 패드들의 일 축 상의 길이보다 더 길게 형성될 수 있다.

실시 예에서, 상기 안테나 모듈은 상기 그라운드 층의 상부에 복수의 패드들로 구성된 그라운드 비아 월을 더 포함하고, 상기 그라운드 비아 월은 상기 다층 기판의 일 축 상에서 양 측에 배치되는 제1 그라운드 비아 월 및 제2 그라운드 비아 월을 포함할 수 있다.

실시 예에서, 상기 그라운드 비아 월은 수직 연결부 및 복수의 패드들을 포함하고, 상기 그라운드 비아 월의 상기 복수의 패드들 중 적어도 하나의 인접한 패드는 수직 연결부에 의해 연결되지 않도록 구성될 수 있다.

실시 예에서, 상기 제2 패치 안테나의 일 축 상의 길이 (b)와 상기 제2 패치 안테나의 일 단부에서 상기 급전선이 연결된 지점까지의 길이 (d)의 비율 (d/b)는 0.5 내지 1 사이의 범위로 설정될 수 있다.

실시 예에서, 상기 제1 패치 안테나와 상기 제2 패치 안테나 간 수직 거리 (e)와 상기 제1 패치 안테나와 상기 급전선 상부의 그라운드 층까지의 수직 거리 (f)의 비율 (e/f)는 0.1 내지 0.5 사이의 범위로 설정될 수 있다.

실시 예에서, 상기 급전선이 연결된 지점과 상기 제2 그라운드 비아 월까지의 거리(g)는 상기 제1 및 제2 패치 안테나에 의한 안테나 소자의 동작 주파수에 해당하는 파장의 0.25배 이하로 설정될 수 있다.

실시 예에서, 상기 제1 패치 안테나는 제1 길이와 제1 너비를 갖는 사각 패치 안테나로 구성되고, 상기 제2 패치 안테나는 제2 길이와 제2 너비를 갖는 사각 패치 안테나로 구성될 수 있다. 상기 제1 패치 안테나와 상기 제2 패치 안테나는 길이 방향으로 제3 길이만큼 중첩되게 배치될 수 있다.

실시 예에서, 상기 제1 패치 안테나는 제1 직경을 갖는 원형 패치 안테나로 구성되고, 상기 제2 패치 안테나는 제2 직경을 갖는 원형 패치 안테나로 구성될 수 있다. 상기 제1 패치 안테나와 상기 제2 패치 안테나는 일 축 방향으로 제4 길이만큼 중첩되는 호 영역(arc region)상에서 중첩되게 배치될 수 있다.

실시 예에서, 상기 제2 패치 안테나는 일 축 방향으로 오프셋된 제1 지점에서 상기 신호 비아를 통해 상기 급전선과 연결될 수 있다. 상기 안테나 모듈은 상기 일 축 방향과 직교하는 타 축 방향으로 오프셋된 제2 지점에서 제2 신호 비아를 통해 제2 급전선과 연결되는 제3 패치 안테나를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 패치 안테나와 상기 제3 패치 안테나는 상기 다층 기판의 동일 층에서 상기 일 축 방향 및 상기 타 축 방향으로 배치될 수 있다.

실시 예에서, 상기 안테나 모듈은 다층 기판으로 구성된 상기 안테나 모듈에 배치되는 송수신부 회로(transceiver circuit)를 더 포함할 수 있다. 상기 송수신부 회로는 상기 다층 기판의 하부에 배치되고, 복수의 연결 단자들을 통해 상기 다층 기판과 전기적으로 연결되고, 상기 복수의 연결 단자들 중 하나는 상기 급전선과 하부 신호 비아(lower signal via)를 통해 연결될 수 있다. 상기 하부 신호 비아는 복수의 패드들과 수직 연결부를 통해 상기 급전선의 타 단부와 수직하게 연결될 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따른 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기가 제공된다. 상기 전자 기기는 다층 기판(multi-layer substrate)으로 구성된 상기 안테나 모듈에 배치되는 송수신부 회로(transceiver circuit); 상기 전자 기기의 내부에 배치되어 상기 다층 기판과 동작 가능하게 결합되는 메인 PCB; 및 상기 다층 기판의 내부 영역 또는 상부 영역 상에 배치되고, 무선 신호를 방사하도록 제1 도전 층(conductive layer)으로 형성된 제1 방사체 및 상기 제1 방사체의 하부 영역에 상기 제1 방사체의 중심과 오프셋(offset)되어 배치되고, 무선 신호를 방사하도록 제2 도전 층으로 형성된 제2 방사체를 포함하는 안테나 모듈을 포함할 수 있다.

실시 예에서, 상기 제1 방사체와 상기 제2 방사체는 서로 다른 유전체 층(dielectric layer)상에 배치되는 제1 패치 안테나 및 제2 패치 안테나로 구현될 수 있다. 상기 제2 패치 안테나는 급전선(feed line)과 신호 비아(signal via)를 통해 연결될 수 있다. 상기 신호 비아는 상기 제2 패치 안테나의 중심에서 일 축 상에서 오프셋된 지점에서 상기 제2 패치 안테나와 연결될 수 있다.

실시 예에서, 상기 안테나 모듈은 상기 신호 비아를 통해 상기 제2 패치 안테나와 연결되도록 구성된 상기 급전선을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 방사체와 상기 제2 방사체는 일 축 상에서 중첩되게 배치되고, 상기 제1 방사체의 일 축 상의 길이와 상기 제2 방사체의 일 축 상의 길이는 서로 다르게 형성되어, 상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체가 다른 주파수 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다.

실시 예에서, 상기 신호 비아의 복수의 패드들 중 그라운드 층과 동일 층에 제1 패드가 배치되도록 상기 그라운드 층에는 슬롯 영역이 형성될 수 있다. 상기 신호 비아는 상기 슬롯 영역을 통해 상기 그라운드 층의 하부의 상기 급전선과 수직하게 연결될 수 있다.

실시 예에서, 상기 안테나 모듈은 상기 급전선의 일 단부 및 타 단부와 소정 간격 이격되어 상기 급전선과 동일 층에 배치되는 제2 하부 도전층; 및 상기 급전선의 하부에 배치되는 제3 하부 도전층을 더 포함할 수 있다. 상기 급전선의 일 단부와 이격된 상기 제2 하부 도전층의 일 단부는 상기 제2 패치 안테나의 하부 영역의 내부 지점일 수 있다. 상기 제3 하부 도전층은 상기 제2 패치 안테나의 하부 영역에 대응하는 영역에 도전층이 제거된 제3 슬롯 영역을 포함할 수 있다. 상기 제3 슬롯 영역의 일 축 상의 길이는 상기 신호 비아의 복수의 패드들의 일 축 상의 길이보다 더 길게 형성될 수 있다.

실시 예에서, 상기 안테나 모듈은 상기 급전선의 일 단부 및 타 단부와 소정 간격 이격되어 상기 급전선과 동일 층에 배치되는 제2 하부 도전층 및 상기 급전선의 하부에 배치되는 제3 하부 도전층을 더 포함할 수 있다.

실시 예에서, 상기 제3 하부 도전층은 상기 제2 패치 안테나의 하부 영역에 대응하는 영역에 도전층이 제거된 제3 슬롯 영역을 포함하고, 상기 제3 슬롯 영역의 일 축 상의 길이는 상기 신호 비아의 복수의 패드들의 일 축 상의 길이보다 더 길게 형성될 수 있다.

실시 예에서, 상기 안테나 모듈은 상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체를 포함하는 안테나 소자들로 이루어진 배열 안테나로 구성될 수 있다. 상기 메인 PCB에 배치된 프로세서는 상기 배열 안테나가 다른 전자 기기로 무선 신호를 방사하도록 상기 송수신부 회로를 제어할 수 있다.

실시 예에서, 상기 프로세서는 상기 배열 안테나 중 상기 제1 방사체를 통해 방사되는 제1 대역의 제1 무선 신호를 이용하여 무선 통신을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어할 수 있다. 상기 제1 무선 신호의 품질이 임계치 이하이면, 상기 프로세서는 상기 배열 안테나 중 상기 제2 방사체를 통해 방사되는 제2 대역의 제2 무선 신호를 이용하여 무선 통신을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어할 수 있다. 상기 송수신부 회로는 상기 급전선을 통해 상기 배열 안테나로 상기 제2 대역의 상기 제2 무선 신호를 인가하도록 구성될 수 있다.

이와 같은 밀리미터파 대역에서 동작하는 광대역 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

실시 예에 따르면, 복수의 적층된 방사체를 독립적으로 동작하도록 하여 밀리미터파 대역에서 동작하는 광대역 안테나 모듈 및 이를 구비하는 전자 기기를 제공할 수 있다.

실시 예에 따르면, 하부 방사체에 오프셋 급전 구조를 적용하여 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 소자의 효율을 향상시켜 안테나 이득을 향상시킬 수 있다.

실시 예에 따르면, 급전선 하부에 슬롯 영역과 같은 개방 공간을 배치하여 안테나 소자의 효율을 향상시켜 안테나 이득을 향상시킬 수 있다.

실시 예에 따르면, 하부 방사체에 오프셋 급전 구조를 적용하여 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 소자의 원하지 않은 방향으로의 전류 성분을 감소시킬 수 있다.

실시 예에 따르면, 하부 방사체에 오프셋 급전 구조를 통해 켜 이중 편파 안테나 구현 시 상호 간섭 수준을 저감할 수 있다.

실시 예에 따르면, RFIC와 안테나 소자가 급전선을 통해 다층 기판 형태의 PCB 내부에서 연결되는 경우, 급전 비아 구조의 형상과 연결 지점을 최적화하여 안테나 성능을 최적화할 수 있다.

본 명세서의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 명세서의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 명세서의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 명세서의 일실시예에 따른 영상표시기기를 포함한 전체 무선 AV 시스템의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2는 본 명세서에 따른 무선 인터페이스를 지원하는 전자 기기들의 상세 구성을 나타낸다.

도 3a는 본 명세서에 따른 RTS (Request to Send) 프레임 및 CTS(Clear to Send) 프레임을 나타낸다.

도 3b는 본 명세서의 일 예시에 따른 통신 시스템(400)의 블록도를 예시한다.

도 4는 일 실시 예에 따른 복수의 안테나 모듈과 복수의 송수신부 회로 모듈이 배치되는 전자 기기를 나타낸다.

도 5a는 본 명세서와 관련하여 배열 안테나 모듈이 배치되는 다층 회로 기판과 RFIC가 연결된 구성을 나타낸다.

도 5b는 서로 다른 방사 방향을 갖는 안테나 구조를 나타낸 개념도이다.

도 5c는 실시 예들에 따른 다층 기판과 메인 기판의 결합 구조를 나타낸 것이다.

도 6은 영상표시기기 하부에 배치되는 복수의 통신 모듈과 해당 통신 모듈의 구성과 전면 방향에 배치되는 다른 통신 모듈과의 통신을 수행하는 개념도이다.

도 7a는 본 명세서에 따른 광대역 안테나를 구비하는 안테나 모듈의 측면도를 나타낸다.

도 7b는 도 7a의 안테나 모듈의 측면도에서 서로 다른 층에 배치되는 방사체의 크기와 이격 거리 및 방사체와 급전선 간의 이격 거리를 나타낸 것이다.

도 8a는 도 7a의 안테나 모듈의 전면도를 나타내고, 도 8b는 도 7a의 안테나 모듈의 사시도를 나타낸다.

도 9는 본 명세서에 개시되는 안테나 소자가 배열 안테나로 구현된 경우 송수신부 회로가 기저대역 프로세서와 인터페이스되는 구성을 나타낸다.

도 10a 및 도 10b는 중심 연결 구조와 오프셋 연결 구조에 따라 형성되는 모드와 제2 패치 안테나에 형성되는 전류 분포를 나타낸다.

도 11a 및 도 11b는 중심 연결 구조와 오프셋 연결 구조에 따라 제2 패치 안테나에 형성되는 전류 분포를 도시한 것이다.

도 12a는 일 실시 예에 따른 외곽 영역을 따라 비아 월이 형성되고 내부의 그라운드 층에 개방 공간이 형성된 다층 기판 구성을 나타낸다. 도 12b는 다양한 실시 예에 따른 비아 월 형성 구조를 나타낸다.

도 13은 그라운드 층에 슬롯 영역과 같은 개방 공간 형성 유무에 따른 반사 계수 특성 결과를 나타낸다.

도 14a는 제1 및 제2 패치 안테나 간 중첩 비율 변화에 따른 주파수 별 안테나 이득을 나타낸다.

도 14b는 제2 패치 안테나의 급전 위치의 오프셋 비율에 따른 주파수 별 안테나 이득을 나타낸다.

도 15는 다른 실시 예에 따른 원형 패치 형상으로 구현된 제1 및 제2 패치 안테나의 구성을 나타낸다.

도 16a는 본 명세서에서 개시되는 광대역 안테나 구성이 이중 급전 구조로 구현된 다층 기판의 측면도를 나타낸다. 한편, 도 16b는 본 명세서에서 개시되는 광대역 안테나 구성이 이중 급전 구조로 구현된 다층 기판의 전면도를 나타낸다.

도 17a는 도 10a의 중심 급전 구조와 도 10b의 오프셋 급전 구조에 따른 주파수 별 안테나 이득 특성을 비교한 것이다. 한편, 도 17b는 도 10a의 중심 급전 구조와 도 10b의 오프셋 급전 구조에 따른 빔 틸트 시 부엽 수준을 비교한 것이다.

도 18a는 제1 타입 안테나와 제2 타입 안테나가 배열 안테나로 형성된 안테나 모듈(1100)이 전자 기기(1000)에 배치된 구조를 나타낸다. 도 18b는 복수의 배열 안테나 모듈을 확대한 도면이다.

도 19는 실시 예들에 따른 전자 기기의 특정 위치에서 서로 다른 결합 구조로 결합된 안테나 모듈을 나타낸다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 명세서의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 설명되는 전자 기기에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 PC(slate PC), 태블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultrabook), 웨어러블 디바이스(wearable device, 예를 들어, 워치형 단말기 (smartwatch), 글래스형 단말기 (smart glass), HMD(head mounted display)) 등이 포함될 수 있다.

그러나, 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 구성은 이동 단말기에만 적용 가능한 경우를 제외하면, 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터, 디지털 사이니지 등과 같은 고정 단말기에도 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.

도 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.

동작시에, 송신 데이터 프로세서(220)는 데이터 소스(215)로부터 데이터(예를 들어, 데이터 비트들)를 수신하고, 송신을 위해 데이터를 프로세싱한다. 예를 들어, 송신 데이터 프로세서(220)는 데이터(예를 들어, 데이터 비트들)를 인코딩된 데이터로 인코딩할 수 있고, 인코딩된 데이터를 데이터 심볼들로 변조할 수 있다. 송신 데이터 프로세서(220)는 상이한 MCS들(modulation and coding schemes)을 지원할 수 있다. 예를 들어, 송신 데이터 프로세서(220)는 복수의 상이한 코딩 레이트들 중 임의의 하나에서 (예를 들어, LDPC(low-density parity check) 인코딩을 사용하여) 데이터를 인코딩할 수 있다. 또한, 송신 데이터 프로세서(220)는, BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM, 64APSK, 128APSK, 256QAM 및 256APSK를 포함하지만 이에 제한되는 것은 아닌 복수의 상이한 변조 방식들 중 임의의 하나를 사용하여 인코딩된 데이터를 변조할 수 있다.

제어기(234)는, (예를 들어, 다운링크의 채널 조건들에 기초하여) 어느 MCS(modulation and coding scheme)를 사용할지를 특정하는 커맨드를 송신 데이터 프로세서(220)에 전송할 수 있다. 송신 데이터 프로세서(220)는 데이터 소스(215)로부터의 데이터를 특정된 MCS에 따라 인코딩 및 변조할 수 있다. 송신 데이터 프로세서(220)가, 데이터 스크램블링 및/또는 다른 프로세싱과 같이, 데이터에 대한 추가적인 프로세싱을 수행할 수 있음을 인식해야 한다. 송신 데이터 프로세서(220)는 프레임 구축기(222)에 데이터 심볼들을 출력한다.

