WO2023090765A1 - 위상 배열 안테나 모듈 - Google Patents

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WO2023090765A1
WO2023090765A1 PCT/KR2022/017757 KR2022017757W WO2023090765A1 WO 2023090765 A1 WO2023090765 A1 WO 2023090765A1 KR 2022017757 W KR2022017757 W KR 2022017757W WO 2023090765 A1 WO2023090765 A1 WO 2023090765A1
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package
substrate
antennas
antenna
phased array
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이세호
백형일
허정근
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Amosense Co Ltd
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Amosense Co Ltd
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    • 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
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/065—Patch antenna array
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
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    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating

Definitions

  • the present invention relates to a phased array antenna module, and more particularly, to a phased array antenna module for 5G mobile communication supporting a mmWave band of 28 GHz or higher.
  • 5G mobile communication utilizes ultra-high frequencies below 6 GHz and above 28 GHz.
  • Ultra-high frequency bands have short wavelengths and are highly linear, making it difficult to send signals far. Therefore, by designing several antennas in an array form, the signal is concentrated in one direction to increase the communication effect and reduce the size.
  • a plurality of antenna patterns 3 are regularly arranged on the upper surface of one substrate 2 and operated as one to obtain a desired directivity.
  • the conventional array antenna 1 for 5G mobile communication forms a large number of arrays (8 ⁇ 8 array or more) antenna patterns 3 on the upper surface of one substrate 2, as shown in FIG. 1B, the via hole 5 is insufficiently filled.
  • An object of the present invention is to provide a phased array antenna module for 5G mobile communication supporting a mmWave band of 28 GHz or higher.
  • an object of the present invention is to configure a material that has a high yield and can replace only the corresponding part in case of a defect, can configure a target antenna array structure, and has little change in characteristics depending on the environment in the mmWave band of 28 GHz or higher.
  • a phased array antenna module for 5G mobile communication that can stably implement the fast speed of 5G using
  • a phased array antenna module for solving the above problems includes a package antenna on which a plurality of patch antennas are formed and a substrate having a connection pattern on which the package antenna is mounted and electrically connected to the package antenna. And, there are a plurality of package antennas, and the plurality of package antennas are arranged in a 2N ⁇ 2N array on the upper surface of the board and mounted by contacting one side surface with each other (N is a natural number).
  • a plurality of patch antennas are formed in an M ⁇ M array antenna pattern (M is a natural number).
  • a plurality of patch antennas may be formed in a 4 ⁇ 4 array antenna pattern.
  • a plurality of patch antennas has a uniform spacing L1 between the patch antennas.
  • the distance L1 between patch antennas and the distance L2 between patch antennas adjacent to each other in two neighboring package antennas are the same.
  • One or more RF chipsets are provided on the bottom surface of the package antenna, and the RF chipsets are connected to the connection pattern of the substrate.
  • a through hole accommodating the RF chipset is formed in the substrate.
  • the RF chipset contacts the heat sink disposed on the bottom surface of the substrate through the through hole.
  • connection pattern is installed on one side of the board, and one end of the connection pattern is connected to the input/output port and the other end is branched into a plurality of pieces, each connected to a package antenna.
  • the connection pattern has the same length from one end to the other end.
  • the package antenna includes a transmit/receive terminal on a bottom surface, and the other end of the connection pattern is connected to the transmit/receive terminal.
  • the substrate is formed of a polymer material.
  • the plurality of patch antennas are formed on the upper surface of the ceramic substrate 110, transmission/reception terminals are formed on the bottom surface of the ceramic substrate, and an RF chipset is provided, and the transmission/reception terminals are connected to the plurality of patch antennas through the RF chipset. do.
  • the ceramic substrate is made of LTCC.
  • a beamforming chipset is mounted on the substrate.
  • It may further include a heat sink disposed on a lower surface of the substrate and one or more heat radiation sheets disposed on an upper surface of the substrate.
  • the present invention forms a patch antenna of a package antenna in a maximum 4 ⁇ 4 array and arranges the package antenna in a 2N ⁇ 2N array on a substrate to make the target patch antenna array structure uniform, and is complex and requires precision due to high frequency. There is an effect of stably implementing a phased array antenna for 5G mobile communication.
  • the patch antenna of the present invention is manufactured in a maximum 4 ⁇ 4 array, the yield is high, and only the corresponding part can be replaced in case of a defect, and the gain can be increased and power consumption can be reduced by applying low-dielectric constant and low-loss materials and structures. It has the effect of stably realizing the fast speed of 5G by reducing heat dissipation performance and improving heat dissipation performance.
