WO2023085451A1 - 조정된 방사 패턴을 갖는 안테나 모듈 및 이를 구비하는 전자 기기 - Google Patents

조정된 방사 패턴을 갖는 안테나 모듈 및 이를 구비하는 전자 기기 Download PDF

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WO2023085451A1
WO2023085451A1 PCT/KR2021/016327 KR2021016327W WO2023085451A1 WO 2023085451 A1 WO2023085451 A1 WO 2023085451A1 KR 2021016327 W KR2021016327 W KR 2021016327W WO 2023085451 A1 WO2023085451 A1 WO 2023085451A1
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WO
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radiator
layer
antenna
disposed
ground
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PCT/KR2021/016327
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English (en)
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우승민
서유석
이동익
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엘지전자 주식회사
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/44—Details of, or arrangements associated with, antennas using equipment having another main function to serve additionally as an antenna, e.g. means for giving an antenna an aesthetic aspect
    • H01Q1/46—Electric supply lines or communication lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart

Definitions

  • the present specification relates to an antenna module and an electronic device including the same. Certain implementations relate to an antenna module having a tuned radiation pattern and an electronic device 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 the antenna module and electronic components such as a transceiver circuit are configured to be electrically connected.
  • the transceiver circuit is operatively coupled to the antenna module, and the antenna module may be configured as a multi-layer substrate.
  • a radiation pattern of a signal radiated from the antenna module may be radiated in a direction perpendicular to the multilayer substrate.
  • communication may be disconnected when there is an obstacle on a communication path during communication between electronic devices in which these antenna modules are disposed.
  • a radiation pattern of a signal radiated from the antenna module is formed in a direction perpendicular to the multi-layer board, communication disconnection occurs on a communication path with obstacles.
  • Another object is to provide a broadband antenna module operating in a millimeter wave band and an electronic device including the same.
  • Another object of the present specification is to change the direction of a signal radiated from an antenna element operating in a millimeter wave band.
  • Another object of the present specification is to change the direction of a signal radiated from an antenna element operating in a millimeter wave band to prevent communication disconnection even when there is an obstacle on a communication path.
  • Another object of the present specification is to tilt a radiation pattern of a signal emitted from an antenna element by a predetermined angle in a vertical direction without beamforming.
  • Another object of the present specification is to tilt a radiation pattern of a signal emitted from an antenna element by a predetermined angle in a vertical direction without arranging an antenna module at an angle.
  • an antenna module implemented as a multi-layer substrate is disposed on an inner region or an upper region of the multi-layer substrate, and includes at least one conductive layer to radiate a radio signal.
  • a radiator formed of a conductive layer; a power supply structure configured to be connected to the radiator through a signal via disposed in a lower region of the radiator; a lower ground layer disposed on a lower region of the conductive layer constituting the radiator and configured to operate as a ground for the radiator; and a multi-layer ground structure connected to the lower ground layer and having different end positions for each layer so as to be spaced apart from the radiator at different intervals for each layer of the multi-layer substrate.
  • the multi-layer ground structure may include a plurality of ground layers. Ends of the plurality of ground layers may be formed in side regions as the lower regions are lower. Accordingly, the length of each ground layer disposed on each layer in one axial direction may be further reduced in the lower region.
  • the multi-layer ground structure may include vertical vias vertically connecting adjacent ground layers.
  • the length of each ground layer disposed on each layer in an axial direction may be further reduced in a lower region, and the plurality of ground layers may be configured such that the number of vertical vias decreases in a lower region.
  • the antenna module may further include a dummy patch disposed on one side of the radiator and spaced apart from the radiator by a predetermined distance on the other side of the radiator.
  • the radiator and the dummy patch may be disposed on the same layer, and the dummy patch may be disposed along an outline of the radiator to correspond to a shape of the radiator.
  • the radiator may be a circular patch disposed on a first layer, and the dummy patch may be formed in an arc shape of a predetermined angular range on the first layer.
  • the radiator includes a first radiator disposed on the first layer; and a second radiator formed of a second conductive layer disposed in a second layer, which is a lower region of the first radiator, offset from the center of the first radiator, and transmitting a radio signal to the first radiator.
  • the first radiator and the second radiator may be formed of a first patch antenna and a second patch antenna, respectively.
  • the second patch antenna may be connected to a feed line through the signal via at a first point offset in one axis direction.
  • the antenna module may further include a third patch antenna as a third radiator connected to a second feeder line through a second signal via at a second point offset in a direction of another axis orthogonal to the one axis direction.
  • the second patch antenna and the third patch antenna may be disposed in the one axial direction and the other axial direction on the same layer of the multilayer substrate.
  • the multi-layer ground structure may include a first ground structure configured such that the vertical vias are formed on one lateral region of the multi-layer substrate; and a second ground structure configured to be connected to the lower ground layer by a second vertical via at a second position spaced apart from one side end of the multilayer board by a predetermined distance.
  • the multi-layer ground structure may include a first ground structure configured such that the vertical vias are formed on one lateral region of the multi-layer substrate; a ground wall connected to the lower ground layer and forming an area of the other side of the multilayer board; and disposed in a lower region of the dummy patch in a region between the ground wall and the radiator and connected to the lower ground layer by a third vertical via at a third position spaced apart from an end of the other side surface of the multi-layer substrate by a predetermined distance. It may include a third ground structure configured to be.
  • the second radiator and the third radiator are configured not to be connected to the first radiator, so that the first signal from the second radiator and the second signal from the third radiator are coupled to the first radiator. It can be configured to be ringed.
  • the second radiator and the third radiator are configured to be connected to the first radiator through vertical vias, so that a first signal from the second radiator and a second signal from the third radiator are connected to the first radiator. It may be configured to be delivered directly to the emitter.
  • the radiator may include an upper radiator disposed on the first layer and configured to operate in a first frequency band; and a lower radiator disposed in a second layer that is a lower region of the first radiator and having a size larger than that of the first radiator to operate in a second frequency band lower than the first frequency band.
  • the lower radiator is connected to a feed line through a signal via at a first point offset in one axis direction, and connected to a second feed line through a second signal via at a second point offset in another axis direction orthogonal to the one axis direction.
  • the multi-layer ground structure may include a first ground structure configured such that the vertical vias are formed on one side surface of the multi-layer substrate and formed to a first length in a first layer; and a second layer having a second length shorter than the first length and configured to be connected to the lower ground layer by a second vertical via at a second position spaced apart from one end of one side of the multilayer substrate by a predetermined distance.
  • 2 may include a ground structure.
  • the first ground structure may be configured to operate in the lower radiator and the second frequency band
  • the second ground structure may be configured to operate in the upper radiator and the first frequency band
  • the dummy patch may include a first dummy patch disposed between the radiator and a ground wall formed on the other side of the multilayer substrate; and a second dummy patch disposed between the multi-layer ground structure formed on one side of the multi-layer substrate and the radiator.
  • the second dummy patch may include first and second dummy patterns.
  • the first and second dummy patterns may be arranged to be spaced apart from a first layer and a second layer that is a lower layer of the first layer or connected by vertical vias, or may be arranged to be spaced apart from the first layer by a predetermined distance. .
  • the antenna module may configure an array antenna in which a plurality of radiators are arranged at a predetermined interval in at least one axial direction.
  • the array antenna may include a first antenna element and a second antenna element adjacent to the first antenna element.
  • One end of the ground wall disposed between the first antenna element and the second antenna element may be formed as the multi-layered ground structure.
  • the array antenna may further include the third antenna element adjacent to the second antenna element and the fourth antenna element adjacent to the third antenna element.
  • a first feeding patch may be disposed in an area on one side of the first antenna element in the one axis direction, and a second feeding patch may be disposed in an area on the other side of the second antenna element.
  • a third feeding patch may be disposed in an area on one side of the third antenna element in the one-axis direction, and a fourth feeding patch may be disposed in an area on the other side of the fourth antenna element.
  • the multi-layer ground structure having one end of the multi-layer ground structure may be disposed between the first feed patch and the second feed patch and between the third feed patch and the fourth feed patch.
  • An electronic device having an antenna module includes an antenna module; a transceiver circuit disposed in the antenna module composed of a multi-layer substrate; and a main PCB disposed inside the electronic device and operably coupled to the multilayer board.
  • a radiator disposed on an inner region or an upper region of the multilayer substrate and formed of at least one conductive layer to radiate radio signals; a power supply structure configured to be connected to the radiator through a signal via disposed in a lower region of the radiator; a lower ground layer disposed on a lower region of the conductive layer constituting the radiator and configured to operate as a ground for the radiator; and a multi-layer ground structure connected to the lower ground layer and having different end positions for each layer so as to be spaced apart from the radiator at different intervals for each layer of the multi-layer substrate.
  • the antenna module may further include a dummy patch in which the multi-layered ground structure is disposed in an area on one side of the radiator and disposed in an area on the other side of the radiator at a predetermined distance from the radiator.
  • the radiator and the dummy patch may be disposed on the same layer, and the dummy patch may be disposed along an outline of the radiator to correspond to a shape of the radiator.
  • the radiator includes a first radiator disposed on the first layer; and a second radiator formed of a second conductive layer disposed in a second layer, which is a lower region of the first radiator, offset from the center of the first radiator, and transmitting a radio signal to the first radiator.
  • the multi-layer ground structure may include a first ground structure configured such that the vertical vias are formed on one lateral region of the multi-layer substrate; and a second ground structure configured to be connected to the lower ground layer by a second vertical via at a second position spaced apart from one end of one side of the multilayer board by a predetermined distance.
  • the antenna module may configure an array antenna in which a plurality of radiators are arranged at a predetermined interval in at least one axial direction.
  • the array antenna includes a first antenna element and a second antenna element adjacent to the first antenna element, and one end of a ground wall disposed between the first antenna element and the second antenna element has the multi-layered ground structure.
  • a processor disposed on the main PCB may control the transceiver circuit so that the array antenna radiates radio signals to other electronic devices.
  • the radiator may include an upper radiator disposed on the first layer and configured to operate in a first frequency band; and a lower radiator disposed in a second layer that is a lower region of the first radiator and having a size larger than that of the first radiator to operate in a second frequency band lower than the first frequency band.
  • the processor may control the transceiver circuit to perform wireless communication using a first radio signal of a first band radiated through the upper radiator of the array antenna.
  • the processor may control the transceiver circuit to perform wireless communication using a second radio signal of a second band radiated through the lower radiator of the array antenna when the quality of the first radio signal is equal to or less than a threshold value. there is.
  • the transceiver circuit applies the first signal of the first band to the lower radiator through a first feed line connected to the feed structure, and applies the second signal of the first band to the lower radiator through a second feed line connected to the feed structure. A second signal of the band may be applied.
  • a broadband antenna module operating in a millimeter wave band may be disposed in an electronic device to provide a high-speed communication service with other electronic devices.
  • a ground structure of an antenna module operating in a millimeter wave band is optimized, and a direction of a signal radiated from an antenna element is changed to provide reliable high-speed communication service between electronic devices.
  • the radiation pattern of the signal emitted from the antenna element is tilted by a predetermined angle in the vertical direction without beamforming, so that communication disconnection can be prevented even when there is an obstacle on the communication path.
  • a radiation pattern of a signal radiated from an antenna element may be tilted by a predetermined angle in a vertical direction by optimizing a multilayer ground structure without arranging the antenna module at an angle.
  • 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 is a conceptual diagram related to a communication method in case of radio interference between an antenna module disposed in a lower region of an electronic device and a second antenna module that may be disposed in another electronic device according to the present specification.
  • 7B is a conceptual diagram illustrating a main beam direction of an antenna module in which a beam pattern according to the present specification is formed to be inclined.
  • Figure 8a shows a front view of a multi-layer substrate on which an antenna element formed in a ground wall having an inclined multi-layer ground structure according to the present specification is disposed.
  • FIG. 8B is a side view of the multi-layer substrate having the multi-layer ground structure of FIG. 8A.
  • 9A to 10B show cross-sectional views of multi-layer ground structures according to various embodiments of the present specification.
  • 11A to 11C show structures in which dummy patch structures according to different embodiments are disposed on a multilayer substrate.
  • 12A illustrates radiation directions of electromagnetic waves according to different ground structures.
  • FIG. 12B illustrates electric field distribution and a corresponding radiation direction in the structure of a patch antenna having a rolled ground structure according to the present specification.
  • 13A is a side view and a front view of an antenna module in which a rolled ground structure and a dummy patch are formed according to the present specification.
  • FIG. 13B illustrates an electric field distribution and a corresponding radiation direction in the structure of a patch antenna in which a dummy patch is formed according to the present specification.
  • FIG. 14 shows an antenna module in which one end of a ground wall between array antennas is formed in a multi-layered ground structure.
  • 15A and 15B show radiation patterns when a horizontally polarized signal and a vertically polarized signal of the single antenna element of FIG. 14 are applied.
  • FIG. 16 shows the structure of a 2x2 array antenna according to the present specification.
  • 17A and 17B show beam patterns when a horizontally polarized signal and a vertically polarized signal are applied to the 2x2 array antenna of FIG. 16 .
  • FIG. 18A is a front view of an antenna structure in which first and second feeding pads are formed in a diagonal direction according to an embodiment. Meanwhile, FIG. 18B shows a radiation pattern in the antenna structure of FIG. 18A.
  • FIG. 19a shows the electric field distribution of the antenna structure according to Fig. 18a.
  • FIG. 19B shows a current distribution formed in a conductor of the antenna structure according to FIG. 18A.
  • 20A 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.
  • 20B is an enlarged view of a plurality of array antenna modules.
  • 21 illustrates antenna modules coupled in different coupling structures at a specific location of an electronic device according to embodiments.
  • 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)
  • 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. .
  • a smart home usage model may consider a wireless interface between a source device and a sink device to stream 8K UHD content at home.
  • the source device may be any one of a set-top box, Blu-ray player, tablet, and 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.
  • first to fourth devices 410 may perform beamforming, and the other three devices may not perform beamforming.
  • two of the first to fourth devices 410 may perform beamforming, but the other two 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 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 .
  • communication can be performed with the third communication module 1100d disposed on the 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 antenna module 1100 having a plurality of array antennas forms beams in different directions. Specifically, the antenna module 1100 may form beams in a front direction (B1), a bottom direction (B2), and a side direction (B3) through different array antennas.
  • 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.
  • 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 the antenna module and electronic components such as a transceiver circuit are configured to be electrically connected.
  • the transceiver circuit is operatively coupled to the antenna module, and the antenna module may be configured as a multi-layer substrate.
  • a radiation pattern of a signal radiated from the antenna module may be radiated in a direction perpendicular to the multilayer board.
  • communication may be disconnected when there is an obstacle on a communication path during communication between electronic devices in which these antenna modules are disposed.
  • a radiation pattern of a signal radiated from the antenna module is formed in a direction perpendicular to the multi-layer board, communication disconnection occurs on a communication path with obstacles.
  • Another object is to provide a broadband antenna module operating in a millimeter wave band and an electronic device including the same.
  • Another object of the present specification is to change the direction of a signal radiated from an antenna element operating in a millimeter wave band.
  • Another object of the present specification is to change the direction of a signal radiated from an antenna element operating in a millimeter wave band to prevent communication disconnection even when there is an obstacle on a communication path.
  • Another object of the present specification is to tilt a radiation pattern of a signal emitted from an antenna element by a predetermined angle in a vertical direction without beamforming.
  • Another object of the present specification is to tilt a radiation pattern of a signal emitted from an antenna element by a predetermined angle in a vertical direction without arranging an antenna module at an angle.
  • FIG. 7A is a conceptual diagram related to a communication method in case of radio wave interference between an antenna module disposed in a lower region of an electronic device and a second antenna module that may be disposed in another electronic device according to the present specification.
  • FIG. 7B is a conceptual diagram illustrating a main beam direction of an antenna module in which a beam pattern according to the present specification is formed to be inclined.
  • radio interference or signal reception performance deterioration may occur due to obstacles between the antenna module 1100 disposed in a lower area of an electronic device and the second antenna module 1100b that may be disposed in another electronic device. .
  • ultra-high-speed data transmission technology may be used using a 60 GHz frequency, such as the IEEE 802.11ay standard. Because of the electromagnetic wave characteristics of mmWave, such as 30/60GHz, it has strong linearity, so it cannot pass through obstacles such as people or objects or diffract. Accordingly, communication between the electronic device and other communication devices (eg, a set-top box) is disconnected, and smooth viewing may not be possible. In order to solve this problem, the electronic device can communicate with the set-top box by reflecting electromagnetic waves using an indoor ceiling. Therefore, a patch antenna, which is a typical mmWave antenna element, needs to have directivity in the top direction toward the ceiling instead of the front.
  • a patch antenna which is a typical mmWave antenna element
  • the patch antenna element 1110 of the antenna module 1100 may be disposed toward the front of the electronic device.
  • the beam pattern direction of the antenna element 1110 it is necessary to configure the beam pattern direction of the antenna element 1110 to be directed upward, that is, the sky direction, with the reference line as the center.
  • the beam peak direction in the upward direction must be formed at a predetermined angle ⁇ without physically inclining the antenna element.
  • the antenna element when the antenna element is physically inclined, a problem of disposing the antenna module and a deformation of the external design of the electronic device may occur.
  • FIG. 8A shows a front view of a multi-layer board on which an antenna element formed in a ground wall having an inclined multi-layer ground structure according to the present specification is disposed.
  • FIG. 8B is a side view of the multi-layer substrate having the multi-layer ground structure of FIG. 8A.
  • the antenna module 1100 implemented as a multi-layer substrate includes a radiator 1110, a power supply structure 1120, a lower ground layer 1150, and a multi-layer ground may be configured to include structure 1160 .
  • the radiator 1110 may be disposed on an inner region or an upper region of the multi-layer substrate.
  • the radiator 1110 may be formed of at least one conductive layer to radiate a radio signal.
  • the power supply structure 1120 may be formed through a signal via disposed in a lower region of the radiator 1110 .
  • the power supply structure 1120 may be configured to transmit a signal to the radiator 1110 .
  • the power supply structure 1120 may be disposed on a lower layer of the radiator 1110 so that a wireless signal is coupled to the radiator 1110 without being connected to the radiator 1110 .