프레임 구축기(222)는 프레임(또한 패킷으로 지칭됨)을 구성하고, 그 프레임의 데이터 페이로드에 데이터 심볼들을 삽입한다. 프레임은 프리앰블, 헤더 및 데이터 페이로드를 포함할 수 있다. 프리앰블은 액세스 단말(120)이 프레임을 수신하는 것을 보조하기 위해, STF(short training field) 시퀀스 및 CE(channel estimation) 시퀀스를 포함할 수 있다. 헤더는 데이터의 길이 및 데이터를 인코딩 및 변조하기 위해 사용되는 MCS와 같은 페이로드 내의 데이터와 관련된 정보를 포함할 수 있다. 이러한 정보는 액세스 단말(120)이 데이터를 복조 및 디코딩하도록 허용한다. 페이로드 내의 데이터는 복수의 블록들 사이에서 분할될 수 있고, 각각의 블록은 데이터의 일부 및 GI(guard interval)를 포함하여 수신기가 위상 추적하는 것을 보조할 수 있다. 프레임 구축기(222)는 프레임을 송신 프로세서(224)에 출력한다.

송신 프로세서(224)는 하향링크 상에서의 송신을 위해 프레임을 프로세싱한다. 예를 들어, 송신 프로세서(224)는 상이한 송신 모드들, 예를 들어, OFDM(orthogonal frequency-division multiplexing) 송신 모드 및 SC(single-carrier) 송신 모드를 지원할 수 있다. 이러한 예에서, 제어기(234)는 어느 송신 모드를 사용할 지를 특정하는 커맨드를 송신 프로세서(224)에 전송할 수 있고, 송신 프로세서(224)는 특정된 송신 모드에 따른 송신을 위해 프레임을 프로세싱할 수 있다. 송신 프로세서(224)는, 다운링크 신호의 주파수 구성이 특정 스펙트럼 요건들을 충족하도록 프레임에 스펙트럼 마스크를 적용할 수 있다.

송신 프로세서(224)는 MIMO(multiple-input-multiple-output) 송신을 지원할 수 있다. 이러한 양상들에서, 액세스 포인트(110)는 다수의 안테나들(230-1 내지 230-N) 및 다수의 트랜시버들(226-1 내지 226-N)(예를 들어, 각각의 안테나에 대해 하나)을 포함할 수 있다. 송신 프로세서(224)는 착신 프레임들에 대해 공간 프로세싱을 수행할 수 있고, 복수의 송신 프레임 스트림들을 복수의 안테나들에 제공할 수 있다. 트랜시버들(226-1 내지 226-N)은 각각의 송신 프레임 스트림들을 수신 및 프로세싱(예를 들어, 아날로그로 변환, 증폭, 필터링 및 주파수 상향변환)하여, 안테나들(230-1 내지 230-N)을 통한 송신을 위한 송신 신호들을 각각 생성한다.

데이터를 송신하기 위해, 액세스 단말(120)은 송신 데이터 프로세서(260), 프레임 구축기(262), 송신 프로세서(264), 복수의 트랜시버들(266-1 내지 266-M) 및 복수의 안테나들(270-1 내지 270-M)(예를 들어, 트랜시버 당 하나의 안테나)을 포함한다. 액세스 단말(120)은 업링크 상에서 데이터를 액세스 포인트(110)에 송신할 수 있고 그리고/또는 데이터를 다른 액세스 단말에 (예를 들어, 피어-투-피어 통신을 위해) 송신할 수 있다. 액세스 단말(120)은 또한 액세스 단말(120)의 동작들을 제어하기 위한 제어기(274)를 포함한다.

트랜시버들(266-1 내지 266-M)은 하나 이상의 안테나들(270-1 내지 270-M)을 통한 송신을 위해 송신 프로세서(264)의 출력을 수신 및 프로세싱(예를 들어, 아날로그로 변환, 증폭, 필터링 및 주파수 상향변환)한다. 예를 들어, 트랜시버(266)는 송신 프로세서(264)의 출력을 60 GHz 대역의 주파수를 갖는 송신 신호로 상향 변환할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 따른 안테나 모듈은 60 GHz 대역, 일 예로 약 57 내지 63GHz 대역에서 빔포밍 동작하도록 구성될 수 있다. 또한, 안테나 모듈은 60 GHz 대역에서 빔포밍 동작하면서 MIMO 송신을 지원하도록 구성될 수 있다.

이와 관련하여, 안테나들(270-1 내지 270-M)과 트랜시버들(266-1 내지 266-M)은 다층 회로 기판에 통합된 형태로 구현될 수 있다. 이를 위해, 안테나들(270-1 내지 270-M) 중 수직 편파로 동작하는 안테나는 다층 회로 기판 내부에 수직하게 배치될 수 있다.

데이터를 수신하기 위해, 액세스 포인트(110)는 수신 프로세서(242) 및 수신 데이터 프로세서(244)를 포함한다. 동작시에, 트랜시버들(226-1 내지 226-N)은 신호를 (예를 들어, 액세스 단말(120)로부터) 수신하고, 수신된 신호를 공간 프로세싱(예를 들어, 주파수 하향변환, 증폭, 필터링 및 디지털로 변환)한다.

수신 프로세서(242)는 트랜시버들(226-1 내지 226-N)의 출력들을 수신하고, 출력들을 프로세싱하여 데이터 심볼들을 복원한다. 예를 들어, 액세스 포인트(110)는 프레임에서 (예를 들어, 액세스 단말(120)로부터의) 데이터를 수신할 수 있다. 이러한 예에서, 수신 프로세서(242)는 프레임의 프리앰블 내의 STF 시퀀스를 사용하여 프레임의 시작을 검출할 수 있다. 수신기 프로세서(242)는 또한 AGC(automatic gain control) 조절을 위해 STF를 사용할 수 있다. 수신 프로세서(242)는 또한 (예를 들어, 프레임의 프리앰블 내의 CE 시퀀스를 사용하여) 채널 추정을 수행할 수 있고, 채널 추정에 기초하여 수신된 신호에 대해 채널 등화를 수행할 수 있다.

수신 데이터 프로세서(244)는 수신 프로세서(242)로부터의 데이터 심볼들 및 제어기(234)로부터의 대응하는 MSC 방식의 표시를 수신한다. 수신 데이터 프로세서(244)는 데이터 심볼들을 복조 및 디코딩하여, 표시된 MSC 방식에 따라 데이터를 복원하고, 복원된 데이터(예를 들어, 데이터 비트들)를 저장 및/또는 추가적인 프로세싱을 위해 데이터 싱크(246)에 출력한다.

액세스 단말(120)은 OFDM 송신 모드 또는 SC 송신 모드를 사용하여 데이터를 송신할 수 있다. 이러한 경우에, 수신 프로세서(242)는 선택된 송신 모드에 따라 수신 신호를 프로세싱할 수 있다. 또한 앞서 논의된 바와 같이, 송신 프로세서(264)는 MIMO(multiple-input-multiple-output) 송신을 지원할 수 있다. 이러한 경우에, 액세스 포인트(110)는 다수의 안테나들(230-1 내지 230-N) 및 다수의 트랜시버들(226-1 내지 226-N)(예를 들어, 각각의 안테나에 대해 하나)을 포함한다. 따라서, 본 명세서에 따른 안테나 모듈은 60 GHz 대역, 일 예로 약 57 내지 63GHz 대역에서 빔포밍 동작하도록 구성될 수 있다. 또한, 안테나 모듈은 60 GHz 대역에서 빔포밍 동작하면서 MIMO 송신을 지원하도록 구성될 수 있다.

이와 관련하여, 안테나들(230-1 내지 230-M)과 트랜시버들(226-1 내지 226-M)은 다층 회로 기판에 통합된 형태로 구현될 수 있다. 이를 위해, 안테나들(230-1 내지 230-M) 중 수직 편파로 동작하는 안테나는 다층 회로 기판 내부에 수직하게 배치될 수 있다.

한편, 각각의 트랜시버는 각각의 안테나로부터 신호를 수신 및 프로세싱(예를 들어, 주파수 하향변환, 증폭, 필터링, 및 디지털로 변환)한다. 수신 프로세서(242)는 트랜시버들(226-1 내지 226-N)의 출력들에 대해 공간 프로세싱을 수행하여 데이터 심볼들을 복원할 수 있다.

액세스 포인트(110)는 또한 제어기(234)에 커플링되는 메모리(236)를 포함한다. 메모리(236)는, 제어기(234)에 의해 실행되는 경우, 제어기(234)로 하여금 본원에 설명된 동작들 중 하나 이상을 수행하게 하는 명령들을 저장할 수 있다. 유사하게, 액세스 단말(120)은 또한 제어기(274)에 커플링되는 메모리(276)를 포함한다. 메모리(276)는, 제어기(274)에 의해 실행되는 경우, 제어기(274)로 하여금 본원에 설명된 동작들 중 하나 이상을 수행하게 하는 명령들을 저장할 수 있다.

한편, 본 명세서에 따른 802.11 ay 무선 인터페이스를 지원하는 전자 기기는 다른 전자 기기와 통신하기 위해 통신 매체가 이용가능한지 여부를 결정한다. 이를 위해, 전자 기기는 RTS (Request to Send) 부분 및 제1 빔 트레이닝 시퀀스를 포함하는 RTS-TRN 프레임을 송신한다. 이와 관련하여, 도 3a는 본 명세서에 따른 RTS (Request to Send) 프레임 및 CTS(Clear to Send) 프레임을 나타낸다. 이와 관련하여, 발신 디바이스는, 하나 이상의 데이터 프레임들을 목적지 디바이스로 전송하기 위해 통신 매체가 이용가능한지 여부를 결정하기 위해 RTA 프레임을 사용할 수 있다. RTS 프레임을 수신하는 것에 대한 응답으로, 목적지 디바이스는, 통신 매체가 이용 가능하면 발신 디바이스에 CTS(Clear to Send) 프레임을 다시 전송한다. CTS 프레임을 수신하는 것에 대한 응답으로, 발신 디바이스는 목적지 디바이스에 하나 이상의 데이터 프레임들을 전송한다. 하나 이상의 데이터 프레임들을 성공적으로 수신하는 것에 대한 응답으로, 목적지 디바이스는 발신 디바이스에 하나 이상의 확인응답("ACK") 프레임들을 전송한다.

도 3a (a)를 참조하면, 프레임(300)은 프레임 제어 필드(310), 지속기간 필드(312), 수신기 어드레스 필드(314), 송신기 어드레스 필드(316) 및 프레임 체크 시퀀스 필드(318)를 포함하는 RTS 부분을 포함한다. 개선된 통신 및 간섭 감소 목적을 위해 프레임(300)은 목적지 디바이스 및 하나 이상의 이웃 디바이스들의 각각의 안테나들을 구성하기 위한 빔 트레이닝 시퀀스 필드(320)를 더 포함한다.

도 3a (b)를 참조하면, CTS 프레임(350)은 프레임 제어 필드(360), 지속기간 필드(362), 수신기 어드레스 필드(364) 및 프레임 체크 시퀀스 필드(366)를 포함하는 CTS 부분을 포함한다. 개선된 통신 및 간섭 감소 목적을 위해, 프레임(350)은 발신 디바이스 및 하나 이상의 이웃 디바이스들의 각각의 안테나들을 구성하기 위한 빔 트레이닝 시퀀스 필드(368)를 더 포함한다.

빔 트레이닝 시퀀스 필드(320, 368)는 IEEE 802.11ad 또는 802.11ay에 따른 트레이닝(TRN) 시퀀스를 준수할 수 있다. 발신 디바이스는 목적지 디바이스에 지향적으로 송신하도록 자신의 안테나를 구성하기 위해 빔 트레이닝 시퀀스 필드(368)를 사용할 수 있다. 한편, 발신 디바이스는 목적지 디바이스에서의 송신 간섭을 감소시키기 위해, 자신들 각각의 안테나들을 구성하기 위해 빔 트레이닝 시퀀스 필드를 사용할 수 있다. 이 경우, 목적지 디바이스를 목적으로 하는 널들을 갖는 안테나 방사 패턴을 생성하도록 자신들 각각의 안테나들을 구성하기 위해 빔 트레이닝 시퀀스 필드를 사용할 수 있다.

따라서, 802.11 ay 무선 인터페이스를 지원하는 전자 기기들은 빔 트레이닝 시퀀스에 따라 결정된 빔포밍 패턴으로 상호 간에 낮은 간섭 수준을 갖도록 초기 빔을 형성할 수 있다. 이와 관련하여, 도 3b는 본 명세서의 일 예시에 따른 통신 시스템(400)의 블록도를 예시한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 디바이스(410, 420)는 메인 빔이 방향이 일치되도록 하여 통신 성능을 향상시킬 수 있다. 한편, 제1 및 제2 디바이스(410, 420)는 제3 디바이스(430)와의 간섭을 저감하기 위해, 신호 강도가 약한 신호-널을 특정 방향으로 형성할 수 있다.

이러한 메인 빔 및 신호 널 형성과 관련하여, 본 명세서에 따른 복수의 전자 기기들은 배열 안테나를 통해 빔포밍을 수행하도록 구성될 수 있다. 도 3b를 참조하면, 복수의 전자 기기들 중 일부는 단일 안테나를 통해 다른 전자 기기의 배열 안테나와 통신하도록 구성될 수도 있다. 이와 관련하여, 단일 안테나를 통해 통신하는 경우 빔 패턴은 무지향성 패턴(omnidirectional pattern)으로 형성된다.

도 3b를 참조하면, 제1 내지 제3 디바이스(410 내지 430)이 빔포밍을 수행하고, 제4 디바이스(440)가 빔포밍을 수행하지 않는 것으로 도시되었지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제1 내지 제4 디바이스(410) 중 3개는 빔포밍을 수행하고, 다른 하나는 빔포밍을 수행하지 않도록 구성될 수 있다.

다른 예로 제1 내지 제4 디바이스(410) 중 어느 하나만 빔포밍을 수행하고, 나머지 3개의 디바이스들은 빔포밍을 수행하지 않도록 구성될 수 있다. 또 다른 예로, 제1 내지 제4 디바이스(410) 중 2개는 빔포밍을 수행하도 다른 2개는 빔포밍을 수행하지 않도록 구성될 수 있다. 또 다른 예로, 제1 내지 제4 디바이스(410) 전부가 빔포밍을 수행하도록 구성될 수 있다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 제1 디바이스(410)는, CTS-TRN 프레임(350)의 수신기 어드레스 필드(364)에 표시된 어드레스에 기초하여 자신이 CTS-TRN 프레임(350)의 의도된 수신 디바이스라고 결정한다. 자신이 CTS-TRN 프레임(350)의 의도된 수신 디바이스라고 결정하는 것에 대한 응답으로, 제1 디바이스(410)는 선택적으로, 실질적으로 제2 디바이스(420)를 목적으로 하는 지향성 송신을 위해 자신의 안테나를 구성하도록 수신된 CTS-TRN(350)의 빔 트레이닝 시퀀스 필드(368)의 빔 트레이닝 시퀀스를 사용할 수 있다. 즉, 제1 디바이스(410)의 안테나는 실질적으로 제2 디바이스(420)를 목적으로 하는 1차 로브(예를 들어, 가장 높은 이득 로브) 및 다른 방향들을 목적으로 하는 비-1차 로브들을 갖는 안테나 방사 패턴을 생성하도록 구성된다.

제2 디바이스(420)는 자신이 이전에 수신한 RTS-TRN 프레임(300)의 빔 트레이닝 시퀀스 필드(320)의 빔 트레이닝 시퀀스에 기초하여 제1 디바이스(410)에 대한 방향을 이미 알기 때문에, 제2 디바이스(420)는 선택적으로 제1 디바이스(410)를 목적으로 하는 지향성 수신(예를 들어, 1차 안테나 방사 로브)을 위해 자신의 안테나를 구성할 수 있다. 따라서, 제1 디바이스(410)의 안테나는 제2 디바이스(420)에 대한 지향성 송신을 위해 구성되고, 제2 디바이스(420)의 안테나는 제1 디바이스(410)로부터의 지향성 수신을 위해 구성되는 동안, 제1 디바이스(410)는 하나 이상의 데이터 프레임들을 제2 디바이스(420)에 송신한다. 이에 따라, 제1 및 제2 디바이스(410, 420)는 1차 로브 (메인 빔)을 통해 하나 이상의 데이터 프레임들의 지향성 송신/수신(DIR-TX/RX)을 수행한다.