  • 1A is a diagram showing a conventional array antenna structure
  • FIG. 1B is a photograph showing insufficient filling due to a defective via hole filling problem occurring in the array antenna of FIG. 1A.
  • FIG. 1C is a photograph showing a state in which voids are generated in the via hole due to a defective via hole filling problem occurring in the array antenna of FIG. 1A.
  • FIG. 2 is a plan view showing a phased array antenna module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a plan view showing a package antenna according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a bottom view showing a package antenna according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a plan view showing a substrate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a bottom view showing a substrate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an A-A cross-sectional view of a phased array antenna module according to an embodiment of the present invention, a cross-sectional view schematically showing the inside.
  • FIG 8 is a plan view showing a modified example of a phased array antenna according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing a phased array antenna module according to an embodiment of the present invention.
  • a plurality of package antennas 100, 100-1, 100-2, and 100-3 are mounted on one substrate 200 without spacing and the substrate ( 200 has one input/output port 210.
  • a plurality of patch antennas 120 are formed on the upper surface of the package antennas 100, 100-1, 100-2, and 100-3.
  • the phased array antenna module 10 arranges a plurality of package antennas (100, 100-1,100-2, 100-3) in a matrix on the board 200, but makes one side of them contact each other, and mounts the plurality of package antennas on the board 200.
  • a plurality of patch antenna patterns formed by (100,100-1,100-2,100-3) are regularly arranged and operated as one.
  • the phased array antenna module 10 is applied to 5G mobile communication repeaters and small cells to support mmWave bands of 28 GHz or higher.
  • a plurality of patch antennas 120 are formed on the upper surface of the package antennas 100, 100-1, 100-2, and 100-3.
  • the patch antenna 120 formed in one package antenna (100, 100-1, 100-2, 100-3) is formed in an MxM (M is a natural number) array antenna pattern.
  • MxM M is a natural number
  • the patch antennas 120 formed on the package antennas 100, 100-1, 100-2, and 100-3 are formed in a 4 ⁇ 4 array antenna pattern.
  • the defect rate increases.
  • the plurality of patch antennas 120 in the package antennas 100, 100-1, 100-2, and 100-3 have uniform horizontal and vertical spacing L1 between the patch antennas. A high gain can be obtained only when the spacing L1 between the patch antennas is uniform.
  • the distance between the patch antennas (L1) based on the center point of the patch antennas and the two neighboring package antennas (100, 100-1) The spacing L2 between the patch antennas 110 and 110-1 adjacent to each other is the same.
  • the distance between the patch antennas disposed in the outermost rows and columns of the package antenna 100 and each corner is formed as 1/2 of the interval L1 between the patch antennas.
  • a plurality of patch antennas formed by the plurality of package antennas 100,100-1,100-2,100-3 mounted on the board 200 by the arrangement of the patch antennas 120 of the above-described package antennas 100,100-1,100-2,100-3 Patterns can be arranged regularly and act as one.
  • the package antennas 100, 100-1, 100-2, and 100-3 are arranged in a 2N ⁇ 2N array on the upper surface of the board 200 and are mounted by contacting one side to the other.
  • N is a natural number.
  • the package antennas 100,100-1,100-2,100-3 are arranged in a 2 ⁇ 2 array on the top surface of the substrate 200, and one side is in contact with each other so that there is no gap between the package antennas 100,100-1,100-2,100-3. .
  • the substrate 200 has package antennas 100,100-1,100-2,100-3 mounted thereon, a connection pattern 220 electrically connected to a plurality of package antennas 100,100-1,100-2,100-3, and an input/output port 210. Equipped with a package antenna (100, 100-1, 100-2, 100-3) to transmit the signal received from the device or the signal transmitted by the device to the package antenna (100, 100-1, 100-2, 100-3) It serves to deliver.
  • the phased array antenna module 10 further includes a heat sink 300 for heat dissipation.
  • the heat sink 300 is disposed on the lower surface of the substrate 200 to dissipate heat generated from the package antennas 100, 100-1, 100-2, and 100-3.
  • the heat sink 300 is coupled in a form in which both sides of the substrate 200 are inserted into gripping parts 320 at both ends, and is contacted with the bottom surface of the substrate 200 to dissipate heat generated from an RF chipset to be described later, thereby reducing power consumption. Reduce.
  • FIG. 3 is a plan view showing a package antenna according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a bottom view showing a package antenna according to an embodiment of the present invention.
  • package antennas (AiPs) 100, 100-1, 100-2, 100-3 are packaged by integrating the patch antenna 120 and the RF chipset 130.