  • the power supply structure 1120 and the radiator 1110 may be connected by a vertical via structure.
  • radiator 1110 and the power feeding structure 1120 are disposed on different layers, a signal coupled from the power feeding structure 1120 is transferred to the radiator 1110 and operates as an antenna. Accordingly, the conductor disposed on the upper end of the power feeding structure 1120 may also function as a radiator. In this regard, a radiator disposed on the first layer may be referred to as a first radiator 1110a. In addition, conductors disposed on the upper end of the feed structure 1120 and applying the orthogonal polarized wave signal to the radiator 1110 may be referred to as a second radiator 1120a and a third radiator 1120b, respectively.
  • the first radiator 1110a, the second radiator 1120a, and the third radiator 1120b constitute each conductor of the entire radiator
  • the first conductor 1110, the second conductor 1120a and It may be referred to as a third conductor 1120b.
  • the second radiator 1120a and the third radiator 1120b transfer radio signals to the first radiator 1110a corresponding to a patch antenna. Accordingly, the second radiator 1120a and the third radiator 1120b may be referred to as a first power supply unit 1120a and a second radiator 1120b, respectively.
  • the lower ground layer 1150 may be disposed in a lower region of the conductive layer constituting the radiator 1110 .
  • the lower ground layer 1150 is configured to act as a ground for the radiator.
  • the multi-layer ground structure 1160 may be disposed on one side of the multi-layer substrate.
  • the multi-layer ground structure 1160 is formed to be inclined with respect to the horizontal plane of the multi-layer substrate and may be referred to as a rolled ground.
  • the multi-layer ground structure 1160 may be configured to be connected to the lower ground layer 1150 .
  • FIGS. 9A to 10B show cross-sectional views of multi-layer ground structures according to various embodiments of the present specification.
  • 9A to 10B show a structure in which a multi-layer ground structure 1160 is disposed on one side of the multi-layer substrate and a ground wall 1165 in the form of a via wall is disposed on the other side of the multi-layer substrate.
  • a conductive layer in the form of a conductive pad is formed on each layer of the multilayer substrate, and the conductive layers in the form of each conductive pad are interconnected in a vertical via structure.
  • 9B and 10A are examples in which the multi-layer ground structure 1160 of the rolled ground structure is formed in a two-stage structure.
  • the respective multilayer ground structures may operate at different frequencies.
  • the location of the multi-layer ground structure for forming the second current (J 2 ) and the location of the multi-layer ground structure for forming J1 and the first current (J 1 ) may be formed at a different location on the multi-layer substrate. .
  • a representative embodiment operating at different frequencies may consider dual bands of 28 GHz and 39 GHz in 5G millimeter wave as shown in FIG. 10B, but is not limited thereto.
  • a first current (J 1 ) and a second current (J 2 ) are required to obtain a beam tilting effect at both frequencies.
  • the length of the wavelength is 10.7 mm for 28 GHz and 7.7 mm for 39 GHz
  • structures for forming paths of the first current (J 1 ) and the second current (J 2 ) of different lengths are designed.
  • the first current (J 1 ) with a relatively long path length operates at a low frequency of 28 GHz
  • the second current (J 2 ) with a relatively short path length operates at a high frequency of 39 GHz.
  • the multi-layer ground structure 1160 may be spaced apart from the radiator 1110 at different intervals in each layer of the multi-layer substrate and have different end positions for each layer.
  • an end portion of the multi-layer ground structure 1160 in a lower region of the multi-layer substrate may be further formed in a side region.
  • the length of each ground layer formed of the multi-layer ground structure 1160 in one axial direction may be further reduced in the lower region.
  • the multi-layer ground structure 1160 may be composed of a plurality of ground layers.
  • the plurality of ground layers of the multi-layered ground structure 1160 have end portions formed in side areas as they are lower. Accordingly, the length of each ground layer disposed on each layer in one axial direction may be further reduced in the lower region.
  • the length of the multi-layer ground structure 1160 may be reduced in stages from L1 in the first layer, L2 in the second layer, L3 in the third layer, and LN-1 in the N ⁇ 1 th layer. Meanwhile, the distance from one end of the radiator 1110 to the other end of the multi-layer ground structure 1160 increases in stages from D1 to the first layer, D2 to the second layer, D3 to the third layer, and DN to the N-th layer. can be formed
  • the multi-layer ground structure 1160 may include vertical vias vertically connecting adjacent ground layers.
  • the length of each ground layer in the axial direction of the multi-layer ground structure 1160 disposed on each layer of the multi-layer substrate is further reduced in a lower region. Accordingly, the plurality of ground layers of the multi-layer ground structure 1160 may be configured such that the number of vertical vias decreases as the lower area increases. Accordingly, the multi-layer ground structure 1160 may be formed as a rolled ground structure.
  • the multi-layer ground structure 1160 may be disposed on one side of the radiator 1110 . Meanwhile, the antenna module 1100 may further include a dummy patch 1110d disposed spaced apart from the radiator at a predetermined interval on the other side of the radiator.
  • the radiator 1110 and the dummy patch 1110d may be disposed on the same layer.
  • the dummy patch 1110d may be disposed along the outline of the radiator 1110 to correspond to the shape of the radiator 1110 .
  • the dummy patch 1110d may be spaced apart from the outer line of the radiator 1110 by a predetermined distance.
  • the radiator 1110 may be formed of a circular patch disposed on the first layer.
  • the dummy patch 1110d may be formed in an arc shape in a predetermined angular range in the first layer.
  • the radiator 1110 may include a first radiator 1110a and a second radiator 1120a corresponding to circular patches.
  • the first radiator 1110a may be disposed on the first layer and configured to emit radio signals in a predetermined direction.
  • the second radiator 1120a may be disposed offset from the center of the first radiator 1110a in a lower region of the first radiator.
  • the second radiator 1120a may be disposed on a second layer that is a lower layer of the first layer.
  • the second radiator 1120a may be disposed on an arbitrary lower layer below the first layer.
  • the second radiator 1120a may be formed of a second conductive layer that transmits a wireless signal to the first radiator 1110a.
  • the radiator 1110 is disposed in an asymmetrical ground area of a multi-layered ground structure 1160 formed in an inclined shape on one side and a ground wall 1165 formed in a vertical shape on the other side. Accordingly, as shown in FIG. 7B , the direction of the main beam of the radiator 1110 may be tilted by a predetermined angle from the vertical direction of the multilayer substrate.
  • the antenna element disclosed in this specification may be configured as a single polarized antenna or a dual polarized antenna.
  • the second radiator 1120a and the third radiator 1120b constituting the power supply structure 1120 may also partially radiate radio signals by themselves while transferring the radio signals to the first radiator 1110a.
  • the first radiator 1110a and the second radiator 1120a may be formed of a first patch antenna and a second patch antenna, respectively, and may be configured as a single polarized antenna.
  • the second patch antenna may be connected to a feed line inside the multi-layer board through the signal via V1 at the first point P1 offset in one axial direction.
  • the antenna module 1100 includes a third patch that is a third radiator 1120b connected to the second feed line through the second signal via V2 at the second point P2 offset in the direction of the other axis orthogonal to one axis direction.
  • An antenna may be further included. Accordingly, the radiator 1100 in the antenna module 1100 may operate as a dual polarization antenna.
  • the first radiator 1110a, the second radiator 1120a, and the third radiator 1120b may be formed as a first patch antenna, a second patch antenna, and a third patch antenna, respectively.
  • the second patch antenna and the third patch antenna may be disposed in the same axial direction and the other axial direction on the same layer of the multilayer substrate. Accordingly, the first and second signals formed in the second patch antenna and the third patch antenna can be transferred to the first patch antenna on the upper side.
  • the first patch antenna which is the first radiator 1110a powered by the second radiator 1120a and the third radiator 1120b, can operate as a dual polarization antenna having horizontal polarization and vertical polarization.
  • the multi-layer ground structure 1160 may be formed of multi-layer ground structures having different structures. Accordingly, the beam peak direction may be tilted by a predetermined angle while the radiator operates in a wide band in different frequency bands.
  • FIG. 9B shows a structure in which the multi-layer ground structure 1160 is formed of the first ground structure 1161 and the second ground structure 1162 below.
  • a multi-layer ground structure 1160 is formed of a first ground structure 1161 and a third ground structure 1163 of the other area.
  • a multi-layer ground structure 1160 may include a first ground structure 1161 and a ground structure 1162 .
  • the first ground structure 1161 may be configured such that vertical vias V1 connecting adjacent conductive layers are formed on one side surface of the multi-layer substrate.
  • the second ground structure 1162 may be configured to be connected to the lower ground layer 1150 by a second vertical via V2 at a second position spaced apart from one side end of the multilayer board by a predetermined distance.
  • the multi-layer ground structure 1160 may be configured to further include a ground wall 1165 connected to a region on the other side of the multi-layer substrate through vertical vias.
  • a multi-layer ground structure 1160 may include a first ground structure 1161 , a ground wall 1165 , and a third ground structure 1163 .
  • the first ground structure 1161 may be configured such that vertical vias V1 connecting adjacent conductive layers are formed on one side surface of the multi-layer substrate.
  • the ground wall 1165 is connected to the lower ground layer 1150 and may form the other side area of the multilayer board.
  • the third ground structure 1163 may be disposed in a lower region of the dummy patch 1110d in a region between the ground wall 1165 and the radiator 1110 .
  • the third ground structure 1163 may be configured to be connected to the lower ground layer 1150 by a third vertical via V3 at a third position spaced apart from the end of the other side of the multilayer substrate by a predetermined distance.
  • a conductor corresponding to the power supply structure 1120 may be physically connected to or separated from the first radiator 1110a operating as a main antenna by a via.
  • the second radiator 1120a and the third radiator 1120b constituting the power feeding structure 1120 may be disposed on a different layer from the first radiator 1110a and configured not to be connected.
  • the first signal from the second radiator 1120a and the second signal from the third radiator 1120b may be coupled to the first radiator 1110a.
  • the second radiator 1120a and the third radiator 1120b may be connected to the first radiator 1110a through vertical vias.
  • the first signal from the second radiator 1120a and the second signal from the third radiator 1120b may be directly transmitted to the first radiator 1110a.
  • the antenna element presented in this specification may have a dual patch antenna structure disposed on different layers.
  • the radiator 1110 may include an upper radiator 1110a and a lower radiator 1110b.
  • the upper radiator 1110a may be disposed on the first layer and may be formed of a conductor operating in a first frequency band.
  • the lower radiator 1110b may be disposed on the second layer, which is a lower area of the upper radiator 1110a.
  • the lower radiator 1110b may be formed to have a larger size than the upper radiator 1110a so as to operate in a second frequency band lower than the first frequency band.
  • the upper radiator 1110a and the lower radiator 1110b may be configured to operate in the 39 GHz band and the 28 GHz band, respectively, but are not limited thereto.
  • the upper radiator 1110a and the lower radiator 1110b may be configured to operate in a first frequency band within a 60 GHz band and a second frequency band lower than the first frequency band.
  • the lower radiator 1100b may be connected to the feed line through the signal via V1 at a first point offset in one axial direction.
  • the lower radiator 1100b may be connected to the second feed line through the second signal via V2 at a second point offset in another axis direction orthogonal to one axis direction.
  • the lower radiator 1100b may be physically connected to the power supply structure 1120, and the upper radiator 1100a may be disposed above the lower radiator 1100b.
  • the lower radiator 1100b may also be formed as a coupling structure as shown in FIGS. 8A and 8B without being connected to the feed structure 1120 .
  • the stacked patch structure of the upper radiator 1110a and the lower radiator 1100b may also be combined with the multi-layer ground structure 1160 .
  • the multilayer ground structure 1160 may also be configured to include a first ground structure 1161 and a second ground structure 1162 to operate in different frequency bands.
  • the first ground structure 1161 may be configured such that vertical vias V1 connecting adjacent conductive layers are formed on one side region of the multi-layer substrate.
  • the first ground structure 1161 may be formed to have a first length L1 in the first layer.
  • the second ground structure 1162 may be configured to be connected to the lower ground layer 1150 by a second vertical via V2 at a second position spaced apart from one side end of the multilayer board by a predetermined distance.
  • the second ground structure 1162 may be formed in the second layer to have a second length L2 shorter than the first length L1.
  • the multi-layer ground structure 1160 may be configured to further include a ground wall 1165 connected to a region on the other side of the multi-layer substrate through vertical vias.
  • the first ground structure 1161 may be configured to operate in the second frequency band with the lower radiator 1110b. Meanwhile, the second ground structure 1162 may be configured to operate in the first frequency band with the upper radiator 1110a. In this regard, the first ground structure 1161 may form a first current distribution J 1 of the 28 GHz band. Meanwhile, the second ground structure 1162 may form a second current distribution (J 2 ) by the second signal of the 39 GHz band.
  • the antenna structure disclosed in this specification may further include a dummy patch 1110d disposed on at least one side of the radiator to optimize a wideband operation and a radiation pattern.
  • FIGS. 11A to 11C show structures in which dummy patch structures according to different embodiments are disposed on a multilayer substrate.
  • the dummy patch 1110d may serve as a director for directing radio waves in a specific direction, but may also serve as a reflector for reflecting radio waves in a specific direction.
  • the structure of the dummy patch 1110d of FIG. 11A uses two dummy patches, and each dummy patch is disposed on the top/bottom of a multilayer board. Meanwhile, the structure of the dummy patch 1110d of FIG. 11B also uses two dummy patches. Each dummy patch is disposed on the left/right side between the radiator 1110 and the multi-layer ground structure 1160 on the multi-layer substrate. When two or more dummy patches 1110d are disposed, currents in opposite directions are formed under the influence of current mirror currents to generate an effect of pushing radio waves.
  • the structure of the dummy patch 1110d of FIG. 11C is a case in which two or more vertically stacked dummy patches 1110d are connected by vertical vias. In this case, a current in a direction different from that of the patch antenna 1110a is generated and serves as a reflector that pushes radio waves. Therefore, when the first dummy patch 1111d and the second dummy patch 1112d as shown in FIGS. 11A to 11C are used together, the direction of the electromagnetic wave can be further induced and the beam coverage can be increased.
  • the dummy patch 1110d may include a first dummy patch 1111d and a second dummy patch 1112d.
  • the first dummy patch 1111d may be disposed between the radiator 1110 and the ground wall 1165 formed on the other side of the multilayer substrate.
  • the first dummy patch 1112d may be disposed between the multi-layer ground structure 1160 formed on one side of the multi-layer substrate and the radiator 1110 .
  • the second dummy patch 1112d may include one or more dummy patterns.
  • the second dummy patch 1112d may include the first dummy pattern DP1 and the second dummy pattern DP2, but is not limited thereto and may include more dummy patterns.
  • the first dummy pattern DP1 and the second dummy pattern DP2 may be spaced apart from each other in a first layer and a second layer below the first layer.
  • the first dummy pattern DP1 and the second dummy pattern DP2 may be spaced apart from each other by a predetermined interval on the first layer, but are not limited thereto.
  • the first dummy pattern DP1 and the second dummy pattern DP2 may be spaced apart from each other by a predetermined distance on the same layer.
  • the first dummy pattern DP1 and the second dummy pattern DP2 may be connected to each other by one or more vertical vias.
  • FIG. 12A illustrates radiation directions of electromagnetic waves according to different ground structures.
  • FIG. 12A(a) shows an antenna structure in which a patch antenna 1110a is disposed above a dielectric substrate and a ground layer 1150 is disposed below.
  • a first current J 1 is generated in one direction in the ground layer 1150, and an electric field is generated in the front direction of the patch antenna 1110a, so that electromagnetic waves are radiated.
  • the ground layer 1150 may include a first ground layer 1151 formed under a dielectric substrate and a second ground layer 1152 extending from the first ground layer 1151 . Accordingly, when the ground layer 1150 for the patch antenna 1110a is increased in one direction, the second current J 2 is generated in the opposite direction to the first current J 1 . Due to the second current J 2 formed in the opposite direction, the main radiation direction of the patch antenna 1110a is inclined by a predetermined angle in the direction opposite to the second current J 2 based on the vertical axis.
  • a multi-layer ground structure 1160 formed of a rolled ground structure is shown.
  • the extended ground layer 1150 is rolled up along the dielectric substrate, the second current J 2 is also rolled up. Due to the multi-layer ground structure 1160, the design space of the entire antenna module 1100 can be miniaturized, and at the same time, the adjusted main radiation direction can be maintained.
  • each dimension of the multi-layer ground structure 1160 may be configured to satisfy the following conditions.
  • the multi-layer ground structure ( 1160), the length (L 1 ) of the first ground layer 1151 corresponds to the length of the first current (J 1 ), and the electrical length may be formed as ⁇ 0 /4 ⁇ L 1 ⁇ 3 ⁇ 0 /4 .
  • the length L 2 of the second ground layer 1160a of the multi-layer ground structure 1160 corresponds to the length of the second current J 2 , and the electrical length may be formed as 0 mm ⁇ L 2 ⁇ 3 ⁇ 0 /4 there is.
  • the length L 3 of the third ground layer 1160b of the multilayer ground structure 1160 corresponds to the length of the second current J 2 formed over the dielectric.
  • the length L 4 of the dielectric side of the multilayer ground structure 1160 corresponds to the current length in the vertical direction.
  • FIG. 12B shows an electric field distribution and a corresponding radiation direction in the structure of a patch antenna having a rolled ground structure according to the present specification.
  • FIG. 12B shows a current distribution and a radiation direction of an electric field (E-field) according to the cross-sectional view of the patch antenna 1110a viewed from the side.
  • E-field an electric field
  • an electric field distribution having a higher value than other regions is formed by the second current J 2 in the region where the rolled ground structure is formed. Accordingly, it can be seen that the main radiation direction is inclined at a predetermined angle in the opposite direction from the vertical direction of the patch antenna 1110a according to the electric field distribution having a high value in the region adjacent to the rolled ground structure 1160 .
  • FIG. 13A illustrates a side view and a front view of an antenna module in which a rolled ground structure and a dummy patch are formed according to the present specification.