한편, 제1 및 제2 디바이스(410, 420)는 비-1차 로브들을 갖는 안테나 방사 패턴에 의한 제3 디바이스(430)와 간섭을 저감하기 위해 제3 디바이스(430)의 빔 패턴을 일부 수정하도록 할 수 있다.

이와 관련하여, 제3 디바이스(430)는, CTS-TRN 프레임(350)의 수신기 어드레스 필드(364)에 표시된 어드레스에 기초하여 자신이 CTS-TRN 프레임(350)의 의도된 수신 디바이스가 아니라고 결정한다. 자신이 CTS-TRN 프레임(350)의 의도된 수신 디바이스가 아니라고 결정하는 것에 대한 응답으로, 제3 디바이스(430)는 실질적으로 제2 디바이스(420) 및 제1 디바이스(410)를 목적으로 하는 널들을 각각 갖는 안테나 방사패턴을 생성하도록 자신의 안테나를 구성하기 위해, 수신된 CTS-TRN(350)의 빔 트레이닝 시퀀스 필드(368)의 빔 트레이닝 시퀀스 및 이전에 수신된 RTS-TRN 프레임(300)의 빔 트레이닝 시퀀스 필드(320)의 시퀀스를 사용한다. 널들(nulls)은 이전에 수신된 RTS-TRN 프레임(300) 및 CTS-TRN 프레임(350)의 추정된 도달 각도에 기초할 수 있다. 일반적으로, 제3 디바이스(430)는 제1 디바이스(410) 및 제2 디바이스(420)를 목적으로 하는 (예를 들어, (예를 들어, 원하는 BER, SNR, SINR 및/또는 다른 하나 이상의 통신 속성들을 달성하기 위해) 이러한 디바이스들(410및 420)에서의 추정된 간섭을 정의된 임계치 이하로 달성하기 위해) 원하는 신호 전력들, 거부들 또는 이득들을 각각 갖는 안테나 방사 패턴을 생성한다.

제3 디바이스(430)는, 제1 및 제2 디바이스들(410 및 420)을 향하는 방향들에서 안테나 이득들을 추정하고, 제3 디바이스(430)와 제1 및 제2 디바이스들(410 및 420) 사이의 안테나 상호성 차이들(예를 들어, 송신 안테나 이득 - 수신 안테나 이득)을 추정하고, 제1 및 제2 디바이스들(410 및 420)에서 대응하는 추정된 간섭을 결정하기 위해 하나 이상의 섹터들에 걸쳐 상기의 것들을 각각 계산함으로써, 자신의 안테나 송신 방사 패턴을 구성할 수 있다.

제3 디바이스(430)는, 제4 디바이스(440)가 수신하는, 제4 디바이스(440)에 대해 의도된 RTS-TRN 프레임(300)을 송신한다. 제3 디바이스(430)는, 제1 디바이스(410) 및 제2 디바이스(420)가 RTS-TRN 프레임(300) 및 CTS-TRN 프레임(350)의 지속기간 필드들(312 및 362)의 지속기간 필드들에 각각 표시된 지속기간에 기초하여 통신하고 있는 한 이러한 디바이스들을 목적으로 하는 널들을 갖는 안테나 구성을 유지한다. 제3 디바이스(430)의 안테나는 제1 디바이스(410) 및 제2 디바이스(420)를 목적으로 하는 널들을 생성하도록 구성되기 때문에, 제3 디바이스(430)에 의한 RTS-TRN 프레임(300)의 송신은 제1 디바이스(410) 및 제2 디바이스(420)에서 감소된 간섭을 각각 생성할 수 있다.

따라서, 본 명세서에서 개시되는 802.11 ay 무선 인터페이스를 지원하는 전자 기기들은 배열 안테나를 이용하여 상호 간에 메인 빔 방향을 일치시키면서 간섭 저감을 위해 신호 널 방향을 특정 방향으로 형성할 수 있다. 이를 위해, 복수의 전자 기기들은 빔 트레이닝 시퀀스를 통해 초기 빔 방향을 형성하고, 주기적으로 업데이트되는 빔 트레이닝 시퀀스를 통해 빔 방향을 변경할 수 있다.

전술한 바와 같이, 전자 기기 간에 고속 데이터 통신을 위해 빔 방향을 상호 간에 일치시켜야 한다. 또한, 고속 데이터 통신을 위해 안테나 소자로 전달되는 무선 신호의 손실을 최소화해야 한다. 이를 위해, 배열 안테나는 RFIC가 배치된 다층 기판 내부에 배치될 필요가 있다. 또한, 방사 효율을 위해 배열 안테나는 다층 기판 내부에서 측면 영역에 인접하게 배치될 필요가 있다.

또한, 무선 환경 변화에 적응하기 위해 전자 기기들 간에 빔 트레이닝 시퀀스 업데이트가 필요하다. 빔 트레이닝 시퀀스 업데이트를 위해, RFIC는 모뎀과 같은 프로세서와 주기적으로 신호를 송수신해야 한다. 따라서, 업데이트 지연 시간을 최소화하기 위해 RFIC와 모뎀 간에 제어 신호 송수신도 빠른 시간 내에 이루어져야 한다. 이를 위해, RFIC와 모뎀 간의 연결 경로의 물리적 길이를 감소시킬 필요가 잇다. 이를 위해, 배열 안테나와 RFIC가 배치된 다층 기판에 모뎀이 배치될 수 있다. 또는, 다층 기판에 배열 안테나와 RFIC가 배치되고 메인 기판에 모뎀이 배치되는 구조에서 RFIC와 모뎀 간 연결 길이를 최소화하도록 구성할 수 있다. 이와 관련하여, 상세한 구조는 도 5c에서 설명한다.

이하에서는, 본 명세서에 따른 밀리미터파 대역에서 동작 가능한 배열 안테나를 구비하는 전자 기기에 대해 설명하기로 한다. 이와 관련하여, 도 4는 일 실시 예에 따른 복수의 안테나 모듈과 복수의 송수신부 회로 모듈이 배치되는 전자 기기를 나타낸다. 도 4를 참조하면, 복수의 안테나 모듈과 다수의 송수신부 회로 모듈이 배치되는 가전 기기는 텔레비전(television)일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 명세서에서 다수의 안테나 모듈과 다수의 송수신부 회로 모듈이 배치되는 가전 기기는 밀리미터파 대역에서 통신 서비스를 지원하는 임의의 가전기기 또는 디스플레이 장치를 포함할 수 있다.

도 4를 참조하면, 전자 기기(1000)는 복수의 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4), 및 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)과 복수의 송수신부 회로 모듈들(transceiver circuit modules, 1210a 내지 1210d)를 포함한다. 이와 관련하여, 복수의 송수신부 회로 모듈들(1210a 내지 1210d)은 전술한 송수신부 회로(1250)에 해당할 수 있다. 또는, 복수의 송수신부 회로 모듈들(1210a 내지 1210d)은 송수신부 회로(1250)의 일부 구성 또는 안테나 모듈과 송수신부 회로(1250) 사이에 배치되는 프론트 엔드 모듈의 일부 구성일 수 있다.

복수의 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)은 복수의 안테나 소자들이 배치된 배열 안테나로 구성될 수 있다. 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)의 소자 개수는 도시된 바와 같이 2개, 3개, 4개 등에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)의 소자 개수는 2개, 4개, 8개, 16개 등으로 확장 가능하다. 또한, 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)의 소자는 동일한 개수 또는 상이한 개수로 선택될 수 있다. 복수의 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)은 디스플레이의 서로 다른 영역 또는 전자 기기의 하부 또는 측면에 배치될 수 있다. 복수의 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)이 디스플레이의 상부, 좌측, 하부 및 우측에 배치될 수 있지만, 이러한 배치 구조에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 복수의 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)이 디스플레이의 좌측 상부, 우측 상부, 좌측 하부 및 우측 하부에 배치될 수도 있다.

안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)은 임의의 주파수 대역에서 신호를 특정 방향으로 송신 및 수신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)은 28GHz 대역, 39GHz 대역, 및 64GHz 대역 중 어느 하나의 대역에서 동작할 수 있다.

전자 기기는 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4) 중 둘 이상의 모듈을 통해 서로 다른 엔티티와 연결 상태를 유지하거나 이를 위한 데이터 송신 또는 수신 동작을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 디스플레이 장치에 해당하는 전자 기기는 제1 안테나 모듈(ANT1)을 통해 제1 엔티티와 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다. 또한, 전자 기기는 제2 안테나 모듈(ANT2)을 통해 제2 엔티티와 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다. 일 예로, 전자 기기는 제1 안테나 모듈(ANT1)을 통해 이동 단말(mobile terminal, UE)과 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다. 전자 기기는 제2 안테나 모듈(ANT2)을 통해 셋톱 박스 또는 AP (Access Point)와 같은 제어 장치와 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다.

다른 안테나 모듈들, 예컨대 제3 안테나 모듈(ANT3) 및 제4 안테나 모듈(ANT4)을 통해 다른 엔티티와 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다. 다른 예로, 제3 안테나 모듈(ANT3) 및 제4 안테나 모듈(ANT4)을 통해 이전에 연결된 제1 및 제2 엔티티 중 적어도 하나를 통해 이중 연결 또는 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.

이동 단말(UE1, UE2)이 전자 기기의 전면 영역에 배치되고, 이동 단말(UE1, UE2)은 제1 안테나 모듈(ANT1)과 통신하도록 구성될 수 있다. 한편, 셋톱 박스(STB) 또는 AP가 전자 기기의 하부 영역에 배치되고, 셋톱 박스(STB) 또는 AP가 제2 안테나 모듈(ANT2)과 통신하도록 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 한다. 다른 예로, 제2 안테나 모듈(ANT2)이 하부 영역으로 방사하는 제1 안테나와 전면 영역으로 방사하는 제2 안테나를 모두 구비할 수 있다. 따라서, 제2 안테나 모듈(ANT2)은 제1 안테나를 통해 셋톱 박스(STB) 또는 AP와 통신을 수행하고, 제2 안테나를 통해 이동 단말(UE1, UE2) 중 어느 하나와 통신을 수행할 수 있다.

한편, 이동 단말(UE1, UE2) 중 어느 하나는 전자 기기와 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 구성될 수 있다. 일 예로, UE1은 전자 기기와 빔포밍을 수행하면서 MIMO를 수행하도록 구성될 수 있다. 전술한 바와 같이 영상표시장치에 해당하는 전자 기기는 다른 전자 기기 또는 셋톱 박스와 WiFi 무선 인터페이스를 통해 고속 통신을 수행할 수 있다. 일 예로, 전자 기기는 다른 전자 기기 또는 셋톱 박스와 802.11 ay 무선 인터페이스를 통해 60GHz 대역에서 고속 통신을 수행할 수 있다.

한편, 송수신부 회로 모듈들(1210a 내지 1210d)은 RF 주파수 대역에서 송신 신호 및 수신 신호를 처리하도록 동작 가능하다. 여기서, RF 주파수 대역은 전술한 바와 같이 28GHz 대역, 39GHz 대역, 및 64GHz 대역과 같은 밀리미터 대역의 임의의 주파수 대역일 수 있다. 한편, 송수신부 회로 모듈들(1210a 내지 1210d)은 RF SUB-MODULE (1210a 내지 1210d)로 지칭될 수 있다. 이때, RF SUB-MODULE (1210a 내지 1210d)의 개수는 4개에 한정되는 것은 아니고, 응용에 따라 2개 이상의 임의의 개수로 변경 가능하다.

또한, RF SUB-MODULE들(1210a 내지 1210d)은 RF 주파수 대역의 신호를 IF 주파수 대역의 신호로 변환하거나 또는 IF 주파수 대역의 신호를 RF 주파수 대역의 신호로 변환하는 상향변환 모듈 및 하향변환 모듈을 구비할 수 있다. 이를 위해, 상향변환 모듈 및 하향변환 모듈은 상향 주파수 변환 및 하향 주파수 변환을 수행할 수 있는 로컬 오실레이터(LO: Local Oscillator)를 구비할 수 있다.

한편, 복수의 RF SUB-MODULE들(1210a 내지 1210d)은 복수의 송수신부 회로 모듈들 중 어느 하나의 모듈에서 인접한 송수신부 회로 모듈로 신호가 전달될 수 있다. 이에 따라, 전달되는 신호가 복수의 송수신부 회로 모듈들(1210a 내지 1210d) 전부에 적어도 한 번 전달되도록 구성될 수 있다.

이를 위해, 루프 구조의 데이터 전달 경로(data transfer path)가 추가될 수 있다. 이와 관련하여, 루프 구조의 전송 경로(P2)를 통해, 인접한 RF SUB-MODULE (1210b, 1210c)은 양방향(bi-direction)으로 신호 전달이 가능하다.

또는, 피드백 구조의 데이터 전달 경로가 추가될 수 있다. 이와 관련하여, 피드백 구조의 데이터 전달 경로를 통해, 적어도 하나의 SUB-MODULE(1210c)은 나머지 SUB-MODULE(1210a, 1210b, 1210c)로 일방향(uni-direction)으로 신호 전달이 가능하다.

복수의 RF SUB-MODULE들은 제1 RF SUB-MODULE 내지 제4 RF SUB-MODULE(1210a 내지 1210d)을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 RF SUB-MODULE(1210a)로부터의 신호는 인접한 RF SUB-MODULE (1210b) 및 제4 RF SUB-MODULE(1210d)로 전달될 수 있다. 또한, 제2 RF SUB-MODULE(1210b) 및 제4 RF SUB-MODULE(1210d)은 상기 신호를 인접한 제3 RF SUB-MODULE(1210c)로 전달될 수 있다. 이때, 제2 RF SUB-MODULE(1210b)과 제3 RF SUB-MODULE(1210c) 간에 도 4와 같이 양방향 전송이 가능하면, 이를 루프 구조로 지칭할 수 있다. 반면에, 제2 RF SUB-MODULE(1210b)과 제3 RF SUB-MODULE(1210c) 간에 일방향 전송만 가능하면, 이를 피드백 구조로 지칭할 수 있다. 한편, 피드백 구조에서는 제3 RF SUB-MODULE(1210c)로 전달되는 신호가 적어도 둘 이상일 수 있다.

하지만, 이러한 구조에 제한되는 것은 아니라, 응용에 따라 기저대역 모듈은 제1 내지 제4 RF sub-module(1210a 내지 1210d) 중 특정 모듈에만 구비될 수 있다. 또는, 응용에 따라 기저대역 모듈은 제1 내지 제4 RF sub-module(1210a 내지 1210d)에 구비되지 않고, 별도의 제어부, 즉 기저대역 프로세서(1400)로 구성될 수 있다. 일 예로, 별도의 제어부, 즉 기저대역 프로세서(1400)에 의해서만 제어 신호 전달이 이루어질 수도 있다.

한편, 도 1과 같은 전자 기기에서, 도 2와 같은 무선 인터페이스를 구비하는 전자기기의 구체적인 구성 및 기능에 대해서 이하에서 설명하기로 한다. 전자 기기 간에 밀리미터파(mmWave) 대역의 통신 서비스를 이용하여 전자 기기 간에 데이터를 송신 또는 수신할 필요가 있다. 이와 관련하여, mmWave 무선 인터페이스로 802.11ay 무선 인터페이스를 이용하여 무선 AV(audio-video) 서비스 및/또는 고속 데이터 전송을 제공할 수 있다. 이 경우, 802.11ay 무선 인터페이스에 한정되는 것은 아니고, 60GHz 대역의 임의의 무선 인터페이스가 적용될 수 있다. 이와 관련하여, 전자 기기 간에 고속 데이터 전송을 위해 28GHz 대역 또는 60GHz 대역을 사용하는 5G 또는 6G 무선 인터페이스가 사용될 수도 있다.

4K 이상의 해상도로 영상을 전달하기 위하여 영상표시기기와 같은 전자 기기에서 무선 인터페이스를 제공하는 안테나 및 RFIC (radio frequency integrated chip)에 대한 구체적인 솔루션이 없다는 문제점이 있다. 특히, 영상표시기기와 같은 전자 기기가 건물의 벽에 배치되거나 테이블 위에 배치된 상황을 고려하여, 다른 전자 기기와 무선 AV 데이터를 송신 또는 수신할 필요가 있다. 이를 위해, 안테나 및 RFIC를 영상표시기기의 어느 영역에 배치할지에 대한 구체적인 구성과 안테나 구조가 제시될 필요가 있다.