  • the package antennas 100, 100-1, 100-2, and 100-3 have patch antennas 120 arranged in an MxM planar array on the upper surface, and one or more RF chipsets 130 and one transmit/receive terminal 140 are provided on the lower surface.
  • package antennas (100,100-1,100-2,100-3) have 16 patch antennas 120 arranged in a 4 ⁇ 4 planar array on the upper surface, of which 8 are in charge of receiving and the remaining 8 are in charge of transmitting. can do.
  • Two RF chipsets 130 are provided in the package antennas 100,100-1,100-2,100-3, and the signals received from the patch antenna 120 on the top surface of the package antennas 100,100-1,100-2,100-3 and the patch antenna ( 120) may serve to process each signal to be transmitted.
  • the transmit/receive terminals 140 on the bottom are connected to two RF chipsets 130 inside the package antennas 100,100-1,100-2,100-3,
  • One of the RF chipsets 130 may be connected to 8 patch antennas among 16 patch antennas on the upper surface, and the other RF chipset 130 may be connected to the remaining 8 patch antennas 120 on the upper surface.
  • the transmission/reception terminal 140 is connected to the connection pattern 220 of the board 200 .
  • the RF chipset 130 is connected to the connection pattern 220 of the board 200 through the transmission/reception terminal 140 .
  • a 4 ⁇ 4 array patch antenna is formed on the upper surface of the substrate 110, one transmit/receive terminal 140 is formed on the lower surface of the substrate 110, and two RF chipsets 130 ) is provided, and the transmit/receive terminal 140 has a structure connected to 16 patch antennas 120 on the upper surface through two RF chipsets 130.
  • the transmission/reception terminal 140, the RF chipset 130, and the patch antenna 120 are connected in an internal pattern through a via fill formed in the substrate 110.
  • the transmit/receive terminal 140 may be formed in the center of the bottom surface, and the RF chipset 130 is disposed on both sides of the transmit/receive terminal 140 to form a pattern connecting the transmit/receive terminal 140 and the two RF chipsets 130.
  • the lengths are the same, and the lengths of the patterns in which each RF chipset 130 and each patch antenna 120 are connected are also the same.
  • the same length internal pattern between the transmit/receive terminal 140 and the two RF chipsets 130 and the same length internal pattern between each RF chipset 130 and the patch antenna 120 transmit signals transmitted through the transmit/receive terminal 140 to each patch.
  • the substrate 110 is made of a ceramic substrate 110, and preferably, the substrate 110 is made of a low temperature co-fired ceramic (LTCC) material obtained by firing a ceramic material at a low temperature.
  • the LTCC material is a material with little change in characteristics depending on the environment in the ultra-high frequency region.
  • the LTCC material maintains a low permittivity even in the ultra-high frequency region, has a low loss rate in the ultra-high frequency region, and is easy to process, making it easy to secure the flatness of the package antennas 100, 100-1, 100-2, and 100-3.
  • the flatness of the package antennas (100, 100-1, 100-2, 100-3) is important to stably implement high-speed 5G.
  • the patch antenna 120 and the transmission/reception terminal 140 are thin plates made of a conductive material having high electrical conductivity, such as copper, aluminum, gold, or silver.
  • the inner pattern connecting the patch antenna 120 and the RF chipset 130 and the inner pattern connecting the RF chipset 130 and the transmit/receive terminal 140 are made of a conductive material having high electrical conductivity, such as copper, aluminum, gold, or silver. It can be.
  • the package antenna 100 functions as a unit cell constituting the phased array antenna module 10, and these unit cells are mounted on the substrate 200 in a 2N ⁇ 2N array without spacing to form a plurality of planar array patch antennas.
  • FIG. 5 is a plan view showing a substrate according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a bottom view showing a substrate according to an embodiment of the present invention.
  • the board 200 has an input/output port 210 installed on one side, and a connection that electrically connects the package antennas 100,100-1,100-2,100-3 and the input/output port 210. pattern 220.
  • the input/output port 210 is responsible for inputting and outputting signals.
  • One input/output port 210 is provided.
  • connection pattern 220 is formed on the lower surface of the substrate 200 .
  • one end 220a is connected to the input/output port 210 and the other end 220b is branched into a plurality and connected to each of the package antennas 100, 100-1, 100-2, 100-3 mounted on the board 200, respectively. do.
  • the connection pattern 220 is divided into four branches and each other end is a via of the substrate 200. It is connected to the upper surface of the substrate 200 through 225 and is connected to the transmit/receive terminal 140 of each package antenna (100, 100-1, 100-2, 100-3). Transmitting/receiving terminals 140 of each of the package antennas 100, 100-1, 100-2, and 100-3 may be connected to the via 225 of the board 200 through a Surface Mounting Technology (SMT) process.