  • 13A(a) shows a side view of the antenna module
  • FIG. 13A(b) shows a patch antenna 1110a and a dummy patch 1110d according to a front view of the antenna module and a current distribution formed therefrom.
  • the dummy patch 1110d may be disposed on the opposite side of the rolled ground structure 1160 with the patch antenna 1110a as the center in order to serve as a director for controlling the main radiation direction of the antenna module.
  • the third current J 3 may be formed in the left and right directions by feeding the patch antenna 1110a with horizontal polarization (H-pol).
  • the third current J 3 formed in the patch antenna 1110a passes through the ground having the rolled ground structure 1160 and is coupled to the adjacent dummy patch 1110d so that the fourth current J 4 in the same direction is connected to each other. formed at different times. Therefore, in chronological order, the third current (J 3 ) is generated first, and the fourth current (J 4 ) is induced. The phases of electric fields generated by this time difference are formed differently.
  • the main radiation direction is inclined toward the dummy patch 1110d due to a phase difference between the third current J 3 formed in the patch antenna 1110a and the fourth current J 4 induced in the dummy patch 1110d.
  • FIG. 13B shows an electric field distribution and a corresponding radiation direction in the structure of a patch antenna in which a dummy patch is formed according to the present specification.
  • FIG. 13B shows a current distribution and a corresponding emission direction of an electric field (E-field) in a cross-sectional view of the patch antenna 1110a and the dummy patch 1110d viewed from the side.
  • E-field electric field
  • FIG. 13B is a current distribution in a structure in which only a dummy patch structure is formed without a rolled ground structure.
  • the antenna module of the multi-layer ground structure presented in this specification may be formed as an array antenna structure in which a plurality of antenna elements are disposed.
  • FIG. 14 shows an antenna module in which one end of a ground wall between array antennas is formed in a multi-layered ground structure. Referring to FIG. 14, a structure in which a single antenna element having a radiator 1110 and a dummy patch 1110d according to the present specification is disposed as a 1x4 array antenna is shown.
  • FIGS. 15A and 15B show radiation patterns when a horizontally polarized signal and a vertically polarized signal of the single antenna element of FIG. 14 are applied.
  • FIGS. 15A and 15B when a horizontally polarized signal and a vertically polarized signal of a single antenna element are applied, peak directions and beam coverages of beam patterns in up and down directions are shown.
  • the rolled ground structure 1160 may be disposed in the lower region or only in the lower region of a partial region in the same manner as the 1x2, 1x4, and 1xN array antennas. Meanwhile, the dummy patch 1110d may be disposed in an upper region of all patch antennas 1110a.
  • the position of the first feeding pad 1120a of the horizontally polarized wave may be disposed in a left area or a right area of the patch antenna 1110a.
  • the position of the second feeding pad 1120b of vertical polarization may be in the upper or lower region of the patch antenna 1110a, but in this embodiment, they are all disposed in the lower region.
  • the beam coverage of horizontal polarization may be about 42 degrees.
  • the beam coverage of the horizontally polarized wave may be about 37 degrees. Accordingly, beam coverage of the dummy patch 1110d and the rolled ground structure 1160 according to the present specification can be enlarged by about 5 degrees.
  • the beam peak angle of horizontal polarization may also be tilted by about 10 degrees compared to the control group.
  • the beam coverage of vertical polarization may be about 60 degrees.
  • the vertical polarization (V-pol.) beam coverage may be about 40 degrees. Accordingly, beam coverage of the dummy patch 1110d and the rolled ground structure 1160 according to the present specification can be enlarged by about 20 degrees. Meanwhile, the beam peak angle of vertical polarization (V-pol.) may also be tilted by about 20 degrees compared to the control group.
  • the antenna module 1100 may constitute an array antenna in which a plurality of radiators 1110 are arranged at a predetermined interval in at least one axial direction.
  • the array antenna may include a first antenna element EL1 and a second antenna element EL2 adjacent to the first antenna element EL1.
  • the array antenna may further include a third antenna element EL3 adjacent to the second antenna element EL2 and a fourth antenna element EL4 adjacent to the third antenna element EL3.
  • a ground wall 1165 may be formed on a side region of the multilayer substrate. Meanwhile, a multi-layer ground structure 1160 may be formed between the first antenna element EL1 and the second antenna element EL2. The multi-layer ground structure 1160 may be disposed on one side of the multi-layer substrate, for example, on a lower area. Meanwhile, a multi-layer ground structure 1160 may be formed between the third antenna element EL3 and the fourth antenna element EL4. A ground wall 1165 may be formed between the second antenna element EL2 and the third antenna element EL3, but is not limited thereto. As another example, a multi-layer ground structure may be formed between the second antenna element EL2 and the third antenna element EL3.
  • the first antenna element EL1 and the second antenna element EL2 may be configured symmetrically around the multi-layer ground structure 1160 .
  • the third antenna element EL3 and the fourth antenna element EL4 may be configured symmetrically around the multi-layer ground structure 1160 .
  • the first to fourth power feeding patches FP1 to FP4 may form the power feeding structure 1120 .
  • the first feeding patch FP1 to the fourth feeding patch FP4 are configured to apply the first signal of the first polarization to the first antenna element EL1 to the fourth antenna element EL4.
  • the fifth feeding patch FP5 to the eighth feeding patch FP8 are configured to apply the second signal of the second polarization to the first antenna element EL1 to the fourth antenna element EL4.
  • a first feeding patch FP1 may be disposed in an area on one side of the first antenna element EL1 in one axial direction, and a second feeding patch FP2 may be disposed in an area on the other side of the second antenna element EL2.
  • the first antenna element EL1 and the second antenna element EL2 may be configured symmetrically around the multi-layer ground structure 1160 .
  • the third feeding patch FP3 is disposed in an area on one side of the third antenna element EL3 in one axial direction
  • the fourth feeding patch FP4 is disposed in an area on the other side of the fourth antenna element EL4.
  • the third antenna element EL3 and the fourth antenna element EL4 may be configured symmetrically around the multi-layer ground structure 1160 .
  • the multi-layer ground structure 1160 may be disposed at one end of the multi-layer substrate, that is, at the end of the lower region. Also, the multi-layer ground structure 1160 may be disposed between adjacent feed patches having a first polarization. In this regard, the multi-layer ground structure 1160 may be disposed between the first power supply patch FP1 and the second power supply patch FP2. The multi-layer ground structure 1160 may be disposed between the third power supply patch FP3 and the fourth power supply patch FP4.
  • FIG. 16 shows the structure of a 2x2 array antenna according to the present specification.
  • FIGS. 17A and 17B show beam patterns when a horizontally polarized signal and a vertically polarized signal are applied to the 2x2 array antenna of FIG. 16 .
  • the array antenna may be implemented as a 2x2, 2x4, 4x2, 4x4, or MxN array antenna.
  • the rolled ground structure 1160 may be disposed on a lower region of the multi-layer substrate constituting the antenna module 1100 or only on a lower region of a partial region.
  • the dummy patch 1110d may be disposed in an upper region of all patch antennas 1110a.
  • antenna gain in the forward direction is also important.
  • the rolled ground structure 1160 may be disposed only in the lower row of the array antenna in order to simultaneously obtain such high antenna gain in the forward direction and beam coverage performance in the upper direction.
  • the position of the first feeding pad 1120a of the horizontally polarized wave may be disposed in a left area or a right area of the patch antenna 1110a.
  • the location of the second feeding pad 1120b of vertical polarization may be in the upper or lower area of the patch antenna 1110a, but in this embodiment, all of them are disposed in the lower area.
  • the beam coverage of horizontal polarization may be about 43 degrees.
  • the beam coverage of the horizontally polarized wave may be about 35 degrees. Accordingly, the beam coverage of the dummy patch 1110d and the rolled ground structure 1160 according to the present specification can be enlarged by about 8 degrees.
  • the beam coverage of vertical polarization may be about 43 degrees.
  • the vertical polarization (V-pol.) beam coverage may be about 32 degrees. Accordingly, beam coverage of the dummy patch 1110d and the rolled ground structure 1160 according to the present specification can be enlarged by about 11 degrees.
  • the antenna module 1100 may constitute an array antenna in which a plurality of radiators 1110 are arranged at a predetermined interval in at least one axial direction.
  • the array antenna may include a first antenna element EL1 and a second antenna element EL2 adjacent to the first antenna element EL1 in a lower region.
  • the array antenna may further include a third antenna element EL3 and a fourth antenna element EL4 adjacent to the third antenna element EL3 in an upper region.
  • a ground wall 1165 may be formed on a side region of the multilayer substrate. Meanwhile, a multi-layer ground structure 1160 may be formed between the first antenna element EL1 and the second antenna element EL2. The multi-layer ground structure 1160 may be disposed on one side of the multi-layer substrate, for example, on a lower area.
  • the first power supply patch FP1 to the fourth power supply patch FP4 may form the power supply structure 1120 .
  • the first feeding patch FP1 to the fourth feeding patch FP4 are configured to apply the first signal of the first polarization to the first antenna element EL1 to the fourth antenna element EL4.
  • the fifth feeding patch FP5 to the eighth feeding patch FP8 are configured to apply the second signal of the second polarization to the first antenna element EL1 to the fourth antenna element EL4.
  • a first feed patch FP1 is disposed in an area on one side of the first antenna element EL1 in an axial direction on an upper area of the multilayer board, and a second feed patch FP2 is disposed in an area on the other side of the second antenna element EL2.
  • a third feed patch FP3 is disposed in an area on one side of the third antenna element EL3 in the lower area of the multi-layer substrate in an axial direction
  • a fourth feed patch is disposed in an area on the other side of the fourth antenna element EL4. (FP4) may be placed.
  • the multi-layer ground structure 1160 may be disposed at one end of the multi-layer substrate, that is, at the end of the lower region. Also, the multi-layer ground structure 1160 may be disposed between adjacent feed patches having a first polarization. The multi-layer ground structure 1160 may be disposed between the third power supply patch FP3 and the fourth power supply patch FP4.
  • FIG. 18A is a front view of an antenna structure in which first and second feeding pads are formed in a diagonal direction according to an embodiment.
  • FIG. 18B shows a radiation pattern in the antenna structure of FIG. 18A.
  • beam coverage is increased through a dual polarization structure using a first polarized wave (X1-pol.) and a second polarized wave (X2-pol.) that are substantially orthogonal in a diagonal direction. .) and the second polarization (X2-pol.) can be formed almost identically.
  • FIG. 18B When the antenna operates with the first polarization (X1-pol.) of FIG. 18A, a phenomenon in which the radiation pattern is adjusted upward as shown in FIG. 18B occurs similarly to an antenna operating with horizontal polarization. Referring to FIG. 18B, it can be seen that when the antenna operates with the first polarization (X1-pol.), the radiation pattern is tilted upward by a predetermined angle about the vertical axis and directed.
  • FIG. 19a shows the electric field distribution of the antenna structure according to FIG. 18a.
  • FIG. 19B shows a current distribution formed in a conductor of the antenna structure according to FIG. 18A.
  • FIG. 19A an E-field distribution is shown on the side of an antenna structure to which a diagonally polarized signal is applied.
  • FIGS. 18B to 19A it can be seen that the electric field distribution is strongly concentrated in the regions of the rolled ground structure 1160 and the dummy patch 1110d. It can be confirmed that the direction of the electric field is tilted due to this effect and is directed upward.
  • the antenna 1110a and the direction of the current formed in the dummy patch 1110d are the same.
  • the antenna operates normally. Accordingly, the position of the coupling pad that transmits the diagonally polarized signal may be disposed in any area, whether it is an upper area or a lower area.
  • the antenna module disclosed in this specification may be disposed in a partial area, for example, a lower area, of the electronic device of FIGS. 1, 4, 5a, 5b, 6 and 7a. Therefore, referring to FIGS. 1 to 20B , an electronic device having an antenna module according to another aspect of the present specification will be described. In this regard, all of the foregoing descriptions of the rolled ground structure and the antenna structure having the dummy patch may also be combined and applied to the following description.
  • the electronic device 1000 may include an antenna module 1100, a transceiver circuit 1250, and a main PCB 1020.
  • the antenna module 1100 may be implemented as an array antenna.
  • the antenna module 1100 may be implemented as two or more antenna modules and disposed in different areas of the electronic device.
  • the antenna module 1100 may be formed in a partial area of the multi-layer substrate 1010, the antenna module 1100 may be implemented as a multi-layer substrate as shown in FIG. 8A without being limited thereto.
  • the transceiver circuit 1250 may be disposed on the antenna module 1100 composed of a multilayer substrate.
  • the transceiver circuit 1250 may be disposed in a lower area of the antenna module 1100, but is not limited thereto.
  • the main PCB 1020 may be disposed inside the electronic device and operably coupled with the multilayer board.
  • a processor 1400 corresponding to a modem may be disposed on the main PCB 1020 .
  • the antenna module 1100 is disposed on an inner region or an upper region of a multi-layer substrate and includes a radiator 1110 formed of at least one conductive layer to radiate a radio signal. can do.
  • the antenna module 1100 may further include a power feeding structure 1120 configured to be connected to the radiator 1110 through a signal via disposed in a lower region of the radiator 1110 .
  • the antenna module 1100 may further include a lower ground layer 1150 disposed in a lower region of the conductive layer constituting the radiator 1110 and configured to operate as a ground for the radiator 1110 .
  • the antenna module 1100 is connected to the lower ground layer 1150, and includes a multi-layer ground structure 1160 formed at different end positions for each layer to be spaced apart from the radiator 1110 at different intervals for each layer of the multi-layer board. can do.
  • the multi-layered ground structure 1160 of the antenna module 1100 is disposed on one side of the radiator 1110, and a dummy patch 1110d disposed on the other side of the radiator 1110 at a predetermined distance from the radiator 1110. may further include.
  • the radiator 1110 and the dummy patch 1110d are disposed on the same layer, and the dummy patch 1110d may be disposed along an outline of the radiator 1110 to correspond to the shape of the radiator 1110 .
  • the radiator 1110 may include a first radiator 1110a disposed on the first layer of the multi-layer substrate and a second radiator 1120a corresponding to the power supply structure 1120 .
  • the second radiator 1120a may be disposed offset from the center of the first radiator 1110a in the second layer, which is a lower area of the first radiator 1110a.
  • the second radiator 1120a may be formed of a second conductive layer that transmits a wireless signal to the first radiator 1110a.
  • the multi-layer ground structure 1160 may be a first ground structure 1161 configured such that vertical vias are formed on one lateral area of the multi-layer substrate.
  • the multi-layer ground structure 1160 may further include a second ground structure 1162 configured to be connected to the lower ground layer 1150 by a second vertical via at a second position spaced apart from one side end of the multi-layer substrate by a predetermined distance.
  • the antenna module 1100 may constitute a one-dimensional or two-dimensional array antenna as shown in FIG. 14 or FIG. 16 in which a plurality of radiators 1110 are arranged at a predetermined interval in at least one axial direction.
  • the array antenna may include a first antenna element EL1 and a second antenna element EL2 adjacent to the first antenna element EL1.
  • One end of the ground wall 1150 disposed between the first antenna element EL1 and the second antenna element EL2 may be formed as a multi-layer ground structure 1160 .
  • the processor 1400 disposed on the main PCB 1020 of FIG. 5C may be configured to control the transceiver circuit 1250 so that the array antenna radiates radio signals to other electronic devices.
  • the radiator 1110 of the antenna module 1100 may be formed in a stacked radiator structure as shown in FIG. 10B.
  • the radiator 1110 may include an upper radiator 1110a disposed on a first layer of the multi-layer substrate and configured to operate in a first frequency band.
  • the radiator 1110 includes a lower radiator 1110b disposed in a second layer that is a lower region of the upper radiator 1110a and having a size larger than that of the upper radiator 1110a to operate in a second frequency band lower than the first frequency band. may further include.
  • the processor 1400 may control the transceiver circuit 1250 to perform wireless communication using the first radio signal of the first band radiated through the upper radiator 1110a of the array antenna. If the quality of the first radio signal is less than or equal to the threshold value, the processor 1400 uses the second radio signal of the second band radiated through the lower radiator 1110b of the array antenna to perform radio communication using the transceiver circuit 1250 can control.
  • the transceiver circuit 1250 may apply a first signal of a first band to the lower radiator 1110b through a first feed line connected to the feed structure 1120 .
  • the transceiver circuit 1250 may apply a second signal of a second band to the lower radiator 1110b through a second feed line connected to the feed structure 1120 .
  • FIG. 20A shows a structure in which an antenna module 1100 in which a first type antenna and a second type antenna are formed as array antennas are disposed in the electronic device 1000.
  • 20B 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. 21B. Accordingly, the array antenna may be configured to include the first array antenna module 1100-1 to the third array antenna module 1100-3. For example, at least one of the first array antenna module 1100-1 and the third array antenna module 1100-3 is disposed on a side surface of the antenna module 1100 to form beams in lateral directions B2 and B3. can be configured.
  • At least one of the first array antenna module 1100-1 and the third array antenna module 1100-3 may be disposed in front of the antenna module 1100 to form a beam in the front direction B1.
  • a first beam and a second beam may be formed in the front direction B1 using the first array antenna module 1100-1 and the second array antenna module 1100-2, respectively.
  • the processor 1400 corresponding to the modem of FIG. 5C uses the first and second array antenna modules 1100-1 and 1100-2, respectively, to transmit the first and second beams in the first and second directions, respectively. can be controlled to form. 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.
  • a second beam may be formed in a second direction in a horizontal direction by using the second array antenna module 1100-2.
  • 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 corresponding to the modem of FIGS. 5C and 9 uses the first and second array antenna modules 1100-1 and 1100-2, respectively, to transmit the first and second beams in a first direction and a second direction, respectively. It can be controlled to form in two directions. 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.
  • 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 configured as a 1x2, 1x3, 1x4, 1x5, ?, or 1x8 array antenna.
  • FIG. 21 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 antenna element. Meanwhile, another beam B2 may be generated in the front direction of the electronic device through the antenna element.
  • 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 antenna element. Meanwhile, another beam B1 may be generated in a downward direction of the electronic device through the antenna element.