이와 관련하여, 도 5a는 본 명세서와 관련하여 배열 안테나 모듈이 배치되는 다층 회로 기판과 RFIC가 연결된 구성을 나타낸다. 구체적으로, 본 명세서와 관련하여 AIP (Antenna In Package) 모듈 구조와 가요성 기판에 구현된 안테나 모듈 구조를 나타낸 것이다.

도 5a(a)를 참조하면, AIP (Antenna In Package) 모듈은 mmWave 대역 통신을 위하며, RFIC - PCB - 안테나 통합형으로 구성된다. 이와 관련하여, 배열 안테나 모듈(1100-1)은 도 5(a)와 도시된 바와 같이, 다층 기판(multi-layer PCB)과 일체로 구성될 수 있다. 따라서, 다층 기판과 일체로 구성되는 배열 안테나 모듈(1100-1)을 AIP 모듈로 지칭할 수 있다. 구체적으로, 다층 기판(multi-layer)의 일 측 영역에 배열 안테나 모듈(1100-1)이 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 다층 기판의 일 측 영역에 배치되는 배열 안테나 모듈(1100-1)을 이용하여 다층 기판의 측면 영역으로 제1 빔(B1)을 형성할 수 있다.

반면에, 도 5a(b)를 참조하면, 배열 안테나 모듈(1100-2)은 다층 기판 상에 배치될 수 있다. 배열 안테나 모듈(1100-2)의 배치는 도 5a(b)의 구조에 한정되는 것이 이나라, 다층 기판 내부의 임의의 레이어 상에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 다층 기판의 임의의 레이서 상에 배치되는 배열 안테나 모듈(1100-2)을 이용하여 다층 기판의 전면 영역으로 제2 빔(B2)을 형성할 수 있다. 이와 관련하여, 배열 안테나 모듈이 일체로 형성되는 AIP 모듈은 RFIC와 안테나 간의 거리를 최소화하기 위해, 동일 PCB에 배열 안테나(array antenna)가 배치될 수 있다.

한편, AIP 모듈의 안테나는 다층(multi-layer) PCB 제조 공정으로 구현될 수 있고, PCB의 수직/측면 방향으로 신호를 방사할 수 있다. 이와 관련하여, 패치 안테나, 다이폴/모노폴 안테나를 이용하여 이중 편파를 구현할 수 있다. 따라서, 도 5a(a)의 제1 배열 안테나(1100-1)를 다층 기판의 측면 영역에 배치하고, 도 5a(b)의 제2 배열 안테나(1100-2)를 다층 기판의 측면 영역에 배치할 수 있다. 이에 따라, 제1 배열 안테나(1100-1)를 통해 제1 빔(B1)을 생성하고, 제2 배열 안테나(1100-2)를 통해 제2 빔(B2)을 생성할 수 있다.

제1 배열 안테나(1100-1)와 제2 배열 안테나(1100-2)는 동일 편파를 갖도록 구성될 수 있다. 또는, 제1 배열 안테나(1100-1)와 제2 배열 안테나(1100-2)는 직교 편파를 갖도록 구성될 수 있다. 동작할 수도 있다. 이와 관련하여, 제1 배열 안테나(1100-1)는 수직 편파 안테나로 동작하고, 수평 편파 안테나로 동작할 수도 있다. 일 예로, 제1 배열 안테나(1100-1)는 수직 편파를 갖는 모노폴 안테나이고, 제2 배열 안테나는 수평 편파를 갖는 패치 안테나일 수 있다.

한편, 도 5b는 서로 다른 방사 방향을 갖는 안테나 구조를 나타낸 개념도이다.

도 5a(a) 및 도 5b(a)를 참조하면, 다층 기판의 측면 영역에 배치된 안테나 모듈의 방사 방향은 측면 방향에 해당한다. 이와 관련하여, 가요성 기판에 구현된 안테나는 다이폴/모노폴 안테나와 같은 방사 소자로 구성될 수 있다. 즉, 가요성 기판에 구현된 안테나는 end-fire antenna elements일 수 있다.

이와 관련하여, end-fire radiation은 기판과 수평 방향으로 방사하는 안테나에 의해 구현될 수 있다. 이러한 end-fire antenna는 다이폴/모노폴 안테나, 야기-다이폴 안테나, 비발디 안테나, SIW horn 안테나 등으로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 야기-다이폴 안테나와 비발디 안테나는 수평 편파 특성을 갖는다. 한편, 본 명세서에서 제시되는 영상표시기기에 배치되는 안테나 모듈 중 하나는 수직 편파 안테나가 필요하다. 따라서, 수직 편파 안테나로 동작하면서 안테나 노출 부위를 최소화할 수 있는 안테나 구조가 제시될 필요가 있다.

도 5a(b) 및 도 5b(a)를 참조하면, 다층 기판의 전면 영역에 배치된 안테나 모듈의 방사 방향은 전면 방향에 해당한다. 이와 관련하여, AIP 모듈에 배치된 안테나는 패치 안테나와 같은 방사 소자로 구성될 수 있다. 즉, AIP 모듈에 배치된 안테나는 broadside 방향으로 방사하는 broadside antenna elements일 수 있다.

한편, 배열 안테나가 내부에 배치되는 다층 기판은 메인 기판과 일체로 형성되거나 또는 메인 기판과 커넥터에 의해 모듈형으로 결합되도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 5c는 실시 예들에 따른 다층 기판과 메인 기판의 결합 구조를 나타낸 것이다. 도 5c(a)를 참조하면, 다층 기판(1010)에 RFIC(1250)와 모뎀(1400)이 일체로 형성된 구조를 나타낸다. 모뎀(1400)은 기저대역 프로세서(1400)로 지칭될 수 있다. 이에 따라 다층 기판(1010)은 메인 기판과 일체로 형성된다. 이러한 일체형 구조는 전자 기기에 하나의 배열 안테나 모듈만 배치되는 구조에 적용될 수 있다.

반면에, 다층 기판(1010)과 메인 기판(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. 또한, 영상표시기기(100)의 안테나 모듈(1100)을 통해 측면에 배치된 제3 통신 모듈(1100d)과 통신을 수행할 수 있다.

이와 관련하여, 통신 모듈(1100b)은 802.11 ay 무선 인터페이스를 통해 영상표시기기(100)로 고속으로 AV 데이터를 전달하는 셋톱 박스 또는 AP (Access point)일 수 있지만, 이에 한정되는 것이다. 한편, 제2 통신 모듈(1100c)은 802.11 ay 무선 인터페이스를 통해 영상표시기기(100)와 고속으로 데이터를 송수신하는 임의의 전자 기기일 수 있다. 한편, 전면, 하부 및 측면에 배치되는 통신 모듈들(1100b, 1100c,1100d)과 무선 통신을 수행하기 위해, 복수의 배열 안테나들을 구비하는 안테나 모듈(1100)은 서로 다른 방향으로 빔을 형성한다. 구체적으로, 안테나 모듈(1100)은 서로 다른 배열 안테나를 통해 전면 방향(B1), 하부 방향(B2) 및 측면 방향(B3)으로 빔을 형성할 수 있다.

한편, 도 5a(a)와 같은 AIP 모듈 구조에서 RFIC 구동 회로, 방열 구조에 따라 안테나 높이가 증가할 수 있다. 또한, 사용되는 안테나 타입에 따라 도 5(a) a와 같은 AIP 모듈 구조에서 안테나 높이가 증가할 수 있다. 반면에, 도 5a(b)와 같은 다층 기판에 측면 영역에 구현된 안테나 모듈 구조는 안테나를 low-profile 형상으로 구현할 수 있다.

한편, 도 1 내지 도 2와 같은 전자 기기에서, 도 4 및 도 6의 전자 기기의 내부 또는 측면에 배치될 수 있는 도 5a 및 도 5b의 안테나 모듈의 구체적인 구성에 대해서 설명한다.

영상표시장치와 같은 전자 기기가 주변의 전자 기기와 통신을 수행하기 위해, 안테나를 포함하는 통신 모듈이 구비될 수 있다. 한편, 최근 영상표시장치의 디스플레이 영역이 확장됨에 따라 안테나를 포함하는 통신 모듈의 배치 공간이 감소하게 된다. 이에 따라, 통신 모듈이 구현되는 다층 회로 기판 내부에 안테나를 배치할 필요성이 증가하고 있다.

본 명세서에 따른 광대역 안테나를 구비하는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 도 7a는 본 명세서에 따른 광대역 안테나를 구비하는 안테나 모듈의 측면도를 나타낸다. 도 7b는 도 7a의 안테나 모듈의 측면도에서 서로 다른 층에 배치되는 방사체의 크기와 이격 거리 및 방사체와 급전선 간의 이격 거리를 나타낸 것이다.

한편, 도 8a는 도 7a의 안테나 모듈의 전면도를 나타내고, 도 8b는 도 7a의 안테나 모듈의 사시도를 나타낸다.

도 7a 내지 도 8b를 참조하면, 안테나 모듈(1100)은 제1 방사체(1111) 및 제2 방사체(1112)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 방사체(1111) 및 제2 방사체(1112)는 다층 기판(1010)의 일부 영역이 중첩되도록 서로 다른 층에 배치되는 적층 구조(staked structure)로 구성될 수 있다. 제1 방사체(1111) 및 제2 방사체(1112)가 단일 안테나 소자(1110)로 동작할 수 있다. 따라서, 제1 방사체(1111) 또는 제2 방사체(1112)가 서로 다른 주파수 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다.

제1 방사체(1111)는 다층 기판(1010)의 내부 영역 또는 상부 영역 상에 배치되고, 무선 신호를 방사하도록 제1 도전 층(conductive layer)으로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 7a에 도시된 바와 같이 제1 방사체(1111)는 다층 기판(1010)의 상부 영역, 즉 상단부에 배치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 방사체(1111)의 상부에 유전체 층이 더 배치될 수 있어, 제1 방사체(1111)는 다층 기판(1010)의 내부 영역에 배치될 수도 있다.

제2 방사체(1112)는 제1 방사체(1111)의 하부 영역에 제1 방사체(1111)의 중심과 오프셋(offset)되어 배치될 수 있다. 제2 방사체(1112)도 제1 방사체(1111)와 유사하게 무선 신호를 방사하도록 제2 도전 층으로 형성될 수 있다. 한편, 제1 방사체(1111)와 제2 방사체(1112)는 일 축 상에서 중첩되게 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 방사체(1111)와 제2 방사체(1112) 중 어느 하나에만 급전선이 연결되어도 제1 방사체(1111)와 제2 방사체(1112) 중 하나도 안테나로 동작할 수 있다.

도 7a에 도시된 바와 같이 하부 방사체인 제2 방사체(1112)가 급전선(1120)가 연결될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 상부 방사체인 제1 방사체(1111)가 급전선(1120)가 연결되고 하부 방사체인 제2 방사체(1112)도 안테나로 동작할 수 있다.

본 명세서에서 개시되는 안테나 소자(1100)인 제1 방사체(1111) 및 제2 방사체(1112)는 독립적으로 동작하도록 구성될 수 있다. 따라서, 제2 방사체(1112)인 제2 패치 안테나의 중심이 제1 방사체(1111)인 제1 패치 안테나의 중심과 상이하도록 제1 방사체(1111) 및 제2 방사체(1112)가 배치될 수 있다. 다시 말해, 제2 패치 안테나(1112)의 중심이 제1 패치 안테나(1111)의 중심과 서로 다른 지점에 있도록 오프셋 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 패치 안테나(1111)와 제2 패치 안테나(1112)는 외곽의 일부 영역에서만 중첩(overlap)되도록 배치될 수 있다.

제1 방사체(1111)인 제1 패치 안테나가 저주파수(Low Frequency, Lf) 대역에서 동작한다. 제2 방사체(1112)인 제2 패치 안테나가 고주파수(High Frequency, Hf) 대역에서 동작한다. 이 경우, 제1 방사체(1111) 및 제2 방사체(1112)가 서로 다른 대역에서 독립적으로 동작할 수 있다. 따라서, 제1 방사체(1111) 및 제2 방사체(1112) 간의 공진이 발생하지 않아 안테나 동작 대역폭이 감소하지 않게 된다.

따라서, 제1 방사체(1111) 및 제2 방사체(1112)는 일 축 상에서 중첩되게 배치될 수 있다. 또한, 제1 방사체(1111)의 일 축 상의 길이와 제2 방사체(1112)의 일 축 상의 길이는 서로 다르게 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 방사체(1111) 및 제2 방사체(1112)가 다른 주파수 대역에서 동작하도록 구성된다. 제1 방사체(1111)는 저주파수 대역인 제1 주파수 대역(B1)에서 동작하도록 구성될 수 있다. 한편, 제2 방사체(1111)는 고주파수 대역인 제2 주파수 대역(B2)에서 동작하도록 구성될 수 있다.

이와 관련하여, 제2 방사체(1112)의 상부에 제1 방사체(1111)가 전체 영역을 커버하도록 구성되지 않도록 제2 방사체(1112)가 배치될 수 있다. 이를 위해, 제2 방사체(1112)의 중심이 제1 방사체(1111)의 중심에서 오프셋 되도록 배치된다. 이에 따라, 제2 방사체(1112)의 안테나 특성이 제1 방사체(1111)에 의해 크게 변경되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 제2 방사체(1112)의 안테나 특성은 사부에 배치된 제1 방사체(1111)와 거의 독립적으로 유지될 수 있다.

한편, 제1 방사체(1111) 및 제2 방사체(1112)가 중첩 영역 없이 배치되는 경우 제1 방사체(1111)도 별도의 급전선과 전기적으로 연결되어야 한다. 이 경우, 하나의 안테나를 두 개의 급전선으로 급전해야 하는 문제점이 있다. 따라서, 본 명세서에서는 제1 방사체(1111) 및 제2 방사체(1112)를 독립적으로 동작 시키면서 하나의 급전선을 통해 급전되는 광대역 안테나 구조를 제안할 수 있다.

제1 방사체(1111) 및 제2 방사체(1112)는 서로 다른 유전체 층(dielectric layer)상에 배치되는 제1 패치 안테나(1111) 및 제2 패치 안테나(1112)로 구현될 수 있다. 제2 패치 안테나(1112)는 급전선(feed line, 1120)과 신호 비아(signal via, 1131)를 통해 연결될 수 있다. 신호 비아(1131)는 제2 패치 안테나(1112)의 중심에서 일 축 상에서 오프셋된 지점에서 제2 패치 안테나(1112)와 연결될 수 있다. 다시 말해, 신호 비아, 즉 급전 비아(1131)가 제2 패치 안테나(1112)의 중심 점과 연결되지 않고, 제1 패치 안테나(1111)에서 멀어지는 방향으로 이격되어 배치될 수 있다.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 본 명세서에서 개시되는 안테나 소자(1110)의 제2 패치 안테나(1112)와 연결되는 신호 비아(1131)는 그라운드 층(G1)의 하부에 배치될 수 있다. 이 경우, 신호 비아(1131)가 그라운드 층(G1)과 전기적으로 연결되지 않도록 상호 이격된 상태로 그라운드 층(G1)을 관통하도록 구성될 수 있다.

이를 위해, 신호 비아(1131)의 복수의 패드들 중 그라운드 층과 동일 층에 제1 패드(VP1)가 배치되도록 그라운드 층(G1)에는 슬롯 영역(SR1)이 형성될 수 있다. 또한, 신호 비아(1131)는 슬롯 영역(SR1)을 통해 그라운드 층(G1)의 하부의 급전선(1120)과 수직하게 연결될 수 있다.

안테나 모듈(1120)은 그라운드 층(G1) 하부에 적어도 하나의 하부 도전층을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 모듈(1120)은 그라운드 층(G1) 하부에 급전선(1120)의 일 단부 및 타 단부와 소정 간격 이격되어 급전선(1120)과 동일 층에 배치되는 제2 하부 도전층(1142)을 포함할 수 있다. 이 경우, 제2 하부 도전층(1142)의 상부의 그라운드 층(G1)을 제1 하부 도전층으로 지칭할 수도 있다. 따라서, 복수의 하부 도전층(1140)은 제1 하부 도전층(1141)과 제2 하부 도전층(1142)을 포함하도록 구성될 수 있다.