  • SMT Surface Mounting Technology
  • connection pattern 220 has the same length from one end to the other branched end, so that signals received from each package antenna (100,100-1,100-2,100-3) can be uniformly transmitted to the input/output port 210, and the input/output The signal transmitted from the port 210 is uniformly transferred to each of the package antennas 100, 100-1, 100-2, and 100-3. This makes the gain matching of the package antennas 100, 100-1, 100-2, and 100-3 good, so that a large gain can be obtained by forming a beam in a specific direction.
  • a beamforming chipset is mounted on the substrate 200 .
  • the beamforming chipset 230 may be mounted on the upper surface of the substrate 200 in a number corresponding to the number of package antennas 100, 100-1, 100-2, and 100-3.
  • the beamforming chipset 230 serves to perform beamforming such that signals emitted from the package antennas 100, 100-1, 100-2, and 100-3 are concentrated in one direction and sent to a specific receiver.
  • Beamforming is a method in which a base station antenna transmits an electron beam, and in 5G mobile communication, it is an essential configuration to optimize the signal size, direction, beam width, and transmission/reception timing of ultra-high frequencies.
  • One or more heat dissipation sheets 240 are disposed on the upper surface of the substrate 200 .
  • the heat dissipation sheet 240 quickly transfers the heat generated from the package antennas 100 , 100 - 1 , 100 - 2 , and 100 - 3 to the substrate 200 , so that it is easily discharged to the outside through the heat sink 300 .
  • the heat radiation sheet 240 may be a thermal interface material (TIM) heat radiation sheet.
  • the substrate 200 is formed with one or more through holes 250 .
  • the through-hole 250 of the board 200 has an RF chipset provided on the bottom of each package antenna (100, 100-1,100-2, 100-3). (130) is located.
  • the RF chipset 130 accommodated in the through hole 250 of the substrate 200 may contact the heat sink 300 to increase heat dissipation efficiency.
  • the RF chipset 130 accommodated in the through hole 250 of the substrate 200 may not contact the heat sink 300 . Even in this case, heat from the RF chipset 130 accommodated in the through hole 250 is transferred to the heat sink 300 through air, thereby increasing heat dissipation efficiency.
  • the RF chipset 130 is accommodated in the through hole 250 of the substrate 200, the height of the phased array antenna module can be reduced in addition to increasing heat dissipation efficiency.
  • the position and size of the through hole 250 are formed to correspond to the position of the RF chipset 130 of the four package antennas 100,100-1,100-2,100-3, but the package antenna mounted on the substrate 200 ( 100,100-1,100-2,100-3), the position and size of the through hole 250 may be changed.
  • the substrate 200 may be formed of a polymer material. It maintains a low permittivity even in the ultra-high frequency region and has a low loss rate in the ultra-high frequency region, which is useful for stably implementing high-speed 5G. Since a PCB substrate such as FR4 has lower loss characteristics than a polymer material substrate, it is preferable to apply a polymer material substrate in an embodiment applied to an ultra-high frequency region.
  • the heat sink 300 may be attached by applying TIM to the lower surface of the substrate 200 to increase heat transfer efficiency.
  • the heat sink 300 may have a heat dissipation fin 310 formed thereon.
  • the heat sink 300 may be made of copper, aluminum, or an alloy thereof. Since the microwave antenna generates a lot of heat, the heat sink 300 and the TIM are applied to increase heat dissipation efficiency for stable operation.
  • FIG. 7 is an A-A cross-sectional view of a phased array antenna module according to an embodiment of the present invention, schematically showing the inside.
  • the patch antennas 120 of the package antennas 100, 100-1, 100-2, and 100-3 of the phased array antenna module 10 have a 4 ⁇ 4 arrangement as a base, and the package The antennas 100, 100-1, 100-2, and 100-3 are based on a 2 ⁇ 2 arrangement.
  • the package antennas 100, 100-1, 100-2, and 100-3 are mounted in a 2 ⁇ 2 array without gaps on the upper surface of the substrate 200, and the heat sink 300 is coupled to the lower surface of the substrate 200.
  • Each package antenna (100, 100-1, 100-2, 100-3) is provided with two RF chipsets 130 on the bottom and has one transmit/receive terminal 140 disposed, and the transmit/receive terminal 140 is a via of the substrate 200. Through 225, it is connected to the other end of the connection pattern 220 formed on the lower surface of the substrate 200.
  • the connection pattern 220 has one end connected to the input/output port 210 and the other end connected to the via 225 .