  • 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, a beam B1 may be generated in a downward direction of the electronic device through the antenna element. Meanwhile, another beam B3 may be generated in the rear direction of the electronic device through the antenna element.
  • a broadband antenna module operating in a millimeter wave band may be disposed in an electronic device to provide a high-speed communication service with other electronic devices.
  • a ground structure of an antenna module operating in a millimeter wave band is optimized, and a direction of a signal radiated from an antenna element is changed to provide reliable high-speed communication service between electronic devices.
  • the radiation pattern of the signal emitted from the antenna element is tilted by a predetermined angle in the vertical direction without beamforming, so that communication disconnection can be prevented even when there is an obstacle on the communication path.
  • a radiation pattern of a signal radiated from an antenna element may be tilted by a predetermined angle in a vertical direction by optimizing a multilayer ground structure without arranging the antenna module at an angle.
  • a computer-readable medium includes all types of recording devices in which data readable by a computer system is stored. 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.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

다층 기판(multi-layer substrate)으로 구현된 안테나 모듈은 상기 다층 기판의 내부 영역 또는 상부 영역 상에 배치되고, 무선 신호를 방사하도록 적어도 하나의 도전 층(conductive layer)으로 형성된 방사체; 상기 방사체의 하부 영역에 배치된 신호 비아(signal via)를 통해 상기 방사체와 연결되도록 구성된 급전 구조; 상기 방사체를 구성하는 상기 도전 층의 하부 영역에 배치되고, 상기 방사체에 대한 그라운드로 동작하도록 구성된 하부 그라운드 층; 및 상기 하부 그라운드 층과 연결되고, 상기 다층 기판의 각 층 별로 상기 방사체와 다른 간격으로 이격되게 상기 각 층 별로 단부 위치가 서로 다르게 형성되는 다층 그라운드 구조를 포함한다.

Description

조정된 방사 패턴을 갖는 안테나 모듈 및 이를 구비하는 전자 기기
본 명세서는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기에 관한 것이다. 특정 구현은 조정된 방사 패턴을 갖는 안테나 모듈 및 이를 구비하는 전자 기기 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.
이와 관련하여, 안테나 모듈에서 방사되는 신호의 방사 패턴은 다층 기판의 수직한 방향으로 방사될 수 있다. 한편, 이러한 안테나 모듈이 배치된 전자 기기 간에 통신 시 통신 경로 상에 장애물이 있는 경우 통신 단절이 발생할 수 있다는 문제점이 있다. 이와 관련하여, 안테나 모듈에서 방사되는 신호의 방사 패턴이 다층 기판에 수직한 방향으로 형성됨에 따라 장애물이 있는 통신 경로 상에 통신 단절이 발생하게 된다.
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 소자에서 방사되는 신호의 방향을 변경하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 소자에서 방사되는 신호의 방향을 변경하여, 통신 경로 상에 장애물이 있는 경우에도 통신 단절을 방지하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 빔 포밍 없이도 안테나 소자에서 방사되는 신호의 방사 패턴을 수직 방향에서 소정 각도만큼 틸트되게 하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 안테나 모듈을 경사지게 배치하지 않고도 안테나 소자에서 방사되는 신호의 방사 패턴을 수직 방향에서 소정 각도만큼 틸트되게 하기 위한 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 실시 예에 따른 다층 기판(multi-layer substrate)으로 구현된 안테나 모듈은 상기 다층 기판의 내부 영역 또는 상부 영역 상에 배치되고, 무선 신호를 방사하도록 적어도 하나의 도전 층(conductive layer)으로 형성된 방사체; 상기 방사체의 하부 영역에 배치된 신호 비아(signal via)를 통해 상기 방사체와 연결되도록 구성된 급전 구조; 상기 방사체를 구성하는 상기 도전 층의 하부 영역에 배치되고, 상기 방사체에 대한 그라운드로 동작하도록 구성된 하부 그라운드 층; 및 상기 하부 그라운드 층과 연결되고, 상기 다층 기판의 각 층 별로 상기 방사체와 다른 간격으로 이격되게 상기 각 층 별로 단부 위치가 서로 다르게 형성되는 다층 그라운드 구조를 포함한다.
실시 예에서, 상기 다층 그라운드 구조는 복수의 그라운드 층으로 구성될 수 있다. 상기 복수의 그라운드 층은 하부 영역일 수록 단부 위치가 측면 영역에 형성될 수 있다. 따라서, 상기 각 층에 배치되는 각 그라운드 층의 일 축 방향의 길이가 하부 영역에서 더 감소하도록 구성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 다층 그라운드 구조는 인접한 그라운드 층을 수직 연결하는 수직 비아를 포함할 수 있다. 상기 각 층에 배치되는 각 그라운드 층의 일 축 방향의 길이가 하부 영역에서 더 감소하도록 구성되고, 상기 복수의 그라운드 층은 하부 영역일 수록 상기 수직 비아의 개수가 감소하도록 구성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 안테나 모듈은 상기 방사체의 일 측 영역에 배치되고, 상기 방사체의 타 측 영역에 상기 방사체와 소정 간격 이격되어 배치되는 더미 패치를 더 포함할 수 있다.
실시 예에서, 상기 방사체와 상기 더미 패치는 동일한 층에 배치되고, 상기 더미 패치는 상기 방사체의 형상에 대응되도록 상기 방사체의 외곽선을 따라 배치될 수 있다.
실시 예에서, 상기 방사체는 제1 레이어에 배치되는 원형 패치이고, 상기 더미 패치는 상기 제1 레이어에 소정 각도 범위의 호(arc) 형상으로 형성될 수 있다. 상기 방사체는 상기 제1 레이어에 배치되는 제1 방사체; 및 상기 제1 방사체의 하부 영역인 제2 레이어에 상기 제1 방사체의 중심과 오프셋(offset)되어 배치되고, 무선 신호를 상기 제1 방사체로 전달하는 제2 도전 층으로 형성된 제2 방사체를 포함할 수 있다.
실시 예에서, 상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체는 각각 제1 패치 안테나 및 제2 패치 안테나로 형성될 수 있다. 상기 제2 패치 안테나는 일 축 방향으로 오프셋된 제1 지점에서 상기 신호 비아를 통해 급전선과 연결될 수 있다.
실시 예에서, 상기 안테나 모듈은 상기 일 축 방향과 직교하는 타 축 방향으로 오프셋된 제2 지점에서 제2 신호 비아를 통해 제2 급전선과 연결되는 제3 방사체인 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 다층 그라운드 구조는 상기 수직 비아가 상기 다층 기판의 일 측면 영역에 형성되도록 구성된 제1 그라운드 구조; 및 기 다층 기판의 일 측면 단부에서 소정 간격만큼 이격된 제2 위치에서 제2 수직 비아에 의해 상기 하부 그라운드 층과 연결되도록 구성된 제2 그라운드 구조를 포함할 수 있다.
실시 예에서, 상기 다층 그라운드 구조는 상기 수직 비아가 상기 다층 기판의 일 측면 영역에 형성되도록 구성된 제1 그라운드 구조; 상기 하부 그라운드 층과 연결되고, 상기 다층 기판의 타 측면 영역을 형성하는 그라운드 월; 및 상기 그라운드 월과 상기 방사체 사이의 영역에서 상기 더미 패치의 하부 영역에 배치되고, 상기 다층 기판의 타 측면 단부에서 소정 간격만큼 이격된 제3 위치에서 제3 수직 비아에 의해 상기 하부 그라운드 층과 연결되도록 구성된 제3 그라운드 구조를 포함할 수 있다.
실시 예에서, 상기 제2 방사체 및 상기 제3 방사체는 상기 제1 방사체와 연결되지 않도록 구성되어, 상기 제2 방사체로부터 제1 신호 및 상기 제3 방사체로부터의 제2 신호가 상기 제1 방사체로 커플링되도록 구성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 제2 방사체 및 상기 제3 방사체는 상기 제1 방사체와 수직 비아를 통해 연결되도록 구성되어, 상기 제2 방사체로부터 제1 신호 및 상기 제3 방사체로부터의 제2 신호가 상기 제1 방사체로 직접 전달되도록 구성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 방사체는 상기 제1 레이어에 배치되고, 제1 주파수 대역에서 동작하도록 구성된 상부 방사체; 및 상기 제1 방사체의 하부 영역인 제2 레이어에 배치되고, 상기 제1 주파수 대역보다 낮은 제2 주파수 대역에서 동작하도록 상기 제1 방사체보다 더 큰 크기로 형성된 하부 방사체를 포함할 수 있다. 상기 하부 방사체는 일 축 방향으로 오프셋된 제1 지점에서 신호 비아를 통해 급전선과 연결되고, 상기 일 축 방향과 직교하는 타 축 방향으로 오프셋된 제2 지점에서 제2 신호 비아를 통해 제2 급전선과 연결될 수 있다.
실시 예에서, 상기 다층 그라운드 구조는 상기 수직 비아가 상기 다층 기판의 일 측면 영역에 형성되도록 구성되고, 제1 레이어에서 제1 길이로 형성된 제1 그라운드 구조; 및 상기 다층 기판의 일 측면 단부에서 소정 간격만큼 이격된 제2 위치에서 제2 수직 비아에 의해 상기 하부 그라운드 층과 연결되도록 구성되고, 제2 레이어에서 상기 제1 길이보다 짧은 제2 길이로 형성된 제2 그라운드 구조를 포함할 수 있다.
실시 예에서, 상기 제1 그라운드 구조는 상기 하부 방사체와 상기 제2 주파수 대역에서 동작하도록 구성되고, 상기 제2 그라운드 구조는 상기 상부 방사체와 상기 제1 주파수 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 더미 패치는 상기 다층 기판의 타 측 영역에 형성된 그라운드 월과 상기 방사체 사이에 배치되는 제1 더미 패치; 및 상기 다층 기판의 일 측 영역에 형성된 상기 다층 그라운드 구조와 상기 방사체 사이에 배치되는 제2 더미 패치를 포함할 수 있다. 상기 제2 더미 패치는 제1 및 제2 더미 패턴을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 더미 패턴은 제1 레이어와 상기 제1 레이어의 하부 레이어인 제2 레이어에 이격되어 또는 수직 비아에 의해 연결되어 배치되거나, 상기 제1 레이어에 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다.
실시 예에서, 상기 안테나 모듈은 적어도 일 축 방향으로 상기 방사체가 소정 간격 이격되어 복수 개 배열되는 배열 안테나를 구성할 수 있다. 상기 배열 안테나는 제1 안테나 소자 및 상기 제1 안테나 소자에 인접한 제2 안테나 소자를 포함할 수 있다. 상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자 사이에 배치된 그라운드 월의 일 단부는 상기 다층 그라운드 구조로 형성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 배열 안테나는 상기 제2 안테나 소자에 인접한 상기 제3 안테나 소자 및 상기 제3 안테나 소자에 인접한 상기 제4 안테나 소자를 더 포함할 수 있다. 상기 일 축 방향으로 상기 제1 안테나 소자의 일 측 영역에서 제1 급전 패치가 배치되고 상기 제2 안테나 소자의 타 측 영역에서 제2 급전 패치가 배치될 수 있다. 상기 일 축 방향으로 상기 제3 안테나 소자의 일 측 영역에서 제3 급전 패치가 배치되고 상기 제4 안테나 소자의 타 측 영역에서 제4 급전 패치가 배치될 수 있다. 상기 일 단부가 상기 다층 그라운드 구조로 형성된 상기 다층 그라운드 구조는 상기 제1 급전 패치와 상기 제2 급전 패치 사이와 상기 제3 급전 패치와 상기 제4 급전 패치 사이에 배치될 수 있다.
본 명세서의 다른 양상에 따른 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기는 안테나 모듈; 다층 기판(multi-layer substrate)으로 구성된 상기 안테나 모듈에 배치되는 송수신부 회로(transceiver circuit); 및 상기 전자 기기의 내부에 배치되어 상기 다층 기판과 동작 가능하게 결합되는 메인 PCB을 포함할 수 있다. 상기 다층 기판의 내부 영역 또는 상부 영역 상에 배치되고, 무선 신호를 방사하도록 적어도 하나의 도전 층(conductive layer)으로 형성된 방사체; 상기 방사체의 하부 영역에 배치된 신호 비아(signal via)를 통해 상기 방사체와 연결되도록 구성된 급전 구조; 상기 방사체를 구성하는 상기 도전 층의 하부 영역에 배치되고, 상기 방사체에 대한 그라운드로 동작하도록 구성된 하부 그라운드 층; 및 상기 하부 그라운드 층과 연결되고, 상기 다층 기판의 각 층 별로 상기 방사체와 다른 간격으로 이격되게 상기 각 층 별로 단부 위치가 서로 다르게 형성되는 다층 그라운드 구조를 포함할 수 있다.
실시 예에서, 상기 안테나 모듈은 상기 다층 그라운드 구조는 상기 방사체의 일 측 영역에 배치되고, 상기 방사체의 타 측 영역에 상기 방사체와 소정 간격 이격되어 배치되는 더미 패치를 더 포함할 수 있다. 상기 방사체와 상기 더미 패치는 동일한 층에 배치되고, 상기 더미 패치는 상기 방사체의 형상에 대응되도록 상기 방사체의 외곽선을 따라 배치될 수 있다. 상기 방사체는 상기 제1 레이어에 배치되는 제1 방사체; 및 상기 제1 방사체의 하부 영역인 제2 레이어에 상기 제1 방사체의 중심과 오프셋(offset)되어 배치되고, 무선 신호를 상기 제1 방사체로 전달하는 제2 도전 층으로 형성된 제2 방사체를 포함할 수 있다.
실시 예에서, 상기 다층 그라운드 구조는 상기 수직 비아가 상기 다층 기판의 일 측면 영역에 형성되도록 구성된 제1 그라운드 구조; 및 상기 다층 기판의 일 측면 단부에서 소정 간격만큼 이격된 제2 위치에서 제2 수직 비아에 의해 상기 하부 그라운드 층과 연결되도록 구성된 제2 그라운드 구조를 포함할 수 있다.
실시 예에서, 상기 안테나 모듈은 적어도 일 축 방향으로 상기 방사체가 소정 간격 이격되어 복수 개 배열되는 배열 안테나를 구성할 수 있다. 상기 배열 안테나는 제1 안테나 소자 및 상기 제1 안테나 소자에 인접한 제2 안테나 소자를 포함하고, 상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자 사이에 배치된 그라운드 월의 일 단부는 상기 다층 그라운드 구조로 형성될 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 방사체는 상기 제1 레이어에 배치되고, 제1 주파수 대역에서 동작하도록 구성된 상부 방사체; 및 상기 제1 방사체의 하부 영역인 제2 레이어에 배치되고, 상기 제1 주파수 대역보다 낮은 제2 주파수 대역에서 동작하도록 상기 제1 방사체보다 더 큰 크기로 형성된 하부 방사체를 포함할 수 있다.
실시 예에서, 상기 프로세서는 상기 배열 안테나의 상기 상부 방사체를 통해 방사되는 제1 대역의 제1 무선 신호를 이용하여 무선 통신을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 제1 무선 신호의 품질이 임계치 이하이면, 상기 배열 안테나의 상기 하부 방사체를 통해 방사되는 제2 대역의 제2 무선 신호를 이용하여 무선 통신을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어할 수 있다. 상기 송수신부 회로는 상기 급전 구조와 연결되는 제1 급전선을 통해 상기 하부 방사체로 상기 제1 대역의 제1 신호를 인가하고, 상기 급전 구조와 연결되는 제2 급전선을 통해 상기 하부 방사체로 상기 제2 대역의 제2 신호를 인가할 수 있다.
이와 같은 밀리미터파 대역에서 동작하는 광대역 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역에서 동작하는 광대역 안테나 모듈을 전자 기기에 배치하여 다른 전자 기기와 고속 통신 서비스를 제공할 수 있다.
실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 모듈의 그라운드 구조를 최적화하여, 안테나 소자에서 방사되는 신호의 방향을 변경하여 전자 기기 간에 신뢰성 높은 고속 통신 서비스를 제공할 수 있다.
실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 모듈의 그라운드 구조 및 더미 패치 구조를 최적화하여, 통신 경로 상에 장애물이 있는 경우에도 통신 단절을 방지할 수 있다.
실시 예에 따르면, 빔 포밍 없이도 안테나 소자에서 방사되는 신호의 방사 패턴을 수직 방향에서 소정 각도만큼 틸트되게 하여, 통신 경로 상에 장애물이 있는 경우에도 통신 단절을 방지할 수 있다.
실시 예에 따르면, 안테나 모듈을 경사지게 배치하지 않고도 다층 그라운드 구조를 최적화하여 안테나 소자에서 방사되는 신호의 방사 패턴을 수직 방향에서 소정 각도만큼 틸트되게 할 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 전자 기기의 하부 영역에 배치되는 안테나 모듈과 다른 전자 기기에 배치될 수 있는 제2 안테나 모듈 간에 전파 장애 시 통신 방법과 관련된 개념도이다.
도 7b는 본 명세서에 따른 빔 패턴이 경사지게 형성되는 안테나 모듈의 주 빔 방향을 나타내는 개념도이다.
도 8a는 본 명세서에 따른 경사진 다층 그라운드 구조를 갖는 그라운드 월 내에 형성된 안테나 소자가 배치된 다층 기판의 전면도를 나타낸다. 한편, 도 8b는 도 8a의 다층 그라운드 구조를 갖는 다층 기판의 측면도를 나타낸다.
도 9a 내지 도 10b는 본 명세서의 다양한 실시 예들에 따른 다층 그라운드 구조의 단면도를 나타낸다.
도 11a 내지 도 11c는 서로 다른 실시 예에 따른 더미 패치 구조가 다층 기판 상에 배치된 구조를 나타낸다.
도 12a는 서로 다른 그라운드 구조에 따른 전자파의 방사 방향을 나타낸 것이다.
도 12b는 본 명세서에 따른 rolled 그라운드 구조가 형성된 패치 안테나의 구조에서 전계 분포와 이에 따른 방사 방향을 나타낸 것이다.
도 13a는 본 명세서에 따른 rolled 그라운드 구조와 더미 패치가 형성된 안테나 모듈의 측면도 및 전면도를 나타낸 것이다.