한편, 급전선(1120)의 일 단부와 이격된 제2 하부 도전층(1142)의 일 단부는 제2 패치 안테나(1112)의 하부 영역의 내부 지점일 수 있다. 이와 관련하여, 급전선(1120)의 일 단부와 제2 하부 도전층(1142)의 일 단부 사이에 도전층이 제거된 영역을 제2 슬롯 영역(SR2)으로 지칭할 수도 있다.

제2 하부 도전층(1142)은 그라운드 층(G1)과 전기적으로 연결되어 제2 그라운드 층으로 구현될 수도 있다. 또는, 제2 하부 도전층(1142)은 그라운드 층(G1)과 전기적으로 분리되어 신호 라인으로 구현될 수도 있다.

한편, 안테나 모듈(1120)은 급전선(1120)의 하부에 배치되는 제3 하부 도전층(1143)을 더 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 제2 하부 도전층(1142)의 상부의 그라운드 층(G1)을 제1 하부 도전층으로 지칭할 수도 있다. 제2 하부 도전층(1142)의 상부의 그라운드 층(G1)을 제1 하부 도전층으로 지칭할 수도 있다. 따라서, 복수의 하부 도전층(1140)은 제1 하부 도전층(1141), 제2 하부 도전층(1142) 및 제3 하부 도전층(1143)을 포함하도록 구성될 수 있다.

제3 하부 도전층(1143)은 제2 패치 안테나(1112)의 하부 영역에 대응하는 영역에 도전층이 제거된 제3 슬롯 영역(SR3)을 포함할 수 있다. 제3 슬롯 영역(SR3)의 일 축 상의 길이는 신호 비아(1131)의 복수의 패드들의 일 축 상의 길이보다 더 길게 형성될 수 있다. 따라서, 제2 패치 안테나(1112)에 연결된 신호 비아, 즉 급전 비아(1131)가 급전선(1120)과 연결되는 지점에서 하단의 그라운드 층(G3)에 도전 층이 제거된 슬롯 영역(SR3)이 형성된다.

제3 하부 도전층(1143)은 그라운드 층으로 구현될 수 있다. 또는 응용에 따라 제3 하부 도전층(1143)은 그라운드 층과 전기적으로 연결되지 않고 플로팅 상태의 도전 층으로 구현될 수도 있다. 제3 하부 도전층(1143)이 분리된 복수의 도전층으로 구현되고 이들 중 일부는 그라운드 층으로 동작하고 나머지는 플로팅 상태의 도전층으로 동작할 수도 있다.

이러한 슬롯 영역(SR3)과 같이 도전 층이 제거된 영역을 개방 공간(open space)으로 지칭할 수 있다. 이러한 슬롯 영역(SR3)과 같은 개방 공간에 의해 패치 안테나의 크기를 증가시키기 않고 안테나의 공진 주파수를 저주파 대역으로 낮출 수 있다. 따라서, 그라운드 영역이 일부 제거됨에 따라 안테나의 전체 높이가 증가하여 광대역 동작할 수 있다.

또한, 복수의 하부 도전층(1140)은 제1 하부 도전층(1141), 제2 하부 도전층(1142), 제3 하부 도전층(1143) 및 제4 하부 도전층(1144)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제4 하부 도전층(1144)은 제2 패치 안테나(1112)가 배치된 영역의 하부 영역을 커버하도록 하부 신호 비아(1133)의 패드에 인접하게 배치될 수 있다. 제4 하부 도전층(1144)은 그라운드 층으로 구현될 수 있다. 또는 응용에 따라 제4 하부 도전층(1144)은 그라운드 층과 전기적으로 연결되지 않고 플로팅 상태의 도전 층으로 구현될 수도 있다. 제4 하부 도전층(1144)이 분리된 복수의 도전층으로 구현되고 이들 중 일부는 그라운드 층으로 동작하고 나머지는 플로팅 상태의 도전층으로 동작할 수도 있다.

한편, 안테나 모듈(1100)은 그라운드 층(G1)의 상부에 복수의 패드들로 구성된 그라운드 비아 월(1150)을 더 포함할 수 있다. 그라운드 비아 월(1150)은 다층 기판(1010)의 일 축 상에서 양 측에 배치되는 제1 그라운드 비아 월 (1151) 및 제2 그라운드 비아 월(1152)을 포함할 수 있다.

한편, 제1 및 제2 패치 안테나(1111, 1112)의 형상은 사각 패치로 구현되지만, 이에 한정되지 않고 삼각 패치, 사각 패치를 포함하는 임의의 다각형 형상의 패치 안테나로 구현될 수 있다. 또는, 제1 및 제2 패치 안테나(1111, 1112)의 형상은 도 10b의 원형 패치 안테나로 구현될 수도 있다.

제1 및 제2 패치 안테나(1111, 1112)의 형상은 동일한 형상으로 구현되지만, 응용에 따라 서로 다른 형상으로 구현될 수 있다. 일 예로, 도 16a 및 도 16b에서 설명할 이중 급전 구조의 제2 및 제3 패치 안테나(1112, 1113)는 안테나 크기 소형화를 위해 원형 패치 안테나로 구현될 수 있다. 한편, 상부 안테나인 제1 패치 안테나(1111)는 하나의 단일 안테나로 구현되고 안테나 크기에 제약이 없어 사각 패치 안테나로 구현될 수도 있다.

본 명세서에서 개시되는 광대역 안테나 구조를 갖는 안테나 모듈은 복수 개로 구비되고, 복수의 안테나 모듈은 별도로 구비되는 프로세서에 의해 제어될 수 있다. 이와 관련하여, 도 9는 본 명세서에 개시되는 안테나 소자가 배열 안테나로 구현된 경우 송수신부 회로가 기저대역 프로세서와 인터페이스되는 구성을 나타낸다.

안테나 모듈(1100)은 송수신부 회로(1250)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 송수신부 회로(1250)는 다층 기판(multi-layer substrate)으로 구성된 안테나 모듈(1100)에 배치될 수 있다.

다른 예로, 송수신부 회로(1250)은 안테나 모듈(1100)에 형성된 다층 기판(1010)과 별도로 구성될 수도 있다. 도 5c와 관련하여, 송수신부 회로(1250) 중 일부와 기저대역 프로세서(1400)가 메인 PCB(1020) 상에 배치될 수도 있다. 이 경우, mmWave 대역에서 신호 손실을 최소화하기 위해 RF 프론트 엔드는 다층 기판(1010)에 배치된다.

배열 안테나(1110-1, 1110-2)는 복수의 안테나 소자들(1110a 내지 1110d)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 안테나 소자들(1110a 내지 1110d) 각각은 제1 대역에서 동작하는 제1 패치 안테나(1111)와 제2 대역에서 동작하는 제2 패치 안테나(1112)를 포함하도록 구성될 수 있다.

배열 안테나(1110-1, 1110-2)의 안테나 소자의 개수는 4개에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다. 배열 안테나(1110-1, 1110-2)는 1x2, 1x4, 2x2 배열 안테나와 같이 다양한 수의 안테나 소자로 배열이 가능하고, 단일 편파(single polarization) 또는 이중 편파(dual-polarization)로 구현이 모두 가능하다.

각각의 배열 안테나(1110-1, 1110-2)는 각각의 안테나 모듈(1100-1, 1100-2)로 구현될 수 있다. 각각의 안테나 모듈(1100-1, 1100-2)에 각각의 RFIC (1250, 1250b)가 배치될 수 있다.

본 명세서의 실시예에 따른 송수신부 회로, 즉 RFIC(1250, 1250b)는 모뎀에 해당하는 기저대역 프로세서(1400)와 동작 가능하게 결합될 수 있다. 복수의 안테나 모듈(1100-1, 1100-2)이 전자 기기에 배치되는 경우, 각각의 안테나 모듈에 RFIC(1250, 1250b)가 배치될 수 있다. 각각의 안테나 모듈(1100-1, 1100-2)은 도 5c와 같이 서로 다른 전자 기기와 무선 통신을 수행하도록 구성되거나 또는 다중 입출력(MIMO)를 수행하도록 구성될 수 있다.

한편, 급전선(1120)과 제2 패치 안테나(1112) 간 오프셋 연결 구조에 의해 제1 패치 안테나(1111) 및 제2 패치 안테나(1112)에 형성되는 전류 분포는 변경된다. 이와 관련하여, 도 10a 및 도 10b는 중심 연결 구조와 오프셋 연결 구조에 따라 형성되는 모드와 제2 패치 안테나에 형성되는 전류 분포를 나타낸다. 한편, 도 11a 및 도 11b는 중심 연결 구조와 오프셋 연결 구조에 따라 제2 패치 안테나에 형성되는 전류 분포를 도시한 것이다.

이와 관련하여, 제1 패치 안테나(1111) 및 제2 패치 안테나(1112)의 형상을 원형 패치로 가정하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 패치 안테나(1111) 및 제2 패치 안테나(1112)의 형상은 삼각 패치, 사각 패치를 포함하는 임의의 다각형 패치로 구성될 수 있다.

도 10a를 참조하면, 신호 비아, 즉 급전 비아(1131)는 제2 패치 안테나(1112)의 중심 점(center point, CP)과 연결된다. 이 경우, 급전 비아(1131)가 연결된 지점을 중심으로 인접한 영역(Ra1)의 전류 분포가 상하 방향의 주변 영역(Rb1)의 전류 분포보다 더 높게 나타난다. 하지만, 상하 방향의 주변 영역(Rb1)의 전류 값이 무시할 수준은 아니어서, 이에 의한 신호 손실 및 다른 안테나와의 간섭이 발생할 수 있다. 이와 같이 전류 분포가 좌우 방향과 상하 방향의 전 방향으로 형성되는 제2 패치 안테나(1112)에 형성되는 모드는 TM₀₁ 모드이다.

구체적으로, 급전 비아(1131)가 제2 패치 안테나(1112)의 중심에 연결될 경우, 제2 패치 안테나(1112)에서 발생하는 전류가 급전 비아(1131)를 중심으로 상하 방향과 좌우 방향으로 모두 퍼지게 된다. 따라서, 제2 패치 안테나(1112)가 TM₀₁ 모드처럼 동작하게 되어, millimeter wave에서 안테나 편파로 MIMO 채널을 구분할 때 성능 저하가 발생할 수 있다. 도 10a 및 도 11a를 참조하면, 제2 패치 안테나(1112)에 발생하는 TM₀₁ 모드의 상하 방향의 전류에 의해 방사체와 그라운드에 원하지 않는 상하 방향의 전류가 발생하게 된다.

이와 관련하여, 도 10b와 같이 제2 패치 안테나(1112)의 오프셋된 지점, 예컨대 우측 지점에서 급전 비아(1131)와 연결 시, 제2 패치 안테나(1112)에서 방사하는 전자기파의 편파는 좌우 방향으로만 형성된다. 도 10b 및 도 11b를 참조하면, 신호 비아, 즉 급전 비아(1131)는 제2 패치 안테나(1112)의 중심 점에서 소정 거리만큼 오프셋된 지점(offset point, OP)과 연결된다. 이 경우, 급전 비아(1131)가 연결된 오프셋된 지점(OP)을 중심으로 인접한 영역(Ra2)의 전류 분포가 주변 영역(Rb2)의 전류 분포보다 더 높게 나타난다. 또한, 주변 영역(Rb2)의 전류 값이 도 11a의 주변 영역(Rb1)의 전류 값에 비해 매우 낮다. 이와 같이 전류 분포가 좌우 방향으로만 형성되는 제2 패치 안테나(1112)에 형성되는 모드는 TE₁₁ 모드이다.

그러나, 도 10a와 같이 TM₀₁ 모드는 상하/좌우 모든 방향으로 제2 패치 안테나(1112)에 전류가 형성된다. 따라서, 좌우 방향 이외에 상하 방향의 전류에 의한 편파 성분도 발생하게 된다. 이렇게 될 경우, 좌우 방향의 편파를 통해 전달되는 신호가 상하 방향의 편파를 통해서도 전달되게 된다. 따라서, 상하 방향의 편파로 동작하는 다른 안테나에서 전달되는 신호와 교란이 일어날 수 있다.

이와 관련하여, 도 11a에서 제1 및 제2 패치 안테나(1112)가 배치되지 않은 외곽 영역(Rc1)에서 전류 값은 임계 치 이상으로 나타난다. 이는 제1 및 제2 패치 안테나(1112)에서 발생하는 TM₀₁ 모드의 상하 방향의 전류에 의해 안테나 층과 그라운드 층에 원하지 않는 상하 방향의 전류가 발생하기 때문이다.

급전 비아(1131)를 도 10b와 같이 제1 패치 안테나(1111)의 중심에서 멀어지는 방향으로 제2 패치 안테나(1112)와 연결할 수 있다. 따라서, 제2 패치 안테나(1112)에서 발생하는 전류가 좌우 방향으로 형성되는 것이 주요 전류 분포(dominant current distribution)가 된다. 따라서, 안테나 소자(1110)가 TE₁₁모드처럼 동작하게 된다. 이에 따라, 상하 방향의 교차 편파(cross-polarization) 성분이 아닌 좌우 방향의 주 편파(co-polarization) 방사 성능을 증가시켜 안테나 이득 성능이 향상된다.

이와 관련하여, 도 11b에서 제1 및 제2 패치 안테나(1112)가 배치되지 않은 외곽 영역(Rc2)에서 전류 값은 임계 치 미만으로 나타난다. 이는 제1 및 제2 패치 안테나(1112)가 TE₁₁ 모드로 동작하면서 안테나 층과 그라운드 층에 원하지 않는 상하 방향의 전류가 거의 발생하지 않기 때문이다.

도 11a 및 도 11b는 전술한 바와 같이 중심 연결 구조와 오프셋 연결 구조에 따라 패치 안테나의 그라운드에서 발생하는 전류분포도를 나타낸다. 도 11a를 참조하면, TM₀₁ 모드에 의해 그라운드에 원하지 않은 상하 방향의 전류가 형성됨을 확인할 수 있다. 따라서, 좌우 방향의 주 편파(co-polarization) 성분 이외에도 상하 방향의 교차 편파(cross-polarization)성분이 발생한다. 이에 따라, 안테나 효율이 감소하고, MIMO 채널 성능이 열화될 수 있다.

도 11b를 참조하면, TE₁₁ 모드에 의해 상하 방향의 전류 성분이 감쇠(attenuate)되어 실질적으로 사라지게 된다. 이에 따라, 주 편파 방사성능이 증가하여 안테나 이득이 향상된다. 또한, 교차 편파 성분이 감소하여 MIMO 성능 향상에 따른 데이터 스루풋 성능 향상을 기대할 수 있다.

전술한 바와 같이, 안테나 모듈(1100)은 그라운드 층(G1)의 상부에 복수의 패드들로 구성된 그라운드 비아 월(1150)을 더 포함할 수 있다. 그라운드 비아 월(1150)은 다층 기판(1010)의 일 축 상에서 양 측에 배치되는 제1 그라운드 비아 월 (1151) 및 제2 그라운드 비아 월(1152)을 포함할 수 있다.

이와 관련하여, 도 12a는 일 실시 예에 따른 외곽 영역을 따라 비아 월이 형성되고 내부의 그라운드 층에 개방 공간이 형성된 다층 기판 구성을 나타낸다. 도 12b는 다양한 실시 예에 따른 비아 월 형성 구조를 나타낸다.

도 12a를 참조하면, 다층 기판(1010)의 측면 영역을 따라 그라운드 비아 월(1150)이 형성될 수 있다. 그라운드 비아 월(1150)의 일 측면 영역을 따라 형성된 제1 그라운드 비아 월(1151)과 타 측면 영역을 따라 형성된 제2 그라운드 비아 월(1152)을 포함할 수 있다.

한편, 그라운드 비아 월(1150)은 제1 패치 안테나(1111)를 중심으로 다층 기판(1010)의 테두리에 배치될 수 있다. 도 7a, 도 8a 및 도 12a를 참조하면 제1 패치 안테나(1111)를 중심으로 상부, 하부, 좌측 및 우측 영역의 4개의 면들 중에서 적어도 1개 이상의 영역에 배치될 수 있다. 그라운드 비아 월(1150)은 그라운드 층(G1)과 연결되어 안테나 이득을 향상시킬 수 있다. 또는, 그라운드 비아 월(1150)은 비아의 수직 연결부 없이 비아 패드만으로 구성된 플로팅(floating) 상태의 도체 월(conductor wall)로 구성될 수도 있다.

동박 형태의 비아 패드(VP)은 다층 기판(1010)의 전체 층에 배치될 수도 있지만, 일부 층에만 배치될 수도 있다. 도 12b (a) 및 도 12b (b)를 참조하면, 그라운드 비아 월(1150)은 수직 연결부(vertical connection portion, VC1, VC2, 쪋, VCn-1) 및 복수의 패드들(via pad, VP1, VP2, 쪋, VPn-1)을 포함할 수 있다. 도 12b (a)를 참조하면, 복수의 패드들(VP1, VP2, 쪋, VPn-1) 중 인접한 패드들은 수직 연결부(VC1, VC2, 쪋, VCn-1) 중 하나에 의해 상호 연결될 수 있다. 한편, 도 12b (b)를 참조하면, 그라운드 비아 월(1150)의 복수의 패드들(VP1, VP2, 쪋, VPn-1) 중 적어도 하나의 인접한 패드는 수직 연결부에 의해 연결되지 않도록 구성될 수 있다.

일 예로, 제1 패드(VP1)와 제2 패드(VP2)가 수직 연결부 없이 커플링 결합되도록 구성되고 나머지 패드들은 수직 연결부(VP2, 쪋, VPn-1)에 의해 연결될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고 각 층 별로 연결되거나 연결되지 않도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 신호 선들이 비아 월에 인접한 영역에 배치된 경우에는 비아 월이 수직 연결부 없이 커플링 결합되도록 구성될 수도 있다. 한편, 수직 연결부 없이 커플링 결합 시 그라운드 층과 전기적으로 연결되지 않고 복수의 도전 층들이 EBG (electronic band gap) 구조를 형성할 수도 있다. 이에 따라, 인접한 방사체 또는 신호 선에 의한 상호 간섭을 감소시키거나 또는 다층 기판(1010)에 인가되는 압력이나 열에 의한 변형을 방지할 수 있다.

반면에, 도 12b (c)를 참조하면, 그라운드 비아 월(1150)의 복수의 패드들(VP1, VP2, 쪋, VPn-1)은 수직 연결부 없이 커플링 결합되도록 구성될 수도 있다.

도 7a 및 도 12a를 참조하면, 제3 슬롯 영역(SR3)에 해당하는 개방 공간(open space)의 위치는 급전 비아(1131)와 연결되는 급전선(1120)의 하부에 배치되는 제3 그라운드(G3)에 배치될 수 있다. 제3 슬롯 영역(SR3)에 해당하는 개방 공간(open space)의 영향에 의해 안테나의 공진주파수가 낮아져 안테나 크기를 증가시키지 않고 소형화할 수 있다. 제3 슬롯 영역(SR3)에 해당하는 개방 공간의 크기는 급전 비아(1131)와 연결되는 제2 패치 안테나(1122)의 크기보다 작다.

한편, 도 13은 그라운드 층에 슬롯 영역과 같은 개방 공간 형성 유무에 따른 반사 계수 특성 결과를 나타낸다. 도 13을 참조하면, (i) 개방 공간이 없는 경우 69.5 GHz에서 공진하지만, (ii) 개방 공간이 형성된 경우 공진주파수가 60.5GHz로 하향 조정됨을 알 수 있다. 따라서, 그라운드 층에 슬롯 영역과 같은 개방 공간이 형성됨에 따라 안테나의 공진 주파수가 저대역(lower band)로 변경된다. 하부 패치 안테나인 제2 패치 안테나의 하부의 그라운드 층에 슬롯 영역과 같은 개방 공간이 형성됨에 따라 안테나의 유효 높이(effective height)가 증가되는 효과가 발생한다. 이에 따라, 안테나 모듈 내에서 안테나 소자의 크기를 증가시키지 않고 공진 주파수를 낮게 조정하거나 안테나 대역폭을 증가시킬 수 있다는 장점이 있다. 또한, 안테나가 배치된 영역의 유효 유전율이 감소하여 안테나 효율이 증가하는 장점이 있다.

한편, 도 7a의 제1 및 제2 패치 안테나(1111, 1112)를 포함하여 각각의 도전 층과 그라운드 층 및 급전선 간의 배치 간격이 안테나 성능의 최적화를 위해 도 7b와 같이 설정될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 및 제2 패치 안테나(1111, 1112) 간 크기 비율과 중첩 비율이 아래와 같이 설정될 수 있다.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 제1 패치 안테나(1111)의 일 축 상의 길이 (a)와 제2 패치 안테나(1112)의 일 축 상의 길이 (b)의 비율 (b/a)는 0.35 내지 0.9 사이의 범위로 설정될 수 있다. 한편, 제2 패치 안테나(1112)의 일 축 상의 길이 (b)와 제1 및 제2 패치 안테나(1111, 1112) 간 중첩된 길이 (c)의 비율 (c/b)는 0.7 미만의 범위로 설정될 수 있다.

이와 관련하여, 도 14a는 제1 및 제2 패치 안테나 간 중첩 비율 변화에 따른 주파수 별 안테나 이득을 나타낸다. 도 14a를 참조하면, 제1 및 제2 패치 안테나 간 중첩된 길이의 비율 (c/b)에 대한 안테나 방사 성능 변화를 나타낸다. 중첩된 길이의 비율 (c/b)이 0.25이면 안테나 이득은 57.2~70.2GHz 전 대역에서 6.5 dBi 이상의 안정적인 이득 값을 나타낸다. 한편, 중첩된 길이의 비율 (c/b)가 0에 가까워질 수록 전 대역에서 안테나 이득이 감소한다. 일 예로, 중첩된 길이의 비율 (c/b)이 0이 되면 57.2GHz에서 6.0dBi 이하의 안테나 이득을 갖고, 70.2GHz에서 6.5dBi 이하의 안테나 이득을 가져 안테나 성능이 저하된다.

한편, 중첩된 길이의 비율 (c/b)이 0.7에 가까워지면 70.2GHz에서 안테나 이득은 증가하지만 57.2GHz에서 안테나 이득은 점차 감소한다. 따라서, 중첩된 길이의 비율 (c/b)이 본 명세서의 실시예의 안테나 성능에 주된 영향을 미침을 알 수 있다.

한편, 급전선(1120)과 연결되는 제2 패치 안테나(1112)의 급전 위치의 오프셋 비율은 다음과 같이 설정될 수 있다. 제2 패치 안테나(1112)의 일 축 상의 길이 (b)와 제2 패치 안테나(1112)의 일 단부에서 급전선(1120)이 연결된 지점까지의 길이 (d)의 비율 (d/b)는 0.5 내지 1 사이의 범위로 설정될 수 있다.

이와 관련하여, 도 14b는 제2 패치 안테나의 급전 위치의 오프셋 비율에 따른 주파수 별 안테나 이득을 나타낸다. 도 14b를 참조하면, 급전선이 연결된 지점까지의 오프셋 비율 (d/b)에 대한 안테나 방사 성능 변화를 나타낸다. 오프셋 비율 (d/b)이 0.8이면 안테나 이득은 57.2~70.2GHz 전 대역에서 6.5 dBi 이상의 안정적인 성능을 나타낸다.

한편 오프셋 비율 (d/b)이 0.5에 가까워질 수록 전 대역에서 안테나 이득이 감소한다. 일 예로 오프셋 비율 (d/b)이 0.5가 되면 57.2GHz에서 5.5dBi 이하의 안테나 이득을 갖고, 70.2GHz에서 6.5dBi 이하의 안테나 이득을 가져 안테나 성능이 저하된다.

한편, 오프셋 비율 (d/b)이 1.0에 가까워지면 전 대역에서 안테나 이득이 점차 감소한다. 일 예로, 오프셋 비율 (d/b)이 1이 되면 57.2GHz에서 6.5 dBi 이하의 안테나 이득을 가져 안테나 성능이 저하된다. 따라서, 오프셋 비율 (d/b)이 이 본 명세서의 실시예의 안테나 성능에 주된 영향을 미침을 알 수 있다.

한편, 제2 패치 안테나(1112)가 배치되는 층의 위치는 제1 패치 안테나(1111)와 그라운드 층(G1) 사이의 임의의 층일 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 패치 안테나(1112)가 배치되는 층의 위치는 그라운드 층(G1)보다 제1 패치 안테나(1111)가 배치된 층에 인접하게 배치될 수 있다. 일 예로, 제1 패치 안테나(1111)와 제2 패치 안테나(1112) 간 수직 거리 (e)와 제1 패치 안테나(1111)와 급전선(1120) 상부의 그라운드 층(G1)까지의 수직 거리 (f)의 비율 (e/f)는 0.1 내지 0.5 사이의 범위로 설정될 수 있다. 따라서, 제2 패치 안테나(1112)가 배치되는 층의 위치는 그라운드 층(G1)보다 제1 패치 안테나(1111)가 배치된 층에 인접하게 배치될 수 있다.

그라운드 비아 월(1150)은 도 12a와 같이 다층 기판(1010)의 측면 상에 또는 측면 영역에 인접하게 배치될 수 있다. 한편, 그라운드 비아 월(1150)은 도 7과 같이 다층 기판(1010)의 측면 단부와 소정 간격만큼 이격되어 배치될 수 있다.

이와 관련하여, 급전선이 연결된 지점과 제2 그라운드 비아 월(1152)까지의 거리(g)는 상기 제1 및 제2 패치 안테나(1111, 1112)에 의한 안테나 소자의 동작 주파수에 해당하는 파장의 0.25배 이하로 설정될 수 있다. 마찬가지로, 제1 그라운드 비아 월(1151)도 다층 기판(1010)의 단부에서 소정 간격만큼 이격되도록 배치될 수 있다. 하지만, 제1 그라운드 비아 월(1151)이 배치된 영역에 인접하게 급전선이 배치되지 않기 때문에, 다층 기판(1010)의 측면 상에 또는 측면 영역에 인접하게 배치될 수도 있다.

전술한 바와 같이, 본 명세서에서 제시되는 도 7a 및 도 7b의 오프셋 급전 구조 및 오프셋 중첩 구조의 광대역 안테나의 배치 구조와 관련하여, 설계 파라미터는 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.

전술한 바와 같이, 제1 패치 안테나(1111)의 일 축 상의 길이 (a)와 제2 패치 안테나(1112)의 일 축 상의 길이 (b)의 비율 (b/a)는 0.35 내지 0.9 사이의 범위로 설정될 수 있다. 한편, 제2 패치 안테나(1112)의 일 축 상의 길이 (b)와 제1 및 제2 패치 안테나(1111, 1112) 간 중첩된 길이 (c)의 비율 (c/b)는 0.7 미만의 범위로 설정될 수 있다.

또한, 제2 패치 안테나(1112)의 일 축 상의 길이 (b)와 제2 패치 안테나(1112)의 일 단부에서 급전선(1120)이 연결된 지점까지의 길이 (d)의 비율 (d/b)는 0.5 내지 1 사이의 범위로 설정될 수 있다. 제1 패치 안테나(1111)와 제2 패치 안테나(1112) 간 수직 거리 (e)와 제1 패치 안테나(1111)와 급전선(1120) 상부의 그라운드 층(G1)까지의 수직 거리 (f)의 비율 (e/f)는 0.1 내지 0.5 사이의 범위로 설정될 수 있다. 급전선이 연결된 지점과 제2 그라운드 비아 월(1152)까지의 거리(g)는 상기 제1 및 제2 패치 안테나(1111, 1112)에 의한 안테나 소자의 동작 주파수에 해당하는 파장의 0.25배 이하로 설정될 수 있다.

한편, 본 명세서의 실시예에 따른 제1 및 제2 방사체는 다양한 형상의 패치 안테나로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이 사각 패치 안테나로 구성되거나 또는 임의의 다각형 형상의 패치 안테나로 구성될 수 있다. 도 7a 내지 도 8b를 참조하면, 제1 패치 안테나(1111)는 제1 길이(L1)와 제1 너비(W1)를 갖는 사각 패치 안테나로 구성될 수 있다. 또한, 제2 패치 안테나(1112)는 제2 길이(L2)와 제2 너비(W2)를 갖는 사각 패치 안테나로 구성될 수 있다. 이 경우, 제1 패치 안테나(1111)와 제2 패치 안테나(1112)는 길이 방향으로 제3 길이(L3)만큼 중첩되게 배치될 수 있다. 한편, 제1 패치 안테나(1111)와 제2 패치 안테나(1112)는 너비 방향으로는 각각의 너비(W1, W2)만큼 중첩되게 배치될 수 있다. 따라서, 제1 패치 안테나(1111)와 제2 패치 안테나(1112)는 길이 및 너비 방향으로 중첩되는 영역(1112b) 상에서 중첩되게 배치될 수 있다.

다른 예로, 도 15는 다른 실시 예에 따른 원형 패치 형상으로 구현된 제1 및 제2 패치 안테나의 구성을 나타낸다. 도 7 및 도 15를 참조하면, 제1 패치 안테나(1111)는 제1 직경(R1)을 갖는 원형 패치 안테나로 구성될 수 있다. 제2 패치 안테나(1112)는 제2 직경(R2)을 갖는 원형 패치 안테나로 구성될 수 있다. 제1 패치 안테나(1111)와 제2 패치 안테나(1112)는 일 축 방향으로 제4 길이(L4)만큼 중첩되는 호 영역(arc region, 1112c) 상에서 중첩되게 배치될 수 있다.

한편, 본 명세서에서 개시되는 광대역 안테나 구성이 이중 급전(dual feed) 구조에도 적용될 수 있다. 이에 따라, 이중 급전 구조가 적용된 광대역 안테나는 이중 편파 안테나로 동작할 수 있다.

이와 관련하여, 도 16a는 본 명세서에서 개시되는 광대역 안테나 구성이 이중 급전 구조로 구현된 다층 기판의 측면도를 나타낸다. 한편, 도 16b는 본 명세서에서 개시되는 광대역 안테나 구성이 이중 급전 구조로 구현된 다층 기판의 전면도를 나타낸다.

도 16a 및 도 16b를 참조하면, 제2 패치 안테나(1112)는 일 축 방향으로 오프셋된 제1 지점에서 제1 신호 비아(1131)를 통해 급전선(1121)과 연결되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 제2 패치 안테나(1112)가 제1 지점에서 제1 신호 비아(1131)를 통해 제1 급전선(1121)과 연결된 것으로 간주될 수 있다.

한편, 안테나 모듈(1100)은 일 축 방향과 직교하는 타 축 방향으로 오프셋된 제2 지점에서 제2 신호 비아(1132)를 통해 제2 급전선(1122)과 연결되는 제3 패치 안테나(1113)를 더 포함할 수 있다. 제1 신호 비아(1131)와 제2 신호 비아(1132)를 포함하여 신호 비아(1130)로 지칭할 수 있다.

제2 패치 안테나(1112)와 제3 패치 안테나(1113)는 다층 기판(1010)의 동일 층에서 일 축 방향 및 타 축 방향으로 배치될 수 있다. 한편, 급전선(1120)은 단일 급전 방식의 경우 제1 급전선(1121) 및 제2 급전선(1122) 중 하나를 지칭할 수 있다. 반면에, 이중 급전 방식의 경우 급전선(1120)은 제1 급전선(1121) 및 제2 급전선(1122)를 포함하도록 구성될 수 있다.

이에 따라, 일 축 방향의 제1 급전선(1121)과 연결되는 제2 패치 안테나(1112) 및 제1 패치 안테나(1111)에 의해 제2 대역 및 제1 대역에서 안테나 소자(1110)가 제1 편파 신호를 방사할 수 있다. 한편, 타 축 방향의 제2 급전선(1122)과 연결되는 제3 패치 안테나(1113) 및 제1 패치 안테나(1111)에 의해 제2 대역 및 제1 대역에서 안테나 소자(1110)가 제2 편파 신호를 방사할 수 있다.

이와 관련하여, 제1 편파 신호는 수평 편파 신호이고, 제2 편파 신호는 수직 편파 신호일 수 있다. 제1 패치 안테나(1111)는 단일 소자로 구현된다. 한편, 신호 비아, 즉 급전 비아(1121, 1122)에 연결되는 하부 패치 안테나는 각각 제2 패치 안테나(1112)와 제3 패치 안테나(1113)으로 독립적으로 구현될 수 있다.