도 13b는 본 명세서에 따른 더미 패치가 형성된 패치 안테나의 구조에서 전계 분포와 이에 따른 방사 방향을 나타낸 것이다.
도 14는 배열 안테나 사이의 그라운드 월의 일 단부가 다층 그라운드 구조로 형성된 안테나 모듈을 나타낸다.
도 15a 및 도 15b는 도 14의 단일 안테나 소자의 수평 편파 신호 및 수직 편파 신호가 인가된 경우 방사 패턴을 나타낸 것이다.
도 16은 본 명세서에 따른 2x2 배열 안테나의 구조를 나타낸다.
도 17a 및 도 17b는 도 16의 2x2 배열 안테나에 수평 편파 신호 및 수직 편파 신호가 인가된 경우 빔 패턴을 나타낸 것이다.
도 18a는 실시 예에 따른 대각선 방향으로 제1 및 제2 급전 패드가 형성된 안테나 구조의 전면도를 나타낸다. 한편, 도 18b는 도 18a의 안테나 구조에서 방사 패턴을 나타낸다.
도 19a는 도 18a에 따른 안테나 구조의 전계 분포를 나타낸다. 도 19b는 도 18a에 따른 안테나 구조의 도전체에 형성되는 전류 분포를 나타낸다.
도 20a는 제1 타입 안테나와 제2 타입 안테나가 배열 안테나로 형성된 안테나 모듈(1100)이 전자 기기(1000)에 배치된 구조를 나타낸다. 도 20b는 복수의 배열 안테나 모듈을 확대한 도면이다.
도 21은 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 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 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 3a 및 도 3b와 같은 구성에서 도 4 및 도 6의 전자 기기의 내부 또는 측면에 배치될 수 있는 도 5a 내지 도 5c의 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.
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.
이와 관련하여, 안테나 모듈에서 방사되는 신호의 방사 패턴은 다층 기판의 수직한 방향으로 방사될 수 있다. 한편, 이러한 안테나 모듈이 배치된 전자 기기 간에 통신 시 통신 경로 상에 장애물이 있는 경우 통신 단절이 발생할 수 있다는 문제점이 있다. 이와 관련하여, 안테나 모듈에서 방사되는 신호의 방사 패턴이 다층 기판에 수직한 방향으로 형성됨에 따라 장애물이 있는 통신 경로 상에 통신 단절이 발생하게 된다.
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 소자에서 방사되는 신호의 방향을 변경하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 소자에서 방사되는 신호의 방향을 변경하여, 통신 경로 상에 장애물이 있는 경우에도 통신 단절을 방지하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 빔 포밍 없이도 안테나 소자에서 방사되는 신호의 방사 패턴을 수직 방향에서 소정 각도만큼 틸트되게 하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 안테나 모듈을 경사지게 배치하지 않고도 안테나 소자에서 방사되는 신호의 방사 패턴을 수직 방향에서 소정 각도만큼 틸트되게 하기 위한 것이다.
본 명세서에 따른 빔 패턴이 경사지게 형성되는 안테나 소자를 구비하는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 도 7a는 본 명세서에 따른 전자 기기의 하부 영역에 배치되는 안테나 모듈과 다른 전자 기기에 배치될 수 있는 제2 안테나 모듈 간에 전파 장애 시 통신 방법과 관련된 개념도이다. 한편, 도 7b는 본 명세서에 따른 빔 패턴이 경사지게 형성되는 안테나 모듈의 주 빔 방향을 나타내는 개념도이다.
도 7a를 참조하면, 전자 기기의 하부 영역에 배치되는 안테나 모듈(1100)과 다른 전자 기기에 배치될 수 있는 제2 안테나 모듈(1100b) 간에 장애물로 인해 전파 장애 또는 신호 수신 성능 저하가 발생할 수 있다.
이와 관련하여, 전자 기기에서 고화질 영상을 무선으로 시청할 경우, IEEE 802.11ay 표준과 같이 60GHz 주파수를 이용하여 초고속 데이터 전송 기술을 사용할 수 있다. 30/60GHz와 같은 mmWave의 전자파 특성으로 직진성이 강하기 때문에 사람이나 물건과 같은 장애물을 통과하거나 회절하여 비켜 지나가지 못한다. 따라서, 전자 기기와 다른 통신 장치(예: 셋톱 박스)와 통신이 단절되어 원활한 시청이 불가능할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 실내의 천장을 이용하여 전자파를 반사시켜 전자 기기는 셋톱 박스와 통신할 수 있다. 따라서, mmWave의 대표적인 안테나 소자인 패치 안테나는 전방 이외에 아니라 천장을 향하는 상단 방향의 지향성이 형성될 필요가 있다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 안테나 모듈(1100)의 패치 안테나 소자(1110)가 전자 기기의 전면 방향으로 향하도록 배치될 수 있다. 한편, 안테나 소자(1110)의 빔 패턴 방향이 기준 선을 중심으로 하늘 방향인 상부 방향으로 향하도록 구성될 필요가 있다. 이와 관련하여, 안테나 소자(1110)에서 방사되는 전자파에 의한 커버리지 영역이 증가할 수록 통신 가능 영역이 증가하게 된다. 따라서 안테나 소자를 물리적으로 기울이지 않고 상부 방향으로 빔 피크 방향이 소정 각도(θ)로 형성되어야 한다. 이와 관련하여, 물리적으로 안테나 소자를 경사지게 배치할 경우, 안테나 모듈을 배치하는 문제와 전자 기기의 외관 디자인 변형이 발생할 수 있다.
전술한 바와 같이 빔 피크 방향을 수직 방향으로 경사지게 형성할 수 있는 안테나를 구현하기 위해, 본 명세서에 따른 안테나 구조에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이와 관련하여, 도 8a는 본 명세서에 따른 경사진 다층 그라운드 구조를 갖는 그라운드 월 내에 형성된 안테나 소자가 배치된 다층 기판의 전면도를 나타낸다. 한편, 도 8b는 도 8a의 다층 그라운드 구조를 갖는 다층 기판의 측면도를 나타낸다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 본 명세서에 따른 다층 기판(multi-layer substrate)으로 구현된 안테나 모듈(1100)은 방사체(1110), 급전 구조(1120), 하부 그라운드 층(1150), 다층 그라운드 구조(1160)를 포함하도록 구성될 수 있다.
방사체(1110)는 다층 기판의 내부 영역 또는 상부 영역 상에 배치될 수 있다. 방사체(1110)는 무선 신호를 방사하도록 적어도 하나의 도전 층(conductive layer)으로 형성될 수 있다. 급전 구조(1120)는 방사체(1110)의 하부 영역에 배치된 신호 비아(signal via)를 통해 형성될 수 있다. 급전 구조(1120)는 방사체(1110)로 신호를 전달하도록 구성될 수 있다.
도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이 급전 구조(1120)는 방사체(1110)로 연결되지 않고 무선 신호가 방사체(1110)로 커플링되도록 방사체(1110)의 하부 레이어에 배치될 수 있다. 하지만, 이러한 구조에 한정되는 것은 아니고 급전 구조(1120)와 방사체(1110)가 수직 비아 구조에 의해 연결되도록 구성될 수도 있다.
방사체(1110)와 급전 구조(1120)가 서로 다른 레이어에 배치된 경우 급전 구조(1120)에서 커플링된 신호가 방사체(1110)로 전달되어 안테나로 동작한다. 따라서, 급전 구조(1120)의 상단 부에 배치된 도전체도 기능적으로 방사체로 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 레이어에 배치되는 방사체를 제1 방사체(1110a)로 지칭할 수 있다. 또한, 급전 구조(1120)의 상단 부에 배치되어 직교 편파 신호를 방사체(1110)로 인가하는 도전체를 각각 제2 방사체(1120a) 및 제3 방사체(1120b)로 지칭할 수 있다.
한편, 제1 방사체(1110a), 제2 방사체(1120a) 및 제3 방사체(1120b)를 전체 방사체의 각각의 도전체를 구성하므로, 제1 도전체(1110), 제2 도전체(1120a) 및 제3 도전체(1120b)로 지칭할 수 있다. 한편, 제2 방사체(1120a) 및 제3 방사체(1120b)는 패치 안테나에 해당하는 제1 방사체(1110a)로 무선 신호를 전달한다. 이에 따라, 제2 방사체(1120a) 및 제3 방사체(1120b)를 각각 제1 급전부(1120a) 및 제2 방사체(1120b)로 지칭할 수도 있다.
하부 그라운드 층(1150)은 방사체(1110)를 구성하는 도전 층의 하부 영역에 배치될 수 있다. 하부 그라운드 층(1150)은 방사체에 대한 그라운드로 동작하도록 구성된다.
한편, 본 명세서에 따른 다층 그라운드 구조(1160)는 다층 기판의 일 측 영역에 배치될 수 있다. 다층 그라운드 구조(1160)는 다층 기판의 수평면을 기준으로 경사지게 형성되어 rolled 그라운드로 지칭될 수 있다. 다층 그라운드 구조(1160)는 하부 그라운드 층(1150)과 연결되게 구성될 수 있다.
본 명세서에서 제시되는 rolled 그라운드 구조의 다층 그라운드 구조(1160)의 다양한 구성에 대해 상세하게 설명한다. 이와 관련하여, 도 9a 내지 도 10b는 본 명세서의 다양한 실시 예들에 따른 다층 그라운드 구조의 단면도를 나타낸다.
도 9a 내지 도 10b는 다층 그라운드 구조(1160)가 다층 기판의 일 측 영역에 배치되고, 비아 월 형태의 그라운드 월(1165)이 다층 기판의 타 측 영역에 배치된 구조이다. 이와 관련하여, rolled 그라운드 구조의 다층 그라운드 구조(1160)는 다층 기판의 각 층마다 도전 패드 형태의 도전 층이 형성되고, 각 도전 패드 형태의 도전 층이 수직 비아 구조로 상호 연결된다.
도 9b 및 도 10a는 rolled 그라운드 구조의 다층 그라운드 구조(1160)를 2단 구조로 형성한 실시예들이다. 이와 관련하여, 제1 전류(J1) 경로와 제2 전류(J2) 경로의 길이가 서로 다르기 때문에, 각각의 다층 그라운드 구조는 서로 다른 주파수에서 동작할 수 있다. 한편, 도 10b와 같이 제2 전류(J2)를 형성시키는 다층 그라운드 구조의 위치는 J1과 제1 전류(J1)를 형성시키는 다층 그라운드 구조의 위치와 다층 기판 상의 다른 위치에 형성될 수도 있다.
서로 다른 주파수에서 동작하는 대표적인 실시 예는 도 10b와 같이 5G 밀리미터 파(millimeter wave)에서 28GHz 와 39GHz의 이중 대역을 고려할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 10b에 도시된 바와 같이, 하나의 패치안테나로 2개의 주파수를 동작시키는 경우, 두 주파수에서 모두 빔 기울임 효과를 얻기 위해서는 제1 전류(J1)와 제2 전류(J2)를 필요로 한다. 파장의 길이가 28GHz의 경우 10.7mm, 39GHz의 경우 7.7mm 이기 때문에 서로 다른 길이의 제1 전류(J1)와 제2 전류(J2) 경로 형성을 위한 구조가 설계된다. 상대적으로 긴 경로 길이의 제1 전류(J1)는 낮은 주파수인 28GHz를, 상대적으로 짧은 길이의 경로 길이의 제2 전류(J2)는 높은 주파수인 39GHz에서 동작한다.
도 8a 내지 도 9b를 참조하면, 다층 그라운드 구조(1160)는 다층 기판의 각 층 별로 방사체(1110)와 다른 간격으로 이격되게 각 층 별로 단부 위치가 서로 다르게 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 다층 기판의 하부 영역에서 다층 그라운드 구조(1160)의 단부 위치가 더 측면 영역에 형성될 수 있다. 다시 말해, 다층 그라운드 구조(1160)로 형성되는 각각의 그라운드 층의 일 축 방향의 길이가 하부 영역에서 더 감소되게 형성될 수 있다.
이와 관련하여, 다층 그라운드 구조(1160)는 복수의 그라운드 층으로 구성될 수 있다. 다층 그라운드 구조(1160)의 복수의 그라운드 층은 하부 영역일 수록 단부 위치가 측면 영역에 형성된다. 이에 따라 각 층에 배치되는 각 그라운드 층의 일 축 방향의 길이가 하부 영역에서 더 감소하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 다층 그라운드 구조(1160)의 길이는 제1 레이어에서 L1, 제2 레이어에서 L2, 제3 레이어에서 L3, 제N-1 레이어에서 LN-1으로 단계적으로 감소되게 형성될 수 있다. 한편, 방사체(1110)의 일 단부에서 다층 그라운드 구조(1160)의 일 단부까지의 거리는 제1 레이어에서 D1, 제2 레이어에서 D2, 제3 레이어에서 D3, 제N 레이어에서 DN으로 단계적으로 증가되게 형성될 수 있다.
다층 그라운드 구조(1160)는 인접한 그라운드 층을 수직 연결하는 수직 비아를 포함할 수 있다. 다층 기판의 각 층에 배치되는 다층 그라운드 구조(1160)의 각 그라운드 층의 일 축 방향의 길이가 하부 영역에서 더 감소하도록 구성된다. 이에 따라, 다층 그라운드 구조(1160)의 복수의 그라운드 층은 하부 영역일 수록 수직 비아의 개수가 감소하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 다층 그라운드 구조(1160)가 rolled 그라운드 구조로 형성될 수 있다.
다층 그라운드 구조(1160)는 방사체(1110)의 일 측 영역에 배치될 수 있다. 한편, 안테나 모듈(1100)은 방사체의 타 측 영역에 상기 방사체와 소정 간격 이격되어 배치되는 더미 패치(1110d)를 더 포함할 수 있다.
방사체(1110)와 더미 패치(1110d)는 동일한 층에 배치될 수 있다. 더미 패치(1110d)는 방사체(1110)의 형상에 대응되도록 방사체(1110)의 외곽선을 따라 배치될 수 있다. 더미 패치(1110d)는 방사체(1110)의 외곽선에서 소정 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다.
방사체(1110)는 제1 레이어에 배치되는 원형 패치로 구성될 수 있다. 더미 패치(1110d)는 제1 레이어에 소정 각도 범위의 호(arc) 형상으로 형성될 수 있다. 방사체(1110)는 원형 패치에 해당하는 제1 방사체(1110a)와 제2 방사체(1120a)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 방사체(1110a)는 제1 레이어에 배치되어 무선 신호를 소정 방향으로 방사하도록 구성될 수 있다. 제2 방사체(1120a)는 제1 방사체의 하부 영역에 제1 방사체(1110a)의 중심과 오프셋(offset)되어 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 방사체(1120a)는 제1 레이어의 하부 레이어인 제2 레이어에 배치될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고 제2 방사체(1120a)는 제1 레이어의 하부에 있는 임의의 하부 레이어에 배치될 수 있다. 제2 방사체(1120a)는 무선 신호를 제1 방사체(1110a)로 전달하는 제2 도전 층으로 형성될 수 있다.
방사체(1110)는 일 측 영역에 경사진 형태로 형성된 다층 그라운드 구조(1160)와 타 측 영역에 수직 형태로 형성된 그라운드 월(1165)의 비 대칭 그라운드 영역 내에 배치된다. 이에 따라, 도 7b와 같이 방사체(1110)의 주 빔의 방향은 다층 기판의 수직 방향에서 소정 각도만큼 틸트(tilt)되게 형성될 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 안테나 소자는 단일 편파 안테나 또는 이중 편파 안테나로 구성될 수 있다. 급전 구조(1120)를 구성하는 제2 방사체(1120a) 및 제3 방사체(1120b)도 무선 신호를 제1 방사체(1110a)로 전달하면서 자체적으로 무선 신호를 일부 방사할 수 있다. 따라서, 제1 방사체(1110a) 및 제2 방사체(1120a)가 각각 제1 패치 안테나 및 제2 패치 안테나로 형성되고, 단일 편파 안테나로 구성될 수 있다. 제2 패치 안테나는 일 축 방향으로 오프셋된 제1 지점(P1)에서 신호 비아(V1)를 통해 다층 기판 내부의 급전선과 연결될 수 있다.
안테나 모듈(1100)은 일 축 방향과 직교하는 타 축 방향으로 오프셋된 제2 지점(P2)에서 제2 신호 비아(V2)를 통해 제2 급전선과 연결되는 제3 방사체(1120b)인 제3 패치 안테나를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 안테나 모듈(1100) 내의 방사체(1100)는 이중 편파 안테나로 동작할 수 있다.
이중 편파 안테나에서 제1 방사체(1110a), 제2 방사체(1120a) 및 제3 방사체(1120b)는 각각 제1 패치 안테나, 제2 패치 안테나 및 제3 패치 안테나로 형성될 수 있다. 제2 패치 안테나와 제3 패치 안테나는 다층 기판의 동일 층에서 상기 일 축 방향 및 타 축 방향으로 배치될 수 있다. 이에 따라, 제2 패치 안테나와 제3 패치 안테나에 형성된 제1 신호 및 제2 신호가 상부의 제1 패치 안테나로 전달될 수 있다. 이에 따라, 제2 방사체(1120a) 및 제3 방사체(1120b)에 의해 급전되는 제1 방사체(1110a)인 제1 패치 안테나가 수평 편파 및 수직 편파를 갖는 이중 편파 안테나로 동작할 수 있다.
다층 그라운드 구조(1160)는 서로 다른 구조의 다층 그라운드 구조로 형성될 수 있다. 이에 따라, 서로 다른 주파수 대역에서 방사체가 광대역 동작하면서 빔 피크 방향을 소정 각도만큼 틸트시킬 수 있다. 이와 관련하여, 도 9b는 다층 그라운드 구조(1160)가 제1 그라운드 구조(1161)와 하부의 제2 그라운드 구조(1162)로 형성된 구조이다. 한편, 도 10a는 다층 그라운드 구조(1160)가 제1 그라운드 구조(1161)와 타 측 영역의 제3 그라운드 구조(1163)로 형성된 구조이다.