제2 패치 안테나(1112)와 제3 패치 안테나(1113)가 일부 영역이 중첩되도록 동일 층 또는 다른 층에 형성되도록 구성될 수도 있다. 하지만, 동일 층에서 제2 및 제3 패치 안테나(1112, 1113)가 중첩되면 직교 편파 간에 간섭 수준이 증가할 수 있다. 한편, 다른 층에서 제2 및 제3 패치 안테나(1112, 1113)가 일부 중첩되도록 배치되면 이중 편파 간에 안테나 이득 차이가 발생할 수 있다. 따라서, 제2 및 제3 패치 안테나(1112, 1113)가 동일 층에서 중첩되지 않도록 독립적으로 구현되는 것이 최적의 배치 구조이다.

이에 따라, 동일 층에서 중첩되지 않도록 독립적으로 배치되는 제2 및 제3 패치 안테나(1112, 1113)는 간섭 수준이 저감된 상태로 서로 다른 직교 편파를 구현할 수 있다. 예를 들어, 제1 패치 안테나(1111)와 이의 우측 영역에 배치되는 제2 패치 안테나(1112)를 통해 수평 편파 신호를 방사할 수 있다. 또한, 제1 패치 안테나(1111)와 이의 상부 영역에 배치되는 제3 패치 안테나(1113)를 통해 수직 편파 신호를 방사할 수 있다. 따라서, 제2 및 제3 패치 안테나(1112, 1113)가 동일 층에서 중첩되지 않도록 독립적으로 구현되어, 서로 다른 직교 편파로 동작하므로 상호 간 영향을 주지 않고 독립적으로 동작할 수 있다.

한편, 제1 편파 신호와 제2 편파 신호는 이에 한정되는 것은 아니고 실질적으로 직교하는 임의의 편파 신호일 수 있다. 한편, 제1 대역은 제1 패치 안테나(1111)의 동작 대역으로 저주파수 대역일 수 있다. 반면에, 제2 대역은 제2 패치 안테나(1112) 및 제3 패치 안테나(1113)의 동작 대역으로 고주파수 대역일 수 있다.

본 명세서의 실시예에 따른 송수신부 회로(1250), 즉 RFIC(1250)는 모뎀에 해당하는 프로세서(1400)와 동작 가능하게 결합될 수 있다. 복수의 안테나 모듈(1100-1, 1100-2)이 전자 기기에 배치되는 경우, 각각의 안테나 모듈에 RFIC(1250, 1250b)가 배치될 수 있다. 각각의 안테나 모듈(1100-1, 1100-2)은 도 5c와 같이 서로 다른 전자 기기와 무선 통신을 수행하도록 구성되거나 또는 다중 입출력(MIMO)를 수행하도록 구성될 수 있다.

이와 관련하여, 도 1 내지 도 16b를 참조하면, 송수신부 회로(1250)는 다층 기판(1010)의 하부에 배치되고, 복수의 연결 단자들을 통해 다층 기판(1010)과 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다.

송수신부 회로(1250)의 복수의 연결 단자들 중 하나는 급전선(1120)과 하부 신호 비아(lower signal via, 1133)를 통해 연결될 수 있다. 한편, 그라운드 층(G1)을 관통하여 제2 패치 안테나(1112)와 연결되는 신호 비아(1131)를 상부 신호 비아(upper signal via, 1131)로 지칭할 수도 있다. 하부 신호 비아(1133)는 복수의 패드들(VP1, VP2, 쪋, VPn-1)과 수직 연결부를 통해 급전선(1120)의 타 단부와 수직하게 연결될 수 있다.

한편, 본 명세서에서 개시되는 안테나 모듈은 제1 방사체(1111) 및 제2 방사체(1113)를 포함하는 안테나 소자들로 이루어진 배열 안테나로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 5c, 도 7a 도 9, 도 16a 및 도 16b를 참조하면, 전자 기기는 전자 기기의 내부에 배치되어 다층 기판(1010)과 동작 가능하게 결합되는 메인 PCB(1020)를 더 포함할 수 있다. 메인 PCB(1020)에 배치된 프로세서(1400)는 배열 안테나가 다른 전자 기기로 무선 신호를 방사하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다.

배열 안테나(1110-1, 1110-2)는 복수의 안테나 소자들(1110a 내지 1110d)를 포함하도록 구성될 수 있다. 복수의 안테나 소자들(1110a 내지 1110d) 각각은 제1 및 제2 패치 안테나(1111, 1112)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 패치 안테나(1111, 1112)가 각각 제1 및 제2 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다. 한편, 복수의 안테나 소자들(1110a 내지 1110d) 각각은 제1 내지 제3 패치 안테나(1111, 1112, 1113)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 제1 패치 안테나(1111)는 제1 대역에서 동작하고, 제2 및 제3 패치 안테나(1112, 1113)는 제2 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다. 제2 및 제3 패치 안테나(1112, 1113)는 직교 편파로 동작할 수 있다.

배열 안테나(1110-1, 1110-2)는 1x2, 1x4, 2x2 배열 안테나와 같이 다양한 수의 안테나 소자로 배열이 가능하고, 단일 편파(single polarization) 또는 이중 편파(dual-polarization)로 구현이 모두 가능하다.

프로세서(1400)는 안테나의 동작 대역을 고려하여 송수신부 회로(1250)를 통해 배열 안테나로 인가되는 신호의 주파수 대역이 변경되도록 제어할 수 있다. 프로세서(1400)는 배열 안테나 중 제1 방사체(1111)를 통해 방사되는 제1 대역의 제1 무선 신호를 이용하여 무선 통신을 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 한편, 프로세서(1400)는 제1 무선 신호의 품질이 임계치 이하이면, 다른 주파수 대역을 통해 다른 전자 기기와 무선 통신을 수행할 수 있다.

이에 따라, 무선 신호 품질이 저하된 경우 별도로 다시 빔 포밍 과정을 수행하지 않고 주파수 대역만 변경하여 무선 통신을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 도 6(b)에 도시된 바와 같이 전자 기기(100)는 다른 전자 기기(1100b, 1100c)와 기지국이나 AP를 경유하지 않고 직접 무선 통신을 수행하므로 전자 기기(100)가 AP와 연동하지 않고 직접 주파수 대역을 변경할 수 있다.

제1 무선 신호의 품질이 임계치 이하이면, 프로세서(1400)는 배열 안테나 중 제2 방사체(1112)를 통해 방사되는 제2 대역의 제2 무선 신호를 이용하여 무선 통신을 수행하도록 송수신부 회로를 제어할 수 있다. 이에 따라, 송수신부 회로(1250)는 급전선(1120)을 통해 배열 안테나로 제2 대역의 제2 무선 신호를 인가하도록 구성될 수 있다.

한편, 주파수 대역 변경 후에도 다른 제2 무선 신호의 품질이 임계치 이하이면, 제1 또는 제2 무선 신호를 이용하여 도 3b와 같이 빔 포밍을 수행하여 최적의 빔 방향을 선택할 수 있다.

이상에서는 본 명세서의 일 양상에 따른 다층 기판(1010) 상에 구현된 안테나 모듈(1100)을 구비하는 전자 기기(100)에 대해 설명하였다. 이하에서는 본 명세서의 다른 양상에 따른 다층 기판(1010) 상에 구현된 안테나 모듈(1100)에 대해 설명한다.

도 5a 내지 도 16b를 참조하면, 안테나 모듈(1100)은 다층 기판(multi-layer substrate, 1010)으로 구현될 수 있다. 안테나 모듈(1100)은 제1 방사체(1111), 제2 방사체(1112) 및 급전선(feed line, 1120)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 방사체(1111)는 다층 기판(1010)의 내부 영역 또는 상부 영역 상에 배치되고, 제1 대역의 제1 무선 신호를 방사하도록 제1 도전 층(conductive layer)으로 형성될 수 있다. 제2 방사체(1112)는 제1 방사체(1111)의 하부 영역에 제1 방사체(1111)의 중심과 오프셋(offset)되어 배치될 수 있다. 제 2 방사체(1112)는 제2 대역의 제2 무선 신호를 방사하도록 제2 도전 층으로 형성될 수 있다. 급전선(1120)은 신호 비아(signal via, 1131)를 통해 제2 패치 안테나(1112)와 연결되도록 구성될 수 있다.

제1 방사체(1111)와 제2 방사체(1112)는 일 축 상에서 중첩되게 배치될 수 있다. 제1 방사체(1111)의 일 축 상의 길이와 제2 방사체(1112)의 일 축 상의 길이는 서로 다르게 형성되어, 제1 방사체(1111)와 제2 방사체(1112)가 다른 주파수 대역에서 동작하도록 구성되어 안테나 소자(1110)가 광대역 동작할 수 있다.

제1 방사체(1111)와 제2 방사체(1112)는 서로 다른 유전체 층(dielectric layer)상에 배치되는 제1 패치 안테나(1111) 및 제2 패치 안테나(1112)로 구현될 수 있다. 제2 패치 안테나(1112)는 급전선(1120)과 신호 비아(1131)를 통해 연결될 수 있다. 신호 비아(1131, 1132)는 제2 패치 안테나(1112)의 중심에서 일 축 상에서 오프셋된 지점에서 제2 및 제3 패치 안테나(1112, 1113)와 연결되도록 구성될 수 있다.

신호 비아(1131, 1132)의 복수의 패드들 중 그라운드 층(G1)과 동일 층에 제1 패드(GP1)가 배치되도록 그라운드 층(G1)에는 슬롯 영역(SR1)이 형성될 수 있다. 신호 비아(1131, 1132)는 슬롯 영역(SR1)을 통해 그라운드 층(G1)의 하부의 급전선(1120)과 수직하게 연결될 수 있다.

안테나 모듈(1100)은 급전선(1120)의 일 단부 및 타 단부와 소정 간격 이격되어 급전선(1120)과 동일 층에 배치되는 제2 하부 도전층(1142) 및 급전선(1120)의 하부에 배치되는 제3 하부 도전층(1143)을 더 포함할 수 있다. 제3 하부 도전층(1143)은 제2 패치 안테나(1112)의 하부 영역에 대응하는 영역에 도전층이 제거된 제3 슬롯 영역(SR3)을 포함할 수 있다. 제3 슬롯 영역(SR3)의 일 축 상의 길이는 신호 비아(1131)의 복수의 패드들 VP1, VP2, 쪋, VPn-1)의 일 축 상의 길이보다 더 길게 형성될 수 있다. 제3 슬롯 영역(SR3)은 제3 하부 도전층(1143)에 해당하는 그라운드 층(G3)에 형성되어 안테나 크기를 감소시킬 수 있고, 그라운드 층(G3)이 개방된다는 의미에서 제3 슬롯 영역(SR3)은 개방 공간(open space)으로 지칭될 수 있다.

본 명세서에 따른 오프셋 구조의 급전 구조를 적용 시 안테나 이득 향상과 빔 틸트 시 부엽 수준(side lobe level, SLL) 저감이 가능하다. 이와 관련하여, 도 17a는 도 10a의 중심 급전 구조와 도 10b의 오프셋 급전 구조에 따른 주파수 별 안테나 이득 특성을 비교한 것이다. 한편, 도 17b는 도 10a의 중심 급전 구조와 도 10b의 오프셋 급전 구조에 따른 빔 틸트 시 부엽 수준을 비교한 것이다.

도 10b 및 도 17a를 참조하면, 하부 안테나인 제2 패치 안테나(1122)의 중심에서 일 축 방향으로 오프셋된 지점에 오프셋 급전 구조를 적용시킨 오프셋 급전 구조의 TE₁₁ 모드에 의해 안테나 효율이 상승하게 된다. 도 17a를 참조하면, 57.2~70.2GHz에 해당하는 약 13GHz의 전 대역에서 약 +0.5dB 안테나 이득 향상을 얻을 수 있다. 이와 같이 안테나 이득이 향상된 안테나 소자(1110)를 이용하여 1x4 배열 안테나를 구현 시 최대 13.9 dBi의 배열 안테나 이득을 얻을 수 있다.

도 10b 및 도 17b를 참조하면, 하부 안테나인 제2 패치 안테나(1122)의 중심에서 일 축 방향으로 오프셋된 지점에 오프셋 급전 구조를 적용시킬 경우 TE₁₁ 모드에 의해 교차 편파 수준이 감소하여 방사 패턴 효율도 향상된다. 도 17b를 참조하면, TE₁₁ 모드로 동작하는 오프셋 급전 구조의 배열 안테나는 TM₀₁ 모드로 동작하는 중심 급전 구조의 배열 안테나에 비해 부엽 수준도 향상시킨다.

일 예로, 중심 급전 구조의 배열 안테나는 부엽 수준(SLL)이 SLL = 13.2 - 6.8 = 6.4dB이다. 반면에, 오프셋 구조의 배열 안테나는 부엽 수준(SLL)이 SLL = 13.5 - 3.9 = 9.6dB이다. 따라서, 배열 안테나를 구성하는 안테나 소자(1110) 간 배치 간격 증가 없이도 약 3.2 dB의 부엽 수준 성능이 향상된 결과를 얻을 수 있다. 부엽 수준 성능이 향상됨에 따라, 다른 방향에서 수신되는 신호에 의한 간섭 효과를 저감할 수 있다.

본 명세서에서 개시되는 다층 임피던스 구조로 구현되는 측면 안테나(1100S) 또는 하부 안테나(1100L)는 배열 안테나로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 18a는 제1 타입 안테나와 제2 타입 안테나가 배열 안테나로 형성된 안테나 모듈(1100)이 전자 기기(1000)에 배치된 구조를 나타낸다. 도 18b는 복수의 배열 안테나 모듈을 확대한 도면이다.

도 1 내지 도 18b를 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 18b와 같이 3개 이상으로 구현될 수도 있다. 따라서, 배열 안테나는 제1 배열 안테나 모듈(1100-1) 내지 제3 배열 안테나 모듈(1100-3)을 포함하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 제1 배열 안테나 모듈(1100-1) 및 제3 배열 안테나 모듈(1100-3) 중 적어도 하나는 안테나 모듈(1100)의 측면에 배치되어 측면 방향(B3)으로 빔을 형성하도록 구성될 수 있다.

다른 예로, 제1 배열 안테나 모듈(1100-1) 및 제3 배열 안테나 모듈(1100-3) 중 적어도 하나는 안테나 모듈(1100)의 전면에 배치되어 전면 방향(B1)으로 빔을 형성하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 배열 안테나 모듈(1100-1) 및 제2 배열 안테나 모듈(1100-2)을 이용하여 전면 방향(B1)으로 각각 제1 빔 및 제2 빔을 형성할 수 있다. 도 5c의 모뎀에 해당하는 프로세서(1400)는 제1 및 제2 배열 안테나 모듈(1100-1, 1100-2)을 각각 이용하여 각각 제1 빔 및 제2 빔을 제1 방향 및 제2 방향으로 형성하도록 제어할 수 있다. 즉, 제1 배열 안테나 모듈(1100-1)을 이용하여 수평 방향에서 제1 방향으로 제1 빔을 형성할 수 있다. 또한, 제2 배열 안테나 모듈(1100-2)을 이용하여 수평 방향에서 제2 방향으로 제2 빔을 형성할 수 있다. 이와 관련하여, 프로세서(1400)는 제1 방향의 제1 빔 및 제2 방향의 제2 빔을 이용하여 다중 입출력(MIMO)를 수행할 수 있다.

도 5c 및 도 9의 모뎀에 해당하는 프로세서(1400)는 제1 및 제2 배열 안테나 모듈(1100-1, 1100-2)을 각각 이용하여 각각 제1 빔 및 제2 빔을 제1 방향 및 제2 방향으로 형성하도록 제어할 수 있다. 즉, 제1 배열 안테나 모듈(1100-1)을 이용하여 수평 방향에서 제1 방향으로 제1 빔을 형성할 수 있다. 또한, 제2 배열 안테나 모듈(1100-2)을 이용하여 수평 방향에서 제2 방향으로 제2 빔을 형성할 수 있다. 이와 관련하여, 프로세서(1400)는 제1 방향의 제1 빔 및 제2 방향의 제2 빔을 이용하여 다중 입출력(MIMO)를 수행할 수 있다.

프로세서(1400)는 제1 및 제2 배열 안테나 모듈(1100-1, 1100-2)을 이용하여 제3 방향으로 제3 빔을 형성할 수 있다. 이와 관련하여, 프로세서(1400)는 제1 및 제2 배열 안테나 모듈(1100-1, 1100-2)를 통해 수신되는 신호가 합성되도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 또한, 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)를 통해 제1 및 제2 배열 안테나 모듈(1100-1, 1100-2)로 전달되는 신호가 각각의 안테나 소자로 분배되도록 제어할 수 있다. 프로세서(1400)는 제1 빔 및 제2 빔보다 좁은 빔 폭을 갖는 제3 빔을 이용하여 빔 포밍을 수행할 수 있다.

한편, 프로세서(1400)는 제1 방향의 제1 빔 및 제2 방향의 제2 빔을 이용하여 다중 입출력(MIMO)를 수행하고, 제1 빔 및 제2 빔보다 좁은 빔 폭을 갖는 제3 빔을 이용하여 빔 포밍을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 전자 기기 주변의 다른 전자 기기로부터 수신되는 제1 신호 및 제2 신호 품질이 임계치 이하이면, 제3 빔을 이용하여 빔 포밍을 수행할 수 있다.

배열 안테나의 소자 개수는 도시된 바와 같이 2개, 3개, 4개 등에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 배열 안테나의 소자 개수는 2개, 4개, 8개, 16개 등으로 확장 가능하다. 이에 따라, 배열 안테나는 1x2, 1x3, 1x4, 1x5, 쪋, 1x8 배열 안테나로 구성될 수 있다.

한편, 도 19는 실시 예들에 따른 전자 기기의 특정 위치에서 서로 다른 결합 구조로 결합된 안테나 모듈을 나타낸다. 도 19(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 19(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 19(c)를 참조하면, 안테나 모듈(1100)은 기구 구조에 해당하는 후면 케이스(1001)의 내부에 배치될 수도 있다. 후면 케이스(1001)의 내부에 디스플레이(151)와 실질적으로 평행하게 배치될 수 있다. 이에 따라, 모노폴 방사체를 통해 전자 기기의 하부 방향으로 빔(B2)을 생성할 수 있다. 한편, 패치 안테나를 통해 전자 기기의 후면 방향으로 다른 빔(B3)을 생성할 수 있다.

도 1 내지 도 19를 참조하여, 본 명세서의 실시 예에 따른 다층 기판(1010) 상에 구현된 배열 안테나 모듈(1100-1 내지 1100-3)에 대해 설명한다.

배열 안테나 모듈(1100-1 내지 1100-3)은 다층 기판(multi-layer substrate, 1010)으로 구현될 수 있다. 안테나 모듈(1100)은 제1 방사체(1111), 제2 방사체(1112) 및 급전선(feed line, 1120)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 방사체(1111)는 다층 기판(1010)의 내부 영역 또는 상부 영역 상에 배치되고, 제1 대역의 제1 무선 신호를 방사하도록 제1 도전 층(conductive layer)으로 형성될 수 있다. 제2 방사체(1112)는 제1 방사체(1111)의 하부 영역에 제1 방사체(1111)의 중심과 오프셋(offset)되어 배치될 수 있다. 제 2 방사체(1112)는 제2 대역의 제2 무선 신호를 방사하도록 제2 도전 층으로 형성될 수 있다. 급전선(1120)은 신호 비아(signal via, 1131)를 통해 제2 패치 안테나(1112)와 연결되도록 구성될 수 있다.

배열 안테나 모듈(1100-1 내지 1100-3)은 급전선(1120)의 일 단부 및 타 단부와 소정 간격 이격되어 급전선(1120)과 동일 층에 배치되는 제2 하부 도전층(1142) 및 급전선(1120)의 하부에 배치되는 제3 하부 도전층(1143)을 더 포함할 수 있다. 제3 하부 도전층(1143)은 제2 패치 안테나(1112)의 하부 영역에 대응하는 영역에 도전층이 제거된 제3 슬롯 영역(SR3)을 포함할 수 있다. 제3 슬롯 영역(SR3)의 일 축 상의 길이는 신호 비아(1131)의 복수의 패드들 VP1, VP2, 쪋, VPn-1)의 일 축 상의 길이보다 더 길게 형성될 수 있다. 제3 슬롯 영역(SR3)은 제3 하부 도전층(1143)에 해당하는 그라운드 층(G3)에 형성되어 안테나 크기를 감소시킬 수 있고, 그라운드 층(G3)이 개방된다는 의미에서 제3 슬롯 영역(SR3)은 개방 공간(open space)으로 지칭될 수 있다.

이상에서는 밀리미터파 대역에서 동작하는 광대역 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기에 대해 살펴보았다. 이와 같은 밀리미터파 대역에서 동작하는 광대역 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

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

다층 기판(multi-layer substrate)으로 구현된 안테나 모듈에 있어서,

상기 다층 기판의 내부 영역 또는 상부 영역 상에 배치되고, 무선 신호를 방사하도록 제1 도전 층(conductive layer)으로 형성된 제1 방사체;

상기 제1 방사체의 하부 영역에 상기 제1 방사체의 중심과 오프셋(offset)되어 배치되고, 무선 신호를 방사하도록 제2 도전 층으로 형성된 제2 방사체; 및

신호 비아(signal via)를 통해 상기 제2 방사체와 연결되도록 구성된 급전선(feed line)을 포함하고,

상기 제1 방사체와 상기 제2 방사체는 일 축 상에서 중첩되게 배치되고, 상기 제1 방사체의 일 축 상의 길이와 상기 제2 방사체의 일 축 상의 길이는 서로 다르게 형성되어, 상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체가 다른 주파수 대역에서 동작하도록 구성되고,

상기 제1 방사체와 상기 제2 방사체는 서로 다른 유전체 층(dielectric layer)상에 배치되는 제1 패치 안테나 및 제2 패치 안테나로 구현되고,

상기 제2 패치 안테나는 상기 급전선(feed line)과 상기 신호 비아(signal via)를 통해 연결되고,

상기 신호 비아는 상기 제2 패치 안테나의 중심에서 일 축 상에서 오프셋된 지점에서 상기 제2 패치 안테나와 연결되고,

상기 제1 패치 안테나의 일 축 상의 길이 (a)와 상기 제2 패치 안테나의 일 축 상의 길이 (b)의 비율 (b/a)는 0.35 내지 0.9 사이의 범위로 설정되고,

제2 패치 안테나의 일 축 상의 길이 (b)와 상기 제1 및 제2 패치 안테나 간 중첩된 길이 (c)의 비율 (c/b)는 0.7 미만의 범위로 설정되는, 안테나 모듈.
제1 항에 있어서,

상기 신호 비아의 복수의 패드들 중 그라운드 층과 동일 층에 제1 패드가 배치되도록 상기 그라운드 층에는 슬롯 영역이 형성되고,

상기 신호 비아는 상기 슬롯 영역을 통해 상기 그라운드 층의 하부의 상기 급전선과 수직하게 연결되는 것을 특징으로 하는, 안테나 모듈.
제2 항에 있어서,

상기 안테나 모듈은 상기 급전선의 일 단부 및 타 단부와 소정 간격 이격되어 상기 급전선과 동일 층에 배치되는 제2 하부 도전층을 더 포함하고,

상기 급전선의 일 단부와 이격된 상기 제2 하부 도전층의 일 단부는 상기 제2 패치 안테나의 하부 영역의 내부 지점인 것을 특징으로 하는, 안테나 모듈.
제1 항에 있어서,

상기 안테나 모듈은 상기 급전선의 하부에 배치되는 제3 하부 도전층을 더 포함하고,

상기 제3 하부 도전층은 상기 제2 패치 안테나의 하부 영역에 대응하는 영역에 도전층이 제거된 제3 슬롯 영역을 포함하고,

상기 제3 슬롯 영역의 일 축 상의 길이는 상기 신호 비아의 복수의 패드들의 일 축 상의 길이보다 더 길게 형성되는 것을 특징으로 하는, 안테나 모듈.
제2 항에 있어서,

상기 안테나 모듈은 상기 그라운드 층의 상부에 복수의 패드들로 구성된 그라운드 비아 월을 더 포함하고,

상기 그라운드 비아 월은 상기 다층 기판의 일 축 상에서 양 측에 배치되는 제1 그라운드 비아 월 및 제2 그라운드 비아 월을 포함하는, 안테나 모듈.
제5 항에 있어서,

상기 그라운드 비아 월은 수직 연결부 및 복수의 패드들을 포함하고,

상기 그라운드 비아 월의 상기 복수의 패드들 중 적어도 하나의 인접한 패드는 수직 연결부에 의해 연결되지 않도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 안테나 모듈.
제1 항에 있어서,

상기 제2 패치 안테나의 일 축 상의 길이 (b)와 상기 제2 패치 안테나의 일 단부에서 상기 급전선이 연결된 지점까지의 길이 (d)의 비율 (d/b)는 0.5 내지 1 사이의 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는, 안테나 모듈.
제1 항에 있어서,

상기 제1 패치 안테나와 상기 제2 패치 안테나 간 수직 거리 (e)와 상기 제1 패치 안테나와 상기 급전선 상부의 그라운드 층까지의 수직 거리 (f)의 비율 (e/f)는 0.1 내지 0.5 사이의 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는, 안테나 모듈.
제5 항에 있어서,

상기 급전선이 연결된 지점과 상기 제2 그라운드 비아 월까지의 거리(g)는 상기 제1 및 제2 패치 안테나에 의한 안테나 소자의 동작 주파수에 해당하는 파장의 0.25배 이하인 것을 특징으로 하는, 안테나 모듈.
제1 항에 있어서,

상기 제1 패치 안테나는 제1 길이와 제1 너비를 갖는 사각 패치 안테나로 구성되고, 상기 제2 패치 안테나는 제2 길이와 제2 너비를 갖는 사각 패치 안테나로 구성되고,

상기 제1 패치 안테나와 상기 제2 패치 안테나는 길이 방향으로 제3 길이만큼 중첩되게 배치되는, 안테나 모듈.
제1 항에 있어서,

상기 제1 패치 안테나는 제1 직경을 갖는 원형 패치 안테나로 구성되고, 상기 제2 패치 안테나는 제2 직경을 갖는 원형 패치 안테나로 구성되고,

상기 제1 패치 안테나와 상기 제2 패치 안테나는 일 축 방향으로 제4 길이만큼 중첩되는 호 영역(arc region)상에서 중첩되게 배치되는, 안테나 모듈.
제1 항에 있어서,

상기 제2 패치 안테나는 일 축 방향으로 오프셋된 제1 지점에서 상기 신호 비아를 통해 상기 급전선과 연결되고,

상기 안테나 모듈은 상기 일 축 방향과 직교하는 타 축 방향으로 오프셋된 제2 지점에서 제2 신호 비아를 통해 제2 급전선과 연결되는 제3 패치 안테나를 더 포함하고,

상기 제2 패치 안테나와 상기 제3 패치 안테나는 상기 다층 기판의 동일 층에서 상기 일 축 방향 및 상기 타 축 방향으로 배치되는, 안테나 모듈.
제1 항에 있어서,

다층 기판으로 구성된 상기 안테나 모듈에 배치되는 송수신부 회로(transceiver circuit)를 더 포함하고,

상기 송수신부 회로는 상기 다층 기판의 하부에 배치되고, 복수의 연결 단자들을 통해 상기 다층 기판과 전기적으로 연결되고,

상기 복수의 연결 단자들 중 하나는 상기 급전선과 하부 신호 비아(lower signal via)를 통해 연결되고,

상기 하부 신호 비아는 복수의 패드들과 수직 연결부를 통해 상기 급전선의 타 단부와 수직하게 연결되는, 안테나 모듈.
안테나 모듈을 구비하는 전자 기기에 있어서,

다층 기판(multi-layer substrate)으로 구성된 상기 안테나 모듈에 배치되는 송수신부 회로(transceiver circuit);

상기 전자 기기의 내부에 배치되어 상기 다층 기판과 동작 가능하게 결합되는 메인 PCB; 및

상기 다층 기판의 내부 영역 또는 상부 영역 상에 배치되고, 무선 신호를 방사하도록 제1 도전 층(conductive layer)으로 형성된 제1 방사체 및 상기 제1 방사체의 하부 영역에 상기 제1 방사체의 중심과 오프셋(offset)되어 배치되고, 무선 신호를 방사하도록 제2 도전 층으로 형성된 제2 방사체를 포함하는 안테나 모듈을 포함하고,

상기 제1 방사체와 상기 제2 방사체는 서로 다른 유전체 층(dielectric layer)상에 배치되는 제1 패치 안테나 및 제2 패치 안테나로 구현되고,

상기 제2 패치 안테나는 급전선(feed line)과 신호 비아(signal via)를 통해 연결되고,

상기 신호 비아는 상기 제2 패치 안테나의 중심에서 일 축 상에서 오프셋된 지점에서 상기 제2 패치 안테나와 연결되고,

상기 제1 패치 안테나의 일 축 상의 길이 (a)와 상기 제2 패치 안테나의 일 축 상의 길이 (b)의 비율 (b/a)는 0.35 내지 0.9 사이의 범위로 설정되고,

제2 패치 안테나의 일 축 상의 길이 (b)와 상기 제1 및 제2 패치 안테나 간 중첩된 길이 (c)의 비율 (c/b)는 0.7 미만의 범위로 설정되는, 전자 기기.
제14 항에 있어서,

상기 안테나 모듈은 상기 신호 비아를 통해 상기 제2 패치 안테나와 연결되도록 구성된 상기 급전선을 더 포함하고,

상기 제1 방사체와 상기 제2 방사체는 일 축 상에서 중첩되게 배치되고, 상기 제1 방사체의 일 축 상의 길이와 상기 제2 방사체의 일 축 상의 길이는 서로 다르게 형성되어, 상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체가 다른 주파수 대역에서 동작하도록 구성되는, 전자 기기.
제14 항에 있어서,

상기 신호 비아의 복수의 패드들 중 그라운드 층과 동일 층에 제1 패드가 배치되도록 상기 그라운드 층에는 슬롯 영역이 형성되고,

상기 신호 비아는 상기 슬롯 영역을 통해 상기 그라운드 층의 하부의 상기 급전선과 수직하게 연결되는 것을 특징으로 하는, 전자 기기.
제14 항에 있어서,

상기 안테나 모듈은 상기 급전선의 일 단부 및 타 단부와 소정 간격 이격되어 상기 급전선과 동일 층에 배치되는 제2 하부 도전층; 및

상기 급전선의 하부에 배치되는 제3 하부 도전층을 더 포함하고,

상기 급전선의 일 단부와 이격된 상기 제2 하부 도전층의 일 단부는 상기 제2 패치 안테나의 하부 영역의 내부 지점이고,

상기 제3 하부 도전층은 상기 제2 패치 안테나의 하부 영역에 대응하는 영역에 도전층이 제거된 제3 슬롯 영역을 포함하고,

상기 제3 슬롯 영역의 일 축 상의 길이는 상기 신호 비아의 복수의 패드들의 일 축 상의 길이보다 더 길게 형성되는 것을 특징으로 하는, 전자 기기.
제16 항에 있어서,

상기 안테나 모듈은 상기 그라운드 층의 상부에 복수의 패드들로 구성된 그라운드 비아 월을 더 포함하고,

상기 그라운드 비아 월은 상기 다층 기판의 일 축 상에서 양 측에 배치되는 제1 그라운드 비아 월 및 제2 그라운드 비아 월을 포함하는, 전자 기기.
제16 항에 있어서,

상기 안테나 모듈은 상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체를 포함하는 안테나 소자들로 이루어진 배열 안테나로 구성되고,

상기 메인 PCB에 배치된 프로세서는 상기 배열 안테나가 다른 전자 기기로 무선 신호를 방사하도록 상기 송수신부 회로를 제어하는, 전자 기기.
제19 항에 있어서,

상기 프로세서는,

상기 배열 안테나 중 상기 제1 방사체를 통해 방사되는 제1 대역의 제1 무선 신호를 이용하여 무선 통신을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어하고,

상기 제1 무선 신호의 품질이 임계치 이하이면, 상기 배열 안테나 중 상기 제2 방사체를 통해 방사되는 제2 대역의 제2 무선 신호를 이용하여 무선 통신을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어하고,

상기 송수신부 회로는 상기 급전선을 통해 상기 배열 안테나로 상기 제2 대역의 상기 제2 무선 신호를 인가하는, 전자 기기.