도 9b를 참조하면, 다층 그라운드 구조(1160)는 제1 그라운드 구조(1161) 및 그라운드 구조(1162)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 그라운드 구조(1161)는 인접한 도전 층 사이를 연결하는 수직 비아(V1)가 다층 기판의 일 측면 영역에 형성되도록 구성될 수 있다. 제2 그라운드 구조(1162)는 다층 기판의 일 측면 단부에서 소정 간격만큼 이격된 제2 위치에서 제2 수직 비아(V2)에 의해 하부 그라운드 층(1150)과 연결되도록 구성될 수 있다. 다층 그라운드 구조(1160)는 다층 기판의 타 측 영역에 수직 비아로 연결된 그라운드 월(1165)을 더 포함하도록 구성될 수 있다.
도 10a를 참조하면, 다층 그라운드 구조(1160)는 제1 그라운드 구조(1161), 그라운드 월(1165) 및 제3 그라운드 구조(1163)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 그라운드 구조(1161)는 인접한 도전 층 사이를 연결하는 수직 비아(V1)가 다층 기판의 일 측면 영역에 형성되도록 구성될 수 있다. 그라운드 월(1165)은 하부 그라운드 층(1150)과 연결되고, 다층 기판의 타 측면 영역을 형성할 수 있다. 제3 그라운드 구조(1163)는 그라운드 월(1165)과 방사체(1110) 사이의 영역에서 더미 패치(1110d)의 하부 영역에 배치될 수 있다. 제3 그라운드 구조(1163)는 다층 기판의 타 측면 단부에서 소정 간격만큼 이격된 제3 위치에서 제3 수직 비아(V3)에 의해 하부 그라운드 층(1150)과 연결되도록 구성될 수 있다.
한편, 본 명세서에서 제시되는 안테나 모듈에서 급전 구조(1120)에 해당하는 도전체는 메인 안테나로 동작하는 제1 방사체(1110a)와 비아에 의해 물리적으로 연결되거나 또는 이격되게 구성될 수 있다. 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 급전 구조(1120)를 구성하는 제2 방사체(1120a) 및 제3 방사체(1120b)는 제1 방사체(1110a)와 다른 레이어에 배치되고 연결되지 않도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 제2 방사체(1120a)로부터 제1 신호 및 제3 방사체(1120b)로부터의 제2 신호가 제1 방사체(1110a)로 커플링되도록 구성될 수 있다.
도 9a 내지 도 10b를 참조하면, 제2 방사체(1120a) 및 제3 방사체(1120b)는 제1 방사체(1110a)와 수직 비아를 통해 연결되도록 구성될 수 있다. 제2 방사체(1120a)로부터 제1 신호 및 제3 방사체(1120b)로부터의 제2 신호가 제1 방사체(1110a)로 직접 전달되도록 구성될 수 있다.
도 10b를 참조하면, 본 명세서에서 제시되는 안테나 소자는 서로 다른 레이어에 배치되는 이중 패치 안테나 구조로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 방사체(1110)는 상부 방사체(1110a) 및 하부 방사체(1110b)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상부 방사체(1110a)는 제1 레이어에 배치되고, 제1 주파수 대역에서 동작하는 도전체로 구성될 수 있다. 하부 방사체(1110b)는 상부 방사체(1110a)의 하부 영역인 제2 레이어에 배치될 수 있다. 하부 방사체(1110b)는 제1 주파수 대역보다 낮은 제2 주파수 대역에서 동작하도록 상부 방사체(1110a)보다 더 큰 크기로 형성될 수 있다.
이와 관련하여, 상부 방사체(1110a) 및 하부 방사체(1110b)는 각각 39GHz 대역 및 28GHz 대역에서 동작하도록 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 상부 방사체(1110a) 및 하부 방사체(1110b)는 60GHz 대역 내의 제1 주파수 대역 및 제1 주파수 대역보다 낮은 제2 주파수 대역에서 동작하도록 구성될 수도 있다.
하부 방사체(1100b)는 일 축 방향으로 오프셋된 제1 지점에서 신호 비아(V1)를 통해 급전선과 연결될 수 있다. 하부 방사체(1100b)는 일 축 방향과 직교하는 타 축 방향으로 오프셋된 제2 지점에서 제2 신호 비아(V2)를 통해 제2 급전선과 연결될 수 있다. 따라서, 하부 방사체(1100b)는 급전 구조(1120)와 물리적으로 연결되고, 상부 방사체(1100a)는 하부 방사체(1100b)의 상부에 배치될 수 있다. 다른 예로, 하부 방사체(1100b)도 급전 구조(1120)와 연결되지 않고 도 8a 및 도 8b와 같이 커플링 구조로 형성될 수도 있다.
상부 방사체(1110a) 및 하부 방사체(1100b)의 적층 패치 구조도 다층 그라운드 구조(1160)과 결합될 수 있다. 안테나 소자의 광대역 동작을 위해 다층 그라운드 구조(1160)도 서로 다른 주파수 대역에서 동작하도록 제1 그라운드 구조(1161) 및 제2 그라운드 구조(1162)를 포함하도록 구성될 수 있다.
이와 관련하여, 제1 그라운드 구조(1161)는 인접한 도전 층 사이를 연결하는 수직 비아(V1)가 다층 기판의 일 측면 영역에 형성되도록 구성될 수 있다. 제1 그라운드 구조(1161)는 제1 레이어에서 제1 길이(L1)로 형성될 수 있다. 제2 그라운드 구조(1162)는 다층 기판의 일 측면 단부에서 소정 간격만큼 이격된 제2 위치에서 제2 수직 비아(V2)에 의해 하부 그라운드 층(1150)과 연결되도록 구성될 수 있다. 제2 그라운드 구조(1162)는 제2 레이어에서 제1 길이(L1)보다 짧은 제2 길이(L2)로 형성될 수 있다. 다층 그라운드 구조(1160)는 다층 기판의 타 측 영역에 수직 비아로 연결된 그라운드 월(1165)을 더 포함하도록 구성될 수 있다.
제1 그라운드 구조(1161)는 하부 방사체(1110b)와 제2 주파수 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다. 한편, 제2 그라운드 구조(1162)는 상부 방사체(1110a)와 제1 주파수 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 그라운드 구조(1161)는 28GHz 대역의 제1 전류 분포(J1)를 형성할 수 있다. 한편, 제2 그라운드 구조(1162)는 39GHz 대역의 제2 신호에 의해 제2 전류 분포(J2)를 형성할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 개시되는 안테나 구조는 방사체의 적어도 일 측에 배치되는 더미 패치(1110d)를 더 포함하여 광대역 동작 및 방사 패턴을 최적화할 수 있다. 이와 관련하여, 도 11a 내지 도 11c는 서로 다른 실시 예에 따른 더미 패치 구조가 다층 기판 상에 배치된 구조를 나타낸다.
도 11a 내지 도 11c를 참조하면, 더미 패치(1110d)는 전파를 특정 방향으로 유도하는 디렉터(director)의 역할을 할 수 있지만 전파를 특정 방향으로 반사시키는 반사체(reflector)의 역할을 할 수도 있다.
도 11a의 더미 패치(1110d) 구조는 2개의 더미 패치를 사용하고, 각각의 더미 패치를 다층 기판 상에서 상부/하부에 배치한 것이다. 한편, 도 11b의 더미 패치(1110d) 구조도 2개의 더미 패치를 사용한 것이다. 각각의 더미 패치를 다층 기판 상에서 방사체(1110)와 다층 그라운드 구조(1160) 사이에서 좌측/우측에 배치한 것이다. 2개 이상의 더미 패치(1110d)가 배치되면, 서로 전류 거울(mirror current)의 영향으로 반대 방향의 전류가 형성되어 전파를 밀어내는 효과를 일으킨다.
도 11c의 더미 패치(1110d) 구조는 상하로 적층된 2개 이상의 더미 패치(1110d)를 수직 비아로 연결한 경우다. 이 경우, 패치 안테나(1110a)와 다른 방향의 전류가 발생하여 전파를 밀어내는 반사체 역할을 하게 된다. 따라서, 도 11a 내지 도 11c와 같은 제1 더미 패치(1111d)와 제2 더미 패치(1112d)를 함께 사용하면 전자파의 방향을 더 유도하여 빔 커버리지를 증대시킬 수 있다.
더미 패치(1110d)는 제1 더미 패치(1111d) 및 제2 더미 패치(1112d)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 더미 패치(1111d)는 다층 기판의 타 측 영역에 형성된 그라운드 월(1165)과 방사체(1110) 사이에 배치될 수 있다. 제1 더미 패치(1112d)는 다층 기판의 일 측 영역에 형성된 다층 그라운드 구조(1160)와 방사체(1110) 사이에 배치될 수 있다.
제2 더미 패치(1112d)는 하나 이상의 더미 패턴을 포함하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 제2 더미 패치(1112d)는 제1 더미 패턴(DP1) 및 제2 더미 패턴(DP2)을 포함하도록 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 더 많은 더미 패턴을 포함할 수도 있다. 도 11a를 참조하면, 제1 더미 패턴(DP1) 및 제2 더미 패턴(DP2)은 제1 레이어와 제1 레이어의 하부 레이어인 제2 레이어에 이격되어 배치될 수 있다.
도 11b를 참조하면, 제1 더미 패턴(DP1) 및 제2 더미 패턴(DP2)은 제1 레이어 상에 소정 간격 이격되어 배치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 관련하여, 제1 더미 패턴(DP1) 및 제2 더미 패턴(DP2)은 임의의 동일한 레이어 상에 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 일 예로,
도 11c를 참조하면, 제1 더미 패턴(DP1) 및 제2 더미 패턴(DP2)은 하나 이상의 수직 비아에 의해 연결되어 배치될 수 있다.
한편, 본 명세서에서 제시되는 rolled 그라운드 구조인 다층 그라운드 구조(1160)에 따른 전류 분포를 고려하여 다층 그라운드 구조(1160)의 동작 메커니즘에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 도 12a는 서로 다른 그라운드 구조에 따른 전자파의 방사 방향을 나타낸 것이다.
도 12a(a)는 유전체 기판의 상부에 패치 안테나(1110a)가 배치되고 하부에 그라운드 층(1150)이 배치된 안테나 구조이다. 도 12a(a)를 참조하면, 그라운드 층(1150)에 일 방향으로 제1 전류(J1)가 생성되고, 패치 안테나(1110a)의 정면 방향으로 전계가 생성되어 전자파가 방사된다.
도 12a(b)는 유전체 기판의 상부에 패치 안테나(1110a)가 배치되고 하부에 그라운드 층(1150)이 확장된 안테나 구조이다. 이와 관련하여, 그라운드 층(1150)은 유전체 기판의 하부에 형성된 제1 그라운드 층(1151)과 제1 그라운드 층(1151)에서 연장된 제2 그라운드 층(1152)을 포함하는 것으로 구성될 수 있다. 따라서, 패치 안테나(1110a)에 대한 그라운드 층(1150)을 일 측 방향으로 증가시키면 제1 전류(J1)와 반대 방향으로 제2 전류(J2)가 생성한다. 반대 방향으로 형성되는 제2 전류(J2)에 의해, 패치 안테나(1110a)의 주 방사 방향은 수직 축을 기준으로 제2 전류(J2)의 반대 방향으로 소정 각도만큼 기울어지게 된다.
도 12a(c)를 참조하면, rolled 그라운드 구조로 형성된 다층 그라운드 구조(1160)를 나타낸다. 확장된 그라운드 층(1150)을 유전체 기판을 따라 말아 올리면 제2 전류(J2)도 말아 올려지게 형성된다. 이러한 다층 그라운드 구조(1160)에 의해 전체 안테나 모듈(1100)의 설계 공간을 소형화 할 수 있으며, 동시에 조정된 주 방사 방향이 유지될 수 있다.
제1 전류(J1) 및 제2 전류(J2)의 형성된 rolled 그라운드 구조의 효과를 위해, 다층 그라운드 구조(1160)의 각 치수는 다음과 같은 조건을 만족하도록 구성될 수 있다 다층 그라운드 구조(1160)의 제1 그라운드 층(1151)의 길이(L1)는 제1 전류(J1) 의 길이에 대응되며, 전기적 길이가 λ0/4 < L1 < 3λ0/4로 형성될 수 있다. 다층 그라운드 구조(1160)의 제2 그라운드 층(1160a)의 길이(L2)는 제2 전류(J2)의 길이에 대응되며, 전기적 길이가 0mm < L2 < 3λ0/4로 형성될 수 있다.
다층 그라운드 구조(1160)의 제3 그라운드 층(1160b)의 길이(L3)는 유전체 상부에 형성되는 제2 전류(J2)의 길이에 대응된다. 한편, 다층 그라운드 구조(1160)의 유전체 측면상의 길이(L4)는 수직 방향의 전류 길이에 대응된다. 제3 그라운드 층(1160b)의 길이(L3)와 유전체 측면상의 길이(L4)는 L3 > L4를 만족하도록 형성되어, rolled 그라운드 구조에 따른 안테나 모듈의 크기 소형화 및 캐비티 구조에 따른 방사 패턴 방향 조절이 가능하다. 예를 들어, 60GHz 대역에서 λ0 = 5mm 이므로, 1.25mm < L1 < 3.75 mm, 0mm < L2 < 3.75mm 이며, L3 > L4 의 조건이 만족될 수 있다.
한편, 본 명세서의 rolled 그라운드 구조에 따른 방사 방향 변경의 동작 메커니즘을 설명하면 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 12b는 본 명세서에 따른 rolled 그라운드 구조가 형성된 패치 안테나의 구조에서 전계 분포와 이에 따른 방사 방향을 나타낸 것이다. 구체적으로, 도 12b는 패치 안테나(1110a)를 옆면에서 본 단면도에서 전류 분포와 이에 따른 전계(electric field, E-field)의 방사 방향을 나타낸다.
도 8b, 도 12a(c) 및 도 12b의 전류 분포를 참조하면, rolled 그라운드 구조가 형성된 영역의 제2 전류(J2)에 의해 다른 영역보다 높은 값을 갖는 전계 분포가 형성된다. 따라서, rolled 그라운드 구조(1160)에 인접한 영역에 높은 값을 갖는 전계 분포에 따라 패치 안테나(1110a)의 수직 방향에서 반대 방향의 소정 각도로 주 방사 방향이 기울어지게 형성되는 것을 확인할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 제시되는 rolled 그라운드 구조 내의 패치 안테나에 인접하게 더미 패치가 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 13a는 본 명세서에 따른 rolled 그라운드 구조와 더미 패치가 형성된 안테나 모듈의 측면도 및 전면도를 나타낸 것이다. 도 13a(a)는 안테나 모듈의 측면도를 나타내고, 도 13a(b)는 안테나 모듈의 전면도에 따른 패치 안테나(1110a)와 더미 패치(1110d)와 이에 형성되는 전류 분포를 나타낸 것이다.
더미 패치(1110d)는 안테나 모듈의 주 방사 방향을 조절하는 디렉터(director) 역할을 하기 위해, 패치 안테나(1110a)를 중심으로 rolled 그라운드 구조(1160)의 반대 측에 배치될 수 있다. 패치 안테나(1110a)에 수평 편파(H-pol) 급전에 의해 제3 전류(J3)가 좌우 방향으로 형성될 수 있다.
패치 안테나(1110a)에 형성된 제3 전류(J3)는 rolled 그라운드 구조(1160)를 갖는 그라운드를 거쳐 인접한 더미 패치(1110d)에 커플링이 발생하여 같은 방향의 제4 전류(J4)가 서로 다른 시간에 형성된다. 따라서 시간 순으로 제3 전류(J3)가 먼저 발생하고, 제4 전류(J4)가 유도되는데, 이 시차에 의해 발생하는 전계의 위상이 서로 다르게 형성된다. 패치 안테나(1110a)에 형성된 제3 전류(J3)와 더미 패치(1110d)에 유도되는 제4 전류(J4)의 위상 차에 의해 주 방사 방향이 더미 패치(1110d) 측으로 기울어지게 된다.
한편, 본 명세서의 더미 패치에 따른 방사 방향 변경의 동작 메커니즘을 설명하면 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 13b는 본 명세서에 따른 더미 패치가 형성된 패치 안테나의 구조에서 전계 분포와 이에 따른 방사 방향을 나타낸 것이다. 구체적으로, 도 13b는 패치 안테나(1110a)와 더미 패치(1110d)를 옆면에서 본 단면도에서 전류 분포와 이에 따른 전계(electric field, E-field)의 방사 방향을 나타낸다. 도 13b의 전류 분포도와 도 12b의 전류 분포도를 비교하면, 도 13b는 rolled 그라운드 구조 없이 더미 패치 구조만 형성된 구조에서의 전류 분포도이다.
도 8b 및 도 13b의 전류 분포를 참조하면, 패치 안테나(1110a)에서 커플링으로 형성된 전계가 더미 패치(1110d) 방향으로 기울어진 영향으로 전계 방향이 수직 축을 기준으로 상부 영역으로 기울어진 것을 확인할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 제시되는 다층 그라운드 구조의 안테나 모듈은 복수의 안테나 소자가 배치된 배열 안테나 구조로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 14는 배열 안테나 사이의 그라운드 월의 일 단부가 다층 그라운드 구조로 형성된 안테나 모듈을 나타낸다. 도 14를 참조하면, 본 명세서에 따른 방사체(1110)와 더미 패치(1110d)를 구비하는 단일 안테나 소자를 1x4 배열 안테나로 배치한 구조를 나타낸다.
이와 관련하여, 도 15a 및 도 15b는 도 14의 단일 안테나 소자의 수평 편파 신호 및 수직 편파 신호가 인가된 경우 방사 패턴을 나타낸 것이다. 도 15a 및 도 15b를 참조하면, 단일 안테나 소자의 수평 편파 신호 및 수직 편파 신호가 인가된 경우 상하 방향의 빔 패턴의 피크 방향 및 빔 커버리지를 나타낸다.
도 8a 내지 도 11c 및 도 14와 관련하여, 배열 안테나는 1x2, 1x4, 1xN 배열 안테나에서 모두 동일하게 하단 영역에 또는 일부 영역의 하단 영역에만 rolled 그라운드 구조(1160)가 배치될 수 있다. 한편, 더미 패치(1110d)는 모든 패치 안테나(1110a)의 상부 영역에 배치될 수 있다.
수평 편파(H-pol.)의 제1 급전 패드(1120a)의 위치는 패치 안테나(1110a)의 좌측 영역 또는 우측 영역에 배치될 수 있다. 수직 편파(V-pol.)의 제2 급전 패드(1120b)의 위치는 패치 안테나(1110a)의 상부 영역 또는 하부 영역에 있을 수 있으나 본 실시예에서는 모두 하부 영역에 배치하였다.
도 8a 내지 도 11c, 도 14 및 도 15a를 참조하면, 수평 편파(H-pol.)의 빔 커버리지는 약 42도일 수 있다. 이와 관련하여, 더미 패치(1110d) 및 rolled 그라운드 구조(1160)가 없는 경우 수평 편파(H-pol.)의 빔 커버리지는 약 37도일 수 있다. 이에 따라, 본 명세서에 따른 더미 패치(1110d) 및 rolled 그라운드 구조(1160)의 빔 커버리지는 약 5도 정도 확대되는 효과를 얻을 수 있다. 한편, 수평 편파(H-pol.)의 빔 피크 각도도 대조군에 비해 약 10도 정도 틸트되게 형성될 수 있다.
도 14 및 도 15b를 참조하면, 수직 편파(V-pol.)의 빔 커버리지는 약 60도일 수 있다. 이와 관련하여, 더미 패치(1110d) 및 rolled 그라운드 구조(1160)가 없는 경우 수직 편파(V-pol.)의 빔 커버리지는 약 40도일 수 있다. 이에 따라, 본 명세서에 따른 더미 패치(1110d) 및 rolled 그라운드 구조(1160)의 빔 커버리지는 약 20도 정도 확대되는 효과를 얻을 수 있다. 한편, 수직 편파(V-pol.)의 빔 피크 각도도 대조군에 비해 약 20도 정도 틸트되게 형성될 수 있다.
도 8a, 도 8b 및 도 14를 참조하여, 배열 안테나 사이의 그라운드 월의 일 단부가 다층 그라운드 구조로 형성된 안테나 모듈(1100)에 대해 설명한다. 안테나 모듈(1100)은 적어도 일 축 방향으로 방사체(1110)가 소정 간격 이격되어 복수 개 배열되는 배열 안테나를 구성할 수 있다. 배열 안테나는 제1 안테나 소자(EL1) 및 제1 안테나 소자(EL1)에 인접한 제2 안테나 소자(EL2)를 포함할 수 있다. 또한, 배열 안테나는 제2 안테나 소자(EL2)에 인접한 제3 안테나 소자(EL3) 및 제3 안테나 소자(EL3)에 인접한 제4 안테나 소자(EL4)를 더 포함할 수 있다.
다층 기판의 측면 영역에 그라운드 월(1165)이 형성될 수 있다. 한편, 제1 안테나 소자(EL1)와 제2 안테나 소자(EL2) 사이에 다층 그라운드 구조(1160)가 형성될 수 있다. 다층 그라운드 구조(1160)는 다층 기판의 일 측 영역, 예컨대 하부 영역에 배치될 수 있다. 한편, 제3 안테나 소자(EL3)와 제4 안테나 소자(EL4) 사이에 다층 그라운드 구조(1160)가 형성될 수 있다. 제2 안테나 소자(EL2)와 제3 안테나 소자(EL3) 사이에 그라운드 월(1165)이 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 제2 안테나 소자(EL2)와 제3 안테나 소자(EL3) 사이에 다층 그라운드 구조가 형성될 수도 있다.
다층 그라운드 구조(1160)를 중심으로 제1 안테나 소자(EL1)와 제2 안테나 소자(EL2)가 대칭 형태로 구성될 수 있다. 또한, 다층 그라운드 구조(1160)를 중심으로 제3 안테나 소자(EL3)와 제4 안테나 소자(EL4)가 대칭 형태로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 급전 패치(FP1) 내지 제4 급전 패치(FP4)가 급전 구조(1120)를 형성할 수 있다. 제1 급전 패치(FP1) 내지 제4 급전 패치(FP4)는 제1 안테나 소자(EL1) 내지 제4 안테나 소자(EL4)로 제1 편파의 제1 신호를 인가하도록 구성된다. 한편, 제5 급전 패치(FP5) 내지 제8 급전 패치(FP8)는 제1 안테나 소자(EL1) 내지 제4 안테나 소자(EL4)로 제2 편파의 제2 신호를 인가하도록 구성된다.
일 축 방향으로 제1 안테나 소자(EL1)의 일 측 영역에서 제1 급전 패치(FP1)가 배치되고 제2 안테나 소자(EL2)의 타 측 영역에서 제2 급전 패치(FP2)가 배치될 수 있다. 이에 따라, 다층 그라운드 구조(1160)를 중심으로 제1 안테나 소자(EL1)와 제2 안테나 소자(EL2)가 대칭 형태로 구성될 수 있다. 또한, 일 축 방향으로 제3 안테나 소자(EL3)의 일 측 영역에서 제3 급전 패치(FP3)가 배치되고 제4 안테나 소자(EL4)의 타 측 영역에서 제4 급전 패치(FP4)가 배치될 수 있다. 이에 따라, 다층 그라운드 구조(1160)를 중심으로 제3 안테나 소자(EL3)와 제4 안테나 소자(EL4)가 대칭 형태로 구성될 수 있다.
다층 기판의 일 단부, 즉 하부 영역의 단부에 다층 그라운드 구조(1160)가 배치될 수 잇다. 또한, 다층 그라운드 구조(1160)는 제1 편파를 갖는 인접한 급전 패치 사이에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 다층 그라운드 구조(1160)는 제1 급전 패치(FP1)와 제2 급전 패치(FP2) 사이에 배치될 수 있다. 다층 그라운드 구조(1160)는 제3 급전 패치(FP3)와 제4 급전 패치(FP4) 사이에 배치될 수 있다.
한편, 본 명세서에서 개시되는 안테나 구조는 일 축 방향과 이에 수직한 타 축 방향의 2차원 구조의 배열 안테나로 확장될 수 있다. 이와 관련하여, 도 16은 본 명세서에 따른 2x2 배열 안테나의 구조를 나타낸다. 한편, 도 17a 및 도 17b는 도 16의 2x2 배열 안테나에 수평 편파 신호 및 수직 편파 신호가 인가된 경우 빔 패턴을 나타낸 것이다.
도 8a 내지 도 11c, 도 16과 관련하여, 배열 안테나는 2x2, 2x4, 4x2, 4x4, MxN 배열 안테나 등으로 구현 가능하다. 이와 관련하여, 안테나 모듈(1100)을 구성하는 다층 기판의 하단 영역에 또는 일부 영역의 하단 영역에만 rolled 그라운드 구조(1160)가 배치될 수 있다. 한편, 더미 패치(1110d)는 모든 패치 안테나(1110a)의 상부 영역에 배치될 수 있다.
본 명세서의 실시 예에서는 전방 방향의 안테나 이득이 또한 중요하다. 이러한 높은 전방 방향의 안테나 이득과 넓은 상단 방향의 빔 커버리지 성능을 동시에 얻기 위해 배열 안테나의 하단 열에만 rolled 그라운드 구조(1160)가 배치될 수 있다.
수평 편파(H-pol.)의 제1 급전 패드(1120a)의 위치는 패치 안테나(1110a)의 좌측 영역 또는 우측 영역에 배치될 수 있다. 수직 편파(V-pol.)의 제2 급전 패드(1120b)의 위치는 패치 안테나(1110a)의 상부 영역 또는 하부 영역에 있을 수 있으나 본 실시예에서는 모두 하부 영역에 배치한다.
도 8a 내지 도 11c, 도 16 및 도 17a를 참조하면, 수평 편파(H-pol.)의 빔 커버리지는 약 43도일 수 있다. 이와 관련하여, 더미 패치(1110d) 및 rolled 그라운드 구조(1160)가 없는 경우 수평 편파(H-pol.)의 빔 커버리지는 약 35도일 수 있다. 이에 따라, 본 명세서에 따른 더미 패치(1110d) 및 rolled 그라운드 구조(1160)의 빔 커버리지는 약 8도 정도 확대되는 효과를 얻을 수 있다.
도 16 및 도 17b를 참조하면, 수직 편파(V-pol.)의 빔 커버리지는 약 43도일 수 있다. 이와 관련하여, 더미 패치(1110d) 및 rolled 그라운드 구조(1160)가 없는 경우 수직 편파(V-pol.)의 빔 커버리지는 약 32도일 수 있다. 이에 따라, 본 명세서에 따른 더미 패치(1110d) 및 rolled 그라운드 구조(1160)의 빔 커버리지는 약 11도 정도 확대되는 효과를 얻을 수 있다.
도 8a, 도 8b 및 도 16을 참조하여, 배열 안테나 사이의 그라운드 월의 일 단부가 다층 그라운드 구조로 형성된 안테나 모듈(1100)에 대해 설명한다. 안테나 모듈(1100)은 적어도 일 축 방향으로 방사체(1110)가 소정 간격 이격되어 복수 개 배열되는 배열 안테나를 구성할 수 있다. 배열 안테나는 하부 영역에 제1 안테나 소자(EL1) 및 제1 안테나 소자(EL1)에 인접한 제2 안테나 소자(EL2)를 포함할 수 있다. 또한, 배열 안테나는 상부 영역에 제3 안테나 소자(EL3) 및 제3 안테나 소자(EL3)에 인접한 제4 안테나 소자(EL4)를 더 포함할 수 있다.
다층 기판의 측면 영역에 그라운드 월(1165)이 형성될 수 있다. 한편, 제1 안테나 소자(EL1)와 제2 안테나 소자(EL2) 사이에 다층 그라운드 구조(1160)가 형성될 수 있다. 다층 그라운드 구조(1160)는 다층 기판의 일 측 영역, 예컨대 하부 영역에 배치될 수 있다.
제1 급전 패치(FP1) 내지 제4 급전 패치(FP4)가 급전 구조(1120)를 형성할 수 있다. 제1 급전 패치(FP1) 내지 제4 급전 패치(FP4)는 제1 안테나 소자(EL1) 내지 제4 안테나 소자(EL4)로 제1 편파의 제1 신호를 인가하도록 구성된다. 한편, 제5 급전 패치(FP5) 내지 제8 급전 패치(FP8)는 제1 안테나 소자(EL1) 내지 제4 안테나 소자(EL4)로 제2 편파의 제2 신호를 인가하도록 구성된다.
다층 기판의 상부 영역에 일 축 방향으로 제1 안테나 소자(EL1)의 일 측 영역에서 제1 급전 패치(FP1)가 배치되고 제2 안테나 소자(EL2)의 타 측 영역에서 제2 급전 패치(FP2)가 배치될 수 있다. 또한, 다층 기판의 하부 영역에 일 축 방향으로 제3 안테나 소자(EL3)의 일 측 영역에서 제3 급전 패치(FP3)가 배치되고 제4 안테나 소자(EL4)의 타 측 영역에서 제4 급전 패치(FP4)가 배치될 수 있다.
다층 기판의 일 단부, 즉 하부 영역의 단부에 다층 그라운드 구조(1160)가 배치될 수 잇다. 또한, 다층 그라운드 구조(1160)는 제1 편파를 갖는 인접한 급전 패치 사이에 배치될 수 있다. 다층 그라운드 구조(1160)는 제3 급전 패치(FP3)와 제4 급전 패치(FP4) 사이에 배치될 수 있다.
이중 편파 구조에서 빔 커버리지를 동일하게 맞추기 위해, 본 명세서에 따른 안테나 모듈에서 이중 편파 구조가 형성되는 방향은 대각선 방향으로 형성될 필요가 있다. 이와 관련하여, 도 18a는 실시 예에 따른 대각선 방향으로 제1 및 제2 급전 패드가 형성된 안테나 구조의 전면도를 나타낸다. 한편, 도 18b는 도 18a의 안테나 구조에서 방사 패턴을 나타낸다.
도 18a를 참조하면, 대각선 방향으로 실질적으로 직교하는 제1 편파(X1-pol.) 및 제2 편파(X2-pol.)를 사용하는 이중 편파 구조를 통해 빔 커버리지를 제1 편파(X1-pol.) 및 제2 편파(X2-pol.)에서 거의 동일하게 형성할 수 있다.
도 18a의 제1 편파(X1-pol.)로 안테나가 동작하면, 도 18b와 같이 방사패턴이 상부 방향으로 조정되는 현상은 수평 편파로 동작하는 안테나와 유사하게 발생된다. 도 18b를 참조하면, 제1 편파(X1-pol.)로 안테나가 동작하면 방사패턴이 수직 축을 중심으로 소정 각도만큼 상부 방향으로 기울어져 지향됨을 확인할 수 있다.
한편, 도 18a에 따른 안테나 구조의 전계 분포와 안테나 구조의 도전체에 형성되는 전류 분포에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 도 19a는 도 18a에 따른 안테나 구조의 전계 분포를 나타낸다. 도 19b는 도 18a에 따른 안테나 구조의 도전체에 형성되는 전류 분포를 나타낸다.
도 19a를 참조하면, 대각선 방향의 편파 신호가 인가된 안테나 구조를 측면에서의 전계 분포(E-field distribution)를 나타낸다. 도 18b 내지 도 19a를 참조하면, 전계 분포가 rolled 그라운드 구조(1160)와 더미 패치(1110d)의 영역에 강하게 집중되어 있는 것을 확인할 수 있다. 이러한 영향에 의해 전계의 방향이 기울어져 상부 방향으로 향하는 것을 확인할 수 있다.
도 19b를 참조하면, 제1 편파(X1-pol.)로 동작하는 실시예에서, 패치 안테나(1110a)에 형성된 전류의 방향과 더미 패치(1110d)에 형성된 전류의 방향이 동일한 방향임을 확인할 수 있다. 이와 관련하여, 커플링 패드 형태의 제1 급전 패드(1120a) 및 제2 급전 패드(1120b)의 위치가 상부 영역이든 하부 영역이든 상관없이 안테나가 정상 동작한다는 것을 나타낸다. 따라서 대각선 방향의 편파 신호를 전달하는 커플링 패드의 위치는 상부 영역이든 하부 영역이든 어느 영역에나 배치될 수 있다.
한편, 본 명세서에서 개시되는 안테나 모듈은 도 1, 도 4, 도 5a, 도 5b, 도 6 및 도 7a의 전자 기기의 일부 영역, 예컨대 하부 영역에 배치될 수 있다. 따라서, 도 1 내지 도 20b를 참조하면, 본 명세서의 또 다른 양상에 따른 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기에 대해 설명한다. 이와 관련하여, rolled 그라운드 구조 및 더미 패치를 구비하는 안테나 구조에 대한 모든 전술한 설명이 이하의 설명에도 결합되어 적용될 수 있다.
도 5c 내지 도 7b를 참조하면, 전자 기기(1000)는 안테나 모듈(1100), 송수신부 회로(transceiver circuit, 1250) 및 메인 PCB(1020)을 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 모듈(1100)은 배열 안테나로 구현될 수 있다. 안테나 모듈(1100)은 둘 이상의 안테나 모듈로 구현되어 전자 기기의 서로 다른 영역에 배치될 수 있다. 다층 기판(multi-layer substrate)(1010)의 일부 영역에 안테나 모듈(1100)이 형성될 수 있지만, 이에 한정되지 않고 도 8a와 같이 안테나 모듈(1100)이 다층 기판으로 구현될 수 있다.
송수신부 회로(1250)는 다층 기판으로 구성된 안테나 모듈(1100)에 배치될 수 있다. 송수신부 회로(1250)는 안테나 모듈(1100)의 하부 영역에 배치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 메인 PCB(1020)는 전자 기기의 내부에 배치되어 다층 기판과 동작 가능하게 결합될 수 있다. 메인 PCB(1020)에 모뎀에 해당하는 프로세서(1400)가 배치될 수 있다.
도 8a 내지 도 20b를 참조하면, 안테나 모듈(1100)은 다층 기판의 내부 영역 또는 상부 영역 상에 배치되고, 무선 신호를 방사하도록 적어도 하나의 도전 층(conductive layer)으로 형성된 방사체(1110)를 포함할 수 있다. 안테나 모듈(1100)은 방사체(1110)의 하부 영역에 배치된 신호 비아(signal via)를 통해 방사체(1110)와 연결되도록 구성된 급전 구조(1120)를 더 포함할 수 있다. 안테나 모듈(1100)은 방사체(1110)를 구성하는 도전 층의 하부 영역에 배치되고, 방사체(1110)에 대한 그라운드로 동작하도록 구성된 하부 그라운드 층(1150)을 더 포함할 수 있다. 안테나 모듈(1100)은 하부 그라운드 층(1150)과 연결되고, 다층 기판의 각 층 별로 방사체(1110)와 다른 간격으로 이격되게 각 층 별로 단부 위치가 서로 다르게 형성되는 다층 그라운드 구조(1160)를 포함할 수 있다.
안테나 모듈(1100)의 다층 그라운드 구조(1160)는 방사체(1110)의 일 측 영역에 배치되고, 방사체(1110)의 타 측 영역에 방사체(1110)와 소정 간격 이격되어 배치되는 더미 패치(1110d)를 더 포함할 수 있다. 방사체(1110)와 더미 패치(1110d)는 동일한 층에 배치되고, 더미 패치(1110d)는 방사체(1110)의 형상에 대응되도록 상기 방사체의 외곽선을 따라 배치될 수 있다.
방사체(1110)는 다층 기판의 제1 레이어에 배치되는 제1 방사체(1110a) 및 급전 구조(1120)에 해당하는 제2 방사체(1120a)를 포함하도록 구성될 수도 있다. 제2 방사체(1120a)는 제1 방사체(1110a)의 하부 영역인 제2 레이어에 제1 방사체(1110a)의 중심과 오프셋(offset)되어 배치될 수 있다. 제2 방사체(1120a)는 무선 신호를 제1 방사체(1110a)로 전달하는 제2 도전 층으로 형성될 수 있다.
다층 그라운드 구조(1160)는 수직 비아가 다층 기판의 일 측면 영역에 형성되도록 구성된 제1 그라운드 구조(1161)일 수 있다. 다층 그라운드 구조(1160)는 다층 기판의 일 측면 단부에서 소정 간격만큼 이격된 제2 위치에서 제2 수직 비아에 의해 하부 그라운드 층(1150)과 연결되도록 구성된 제2 그라운드 구조(1162)를 더 포함할 수 있다.
안테나 모듈(1100)은 적어도 일 축 방향으로 방사체(1110)가 소정 간격 이격되어 복수 개 배열되는 도 14 또는 도 16과 같은 1차원 또는 2차원 배열 안테나를 구성할 수 있다. 배열 안테나는 제1 안테나 소자(EL1) 및 제1 안테나 소자(EL1)에 인접한 제2 안테나 소자(EL2)를 포함할 수 있다. 제1 안테나 소자(EL1)와 제2 안테나 소자(EL2) 사이에 배치된 그라운드 월(1150)의 일 단부는 다층 그라운드 구조(1160)로 형성될 수 있다.
한편, 도 5c의 메인 PCB(1020)에 배치된 프로세서(1400)는 배열 안테나가 다른 전자 기기로 무선 신호를 방사하도록 송수신부 회로(1250)를 제어하도록 구성될 수 있다.
안테나 모듈(1100)의 방사체(1110)는 도 10b와 같이 적층된 방사체 구조로 형성될 수 있다. 방사체(1110)는 다층 기판의 제1 레이어에 배치되고, 제1 주파수 대역에서 동작하도록 구성된 상부 방사체(1110a)를 포함할 수 있다. 방사체(1110)는 상부 방사체(1110a)의 하부 영역인 제2 레이어에 배치되고, 제1 주파수 대역보다 낮은 제2 주파수 대역에서 동작하도록 상부 방사체(1110a)보다 더 큰 크기로 형성된 하부 방사체(1110b)를 더 포함할 수 있다.
프로세서(1400)는 배열 안테나의 상부 방사체(1110a)를 통해 방사되는 제1 대역의 제1 무선 신호를 이용하여 무선 통신을 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 제1 무선 신호의 품질이 임계치 이하이면, 프로세서(1400)는 배열 안테나의 하부 방사체(1110b)를 통해 방사되는 제2 대역의 제2 무선 신호를 이용하여 무선 통신을 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다.
송수신부 회로(1250)는 급전 구조(1120)와 연결되는 제1 급전선을 통해 하부 방사체(1110b)로 제1 대역의 제1 신호를 인가할 수 있다. 송수신부 회로(1250)는 급전 구조(1120)와 연결되는 제2 급전선을 통해 하부 방사체(1110b)로 제2 대역의 제2 신호를 인가할 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 rolled 그라운드 구조 및 더미 패치로 구현되는 안테나 구조는 배열 안테나로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 20a는 제1 타입 안테나와 제2 타입 안테나가 배열 안테나로 형성된 안테나 모듈(1100)이 전자 기기(1000)에 배치된 구조를 나타낸다. 도 20b는 복수의 배열 안테나 모듈을 확대한 도면이다.
도 1 내지 도 20b를 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 21b와 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(B2, 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 21은 실시 예들에 따른 전자 기기의 특정 위치에서 서로 다른 결합 구조로 결합된 안테나 모듈을 나타낸다. 도 21(a)를 참조하면, 안테나 모듈(1100)은 디스플레이(151) 하부 영역에 디스플레이(151)와 실질적으로 수평하게 배치될 수 있다. 이에 따라, 안테나 소자를 통해 전자 기기의 하부 방향으로 빔(B1)을 생성할 수 있다. 한편, 안테나 소자를 통해 전자 기기의 전면 방향으로 다른 빔(B2)를 생성할 수 있다.
도 21(b)를 참조하면, 안테나 모듈(1100)은 디스플레이(151) 하부 영역에 디스플레이(151)와 실질적으로 수직하게 배치될 수 있다. 배치될 수 있다. 이에 따라, 안테나 소자를 통해 전자 기기의 전면 방향으로 빔(B2)을 생성할 수 있다. 한편, 안테나 소자를 통해 전자 기기의 하부 방향으로 다른 빔(B1)를 생성할 수 있다.
도 21(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, 안테나 소자를 통해 전자 기기의 하부 방향으로 빔(B1)을 생성할 수 있다. 한편, 안테나 소자를 통해 전자 기기의 후면 방향으로 다른 빔(B3)을 생성할 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.
이와 같은 밀리미터파 대역에서 동작하는 광대역 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역에서 동작하는 광대역 안테나 모듈을 전자 기기에 배치하여 다른 전자 기기와 고속 통신 서비스를 제공할 수 있다.
실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 모듈의 그라운드 구조를 최적화하여, 안테나 소자에서 방사되는 신호의 방향을 변경하여 전자 기기 간에 신뢰성 높은 고속 통신 서비스를 제공할 수 있다.
실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 모듈의 그라운드 구조 및 더미 패치 구조를 최적화하여, 통신 경로 상에 장애물이 있는 경우에도 통신 단절을 방지할 수 있다.
실시 예에 따르면, 빔 포밍 없이도 안테나 소자에서 방사되는 신호의 방사 패턴을 수직 방향에서 소정 각도만큼 틸트되게 하여, 통신 경로 상에 장애물이 있는 경우에도 통신 단절을 방지할 수 있다.
실시 예에 따르면, 안테나 모듈을 경사지게 배치하지 않고도 다층 그라운드 구조를 최적화하여 안테나 소자에서 방사되는 신호의 방사 패턴을 수직 방향에서 소정 각도만큼 틸트되게 할 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 (22)

  1. 다층 기판(multi-layer substrate)으로 구현된 안테나 모듈에 있어서,
    상기 다층 기판의 내부 영역 또는 상부 영역 상에 배치되고, 무선 신호를 방사하도록 적어도 하나의 도전 층(conductive layer)으로 형성된 방사체;
    상기 방사체의 하부 영역에 배치된 신호 비아(signal via)를 통해 상기 방사체와 연결되도록 구성된 급전 구조;
    상기 방사체를 구성하는 상기 도전 층의 하부 영역에 배치되고, 상기 방사체에 대한 그라운드로 동작하도록 구성된 하부 그라운드 층; 및
    상기 하부 그라운드 층과 연결되고, 상기 다층 기판의 각 층 별로 상기 방사체와 다른 간격으로 이격되게 상기 각 층 별로 단부 위치가 서로 다르게 형성되는 다층 그라운드 구조를 포함하는, 안테나 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 다층 그라운드 구조는 복수의 그라운드 층으로 구성되고,
    상기 복수의 그라운드 층은 하부 영역일 수록 단부 위치가 측면 영역에 형성되어, 상기 각 층에 배치되는 각 그라운드 층의 일 축 방향의 길이가 하부 영역에서 더 감소하도록 구성되는, 안테나 모듈.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 다층 그라운드 구조는 인접한 그라운드 층을 수직 연결하는 수직 비아를 포함하고,
    상기 각 층에 배치되는 각 그라운드 층의 일 축 방향의 길이가 하부 영역에서 더 감소하도록 구성되고, 상기 복수의 그라운드 층은 하부 영역일 수록 상기 수직 비아의 개수가 감소하도록 구성되는, 안테나 모듈.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 방사체의 일 측 영역에 배치되고, 상기 방사체의 타 측 영역에 상기 방사체와 소정 간격 이격되어 배치되는 더미 패치를 더 포함하는, 안테나 모듈.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 방사체와 상기 더미 패치는 동일한 층에 배치되고, 상기 더미 패치는 상기 방사체의 형상에 대응되도록 상기 방사체의 외곽선을 따라 배치되는, 안테나 모듈.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 방사체는 제1 레이어에 배치되는 원형 패치이고, 상기 더미 패치는 상기 제1 레이어에 소정 각도 범위의 호(arc) 형상으로 형성되고,
    상기 방사체는,
    상기 제1 레이어에 배치되는 제1 방사체; 및
    상기 제1 방사체의 하부 영역인 제2 레이어에 상기 제1 방사체의 중심과 오프셋(offset)되어 배치되고, 무선 신호를 상기 제1 방사체로 전달하는 제2 도전 층으로 형성된 제2 방사체를 포함하는, 안테나 모듈.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체는 각각 제1 패치 안테나 및 제2 패치 안테나로 형성되고,
    상기 제2 패치 안테나는 일 축 방향으로 오프셋된 제1 지점에서 상기 신호 비아를 통해 급전선과 연결되는, 안테나 모듈.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 안테나 모듈은 상기 일 축 방향과 직교하는 타 축 방향으로 오프셋된 제2 지점에서 제2 신호 비아를 통해 제2 급전선과 연결되는 제3 방사체인 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.
  9. 제3 항에 있어서,
    상기 다층 그라운드 구조는
    상기 수직 비아가 상기 다층 기판의 일 측면 영역에 형성되도록 구성된 제1 그라운드 구조; 및
    상기 다층 기판의 일 측면 단부에서 소정 간격만큼 이격된 제2 위치에서 제2 수직 비아에 의해 상기 하부 그라운드 층과 연결되도록 구성된 제2 그라운드 구조를 포함하는, 안테나 모듈.
  10. 제3 항에 있어서,
    상기 다층 그라운드 구조는
    상기 수직 비아가 상기 다층 기판의 일 측면 영역에 형성되도록 구성된 제1 그라운드 구조;
    상기 하부 그라운드 층과 연결되고, 상기 다층 기판의 타 측면 영역을 형성하는 그라운드 월; 및
    상기 그라운드 월과 상기 방사체 사이의 영역에서 상기 더미 패치의 하부 영역에 배치되고, 상기 다층 기판의 타 측면 단부에서 소정 간격만큼 이격된 제3 위치에서 제3 수직 비아에 의해 상기 하부 그라운드 층과 연결되도록 구성된 제3 그라운드 구조를 포함하는, 안테나 모듈.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 방사체 및 상기 제3 방사체는 상기 제1 방사체와 연결되지 않도록 구성되어, 상기 제2 방사체로부터 제1 신호 및 상기 제3 방사체로부터의 제2 신호가 상기 제1 방사체로 커플링되도록 구성되는, 안테나 모듈.
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 방사체 및 상기 제3 방사체는 상기 제1 방사체와 수직 비아를 통해 연결되도록 구성되어, 상기 제2 방사체로부터 제1 신호 및 상기 제3 방사체로부터의 제2 신호가 상기 제1 방사체로 직접 전달되도록 구성되는, 안테나 모듈.
  13. 제5 항에 있어서,
    상기 방사체는,
    상기 제1 레이어에 배치되고, 제1 주파수 대역에서 동작하도록 구성된 상부 방사체; 및
    상기 제1 방사체의 하부 영역인 제2 레이어에 배치되고, 상기 제1 주파수 대역보다 낮은 제2 주파수 대역에서 동작하도록 상기 제1 방사체보다 더 큰 크기로 형성된 하부 방사체를 포함하고,
    상기 하부 방사체는 일 축 방향으로 오프셋된 제1 지점에서 신호 비아를 통해 급전선과 연결되고, 상기 일 축 방향과 직교하는 타 축 방향으로 오프셋된 제2 지점에서 제2 신호 비아를 통해 제2 급전선과 연결되는, 안테나 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 다층 그라운드 구조는
    상기 수직 비아가 상기 다층 기판의 일 측면 영역에 형성되도록 구성되고, 제1 레이어에서 제1 길이로 형성된 제1 그라운드 구조; 및
    상기 다층 기판의 일 측면 단부에서 소정 간격만큼 이격된 제2 위치에서 제2 수직 비아에 의해 상기 하부 그라운드 층과 연결되도록 구성되고, 제2 레이어에서 상기 제1 길이보다 짧은 제2 길이로 형성된 제2 그라운드 구조를 포함하고,
    상기 제1 그라운드 구조는 상기 하부 방사체와 상기 제2 주파수 대역에서 동작하도록 구성되고, 상기 제2 그라운드 구조는 상기 상부 방사체와 상기 제1 주파수 대역에서 동작하도록 구성되는, 안테나 모듈.
  15. 제5항에 있어서,
    상기 더미 패치는,
    상기 다층 기판의 타 측 영역에 형성된 그라운드 월과 상기 방사체 사이에 배치되는 제1 더미 패치; 및
    상기 다층 기판의 일 측 영역에 형성된 상기 다층 그라운드 구조와 상기 방사체 사이에 배치되는 제2 더미 패치를 포함하고,
    상기 제2 더미 패치는 제1 및 제2 더미 패턴을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 더미 패턴은,
    제1 레이어와 상기 제1 레이어의 하부 레이어인 제2 레이어에 이격되어 또는 수직 비아에 의해 연결되어 배치되거나, 상기 제1 레이어에 소정 간격 이격되어 배치되는, 안테나 모듈.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 안테나 모듈은 적어도 일 축 방향으로 상기 방사체가 소정 간격 이격되어 복수 개 배열되는 배열 안테나를 구성하고,
    상기 배열 안테나는 제1 안테나 소자 및 상기 제1 안테나 소자에 인접한 제2 안테나 소자를 포함하고,
    상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자 사이에 배치된 그라운드 월의 일 단부는 상기 다층 그라운드 구조로 형성되는, 안테나 모듈.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 배열 안테나는 상기 제2 안테나 소자에 인접한 상기 제3 안테나 소자 및 상기 제3 안테나 소자에 인접한 상기 제4 안테나 소자를 더 포함하고,
    상기 일 축 방향으로 상기 제1 안테나 소자의 일 측 영역에서 제1 급전 패치가 배치되고 상기 제2 안테나 소자의 타 측 영역에서 제2 급전 패치가 배치되고,
    상기 일 축 방향으로 상기 제3 안테나 소자의 일 측 영역에서 제3 급전 패치가 배치되고 상기 제4 안테나 소자의 타 측 영역에서 제4 급전 패치가 배치되고,
    상기 일 단부가 상기 다층 그라운드 구조로 형성된 상기 다층 그라운드 구조는 상기 제1 급전 패치와 상기 제2 급전 패치 사이와 상기 제3 급전 패치와 상기 제4 급전 패치 사이에 배치되는, 안테나 모듈.
  18. 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기에 있어서,
    안테나 모듈;
    다층 기판(multi-layer substrate)으로 구성된 상기 안테나 모듈에 배치되는 송수신부 회로(transceiver circuit); 및
    상기 전자 기기의 내부에 배치되어 상기 다층 기판과 동작 가능하게 결합되는 메인 PCB을 포함하고,
    상기 안테나 모듈은,
    상기 다층 기판의 내부 영역 또는 상부 영역 상에 배치되고, 무선 신호를 방사하도록 적어도 하나의 도전 층(conductive layer)으로 형성된 방사체;
    상기 방사체의 하부 영역에 배치된 신호 비아(signal via)를 통해 상기 방사체와 연결되도록 구성된 급전 구조;
    상기 방사체를 구성하는 상기 도전 층의 하부 영역에 배치되고, 상기 방사체에 대한 그라운드로 동작하도록 구성된 하부 그라운드 층; 및
    상기 하부 그라운드 층과 연결되고, 상기 다층 기판의 각 층 별로 상기 방사체와 다른 간격으로 이격되게 상기 각 층 별로 단부 위치가 서로 다르게 형성되는 다층 그라운드 구조를 포함하는, 전자 기기.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 안테나 모듈은 상기 다층 그라운드 구조는 상기 방사체의 일 측 영역에 배치되고, 상기 방사체의 타 측 영역에 상기 방사체와 소정 간격 이격되어 배치되는 더미 패치를 더 포함하고,
    상기 방사체와 상기 더미 패치는 동일한 층에 배치되고, 상기 더미 패치는 상기 방사체의 형상에 대응되도록 상기 방사체의 외곽선을 따라 배치되고,
    상기 방사체는,
    상기 제1 레이어에 배치되는 제1 방사체; 및
    상기 제1 방사체의 하부 영역인 제2 레이어에 상기 제1 방사체의 중심과 오프셋(offset)되어 배치되고, 무선 신호를 상기 제1 방사체로 전달하는 제2 도전 층으로 형성된 제2 방사체를 포함하는, 전자기기
  20. 제18 항에 있어서,
    상기 다층 그라운드 구조는
    상기 수직 비아가 상기 다층 기판의 일 측면 영역에 형성되도록 구성된 제1 그라운드 구조; 및
    상기 다층 기판의 일 측면 단부에서 소정 간격만큼 이격된 제2 위치에서 제2 수직 비아에 의해 상기 하부 그라운드 층과 연결되도록 구성된 제2 그라운드 구조를 포함하는, 전자 기기.
  21. 제16 항에 있어서,
    상기 안테나 모듈은 적어도 일 축 방향으로 상기 방사체가 소정 간격 이격되어 복수 개 배열되는 배열 안테나를 구성하고,
    상기 배열 안테나는 제1 안테나 소자 및 상기 제1 안테나 소자에 인접한 제2 안테나 소자를 포함하고, 상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자 사이에 배치된 그라운드 월의 일 단부는 상기 다층 그라운드 구조로 형성되고,
    상기 메인 PCB에 배치된 프로세서는 상기 배열 안테나가 다른 전자 기기로 무선 신호를 방사하도록 상기 송수신부 회로를 제어하는, 전자 기기.
  22. 제19 항에 있어서,
    상기 방사체는,
    상기 제1 레이어에 배치되고, 제1 주파수 대역에서 동작하도록 구성된 상부 방사체; 및
    상기 제1 방사체의 하부 영역인 제2 레이어에 배치되고, 상기 제1 주파수 대역보다 낮은 제2 주파수 대역에서 동작하도록 상기 제1 방사체보다 더 큰 크기로 형성된 하부 방사체를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 배열 안테나의 상기 상부 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 안테나의 상기 하부 방사체를 통해 방사되는 제2 대역의 제2 무선 신호를 이용하여 무선 통신을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어하고,
    상기 송수신부 회로는 상기 급전 구조와 연결되는 제1 급전선을 통해 상기 하부 방사체로 상기 제1 대역의 제1 신호를 인가하고, 상기 급전 구조와 연결되는 제2 급전선을 통해 상기 하부 방사체로 상기 제2 대역의 제2 신호를 인가하는, 전자 기기.
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