  • Four vias are formed on the substrate 200 to correspond to the transmit/receive terminals 140 of the package antennas 100, 100-1, 100-2, and 100-3.
  • connection pattern 220 on the bottom of the substrate 200 is connected to the RF chipset 130 of each package antenna 100,100-1,100-2,100-3 through the via 225 of the substrate 200, and the RF chipset 130 ) is connected to 16 patch antennas 120 on the upper surface of each package antenna (100, 100-1, 100-2, 100-3).
  • connection pattern 220 connects the input/output port 210 and each package antenna 100,100-1,100-2,100-3 with the same length, and each package antenna 100,100-1,100-2,100 Since the pattern connection length between the two RF chipsets and the pattern connection length between each RF chipset and each patch antenna are the same in the transmit/receive terminal 140 of -3), uniform transmission and reception of signals is possible and it is easy to form a beam in a specific direction. and get great benefits.
  • the patch antennas 120 of the package antennas 100,100-1,100-2,100-3 basically have a 4 ⁇ 4 array, the generation of voids inside the vias and the insufficient filling problem are prevented compared to the 8 ⁇ 8 array antennas, thereby reducing the defect rate. is minimized
  • the package antennas 100, 100-1, 100-2, and 100-3 are mounted on a board in an array of 2N ⁇ 2N without spacing, a high gain can be obtained because uniform spacing is secured between the patch antennas 120.
  • the package antennas (100,100-1,100-2,100-3) and the substrate 200 are manufactured using low-dielectric constant and low-loss materials, there is little change in characteristics depending on the environment in the mmWave band of 28 GHz or higher, so that high speed of 5G is stable. can be implemented with
  • FIG 8 is a plan view showing a modified example of a phased array antenna according to an embodiment of the present invention.
  • package antennas 100, 100-1, 100-2, 100-3 are mounted on a substrate 200 in a 4 ⁇ 4 array without spacing, thereby forming a large-area antenna.
  • the substrate 200 preferably has connection patterns and vias corresponding to the number of transmit/receive terminals 140 of the package antennas 100,100-1,100-2,100-3, and through-holes corresponding to the RF chipset. do.
  • phased array antennas 10 and 10-1 may be applied to 5G mobile communication repeaters and small cells to support mmWave bands of 28 GHz or higher.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

본 발명은 위상 배열 안테나 모듈에 관한 것으로, 상면에 복수의 패치 안테나가 형성된 패키지 안테나와 상기 패키지 안테나가 실장되며, 상기 패키지 안테나와 전기적으로 연결되는 연결 패턴을 구비하는 기판을 포함하고, 상기 패키지 안테나는 복수 개이고, 상기 복수 개의 패키지 안테나는 상기 기판의 상면에 2NХ2N 배열로 배열되고 일 측면을 서로 접촉시켜 간격없이 실장된다. N은 자연수이다. 본 발명은 수율이 높고 불량 발생시 해당 부분만 교체 가능하며, 저유전율, 저손실 재료 및 구조로 인해 5G의 빠른 속도를 안정적으로 구현할 수 있는 이점이 있다.

Description

위상 배열 안테나 모듈
본 발명은 위상 배열 안테나 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 28GHz 이상 초고주파(mmWave) 대역을 지원하는 5G 이동통신용 위상 배열 안테나 모듈에 관한 것이다.
5G 이동통신은 6GHz 이하와 28GHz 이상의 초고주파를 활용한다. 초고주파 대역은 파장이 짧고 직진성이 강해 신호를 멀리 보내기 어렵다. 따라서 여러 개의 안테나를 배열 형태로 설계하여 신호를 한 방향으로 집중시켜 통신 효과를 높이며 크기도 줄인다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 5G 이동통신용 배열 안테나(1)는 하나의 기재(2)의 상면에 복수의 안테나 패턴(3)을 규칙적으로 배열하고 마치 하나처럼 동작시켜 원하는 지향성을 얻도록 한다.
그러나 종래의 5G 이동통신용 배열 안테나(1)는 하나의 기재(2)의 상면에 많은 수의 배열(8Х8 배열 이상) 안테나 패턴(3)을 형성하므로, 도 1b와 같이, 비아홀(5) 충진 부족, 도 1c의 비아홀(5) 내부 보이드(Void) 발생과 같이 제조시 불량 발생 확률이 높고, 이로 인해 수율이 낮으며, 높은 가격을 형성하는 단점이 있다. 즉, 기재(2)의 면적이 커질수록 불량률이 높아지고, 불량 발생시 전체를 교체해야 하므로 수율 문제가 발생하며 이로 인해 비용이 증가하는 단점이 있다.
이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 공개된　종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 목적은 28GHz 이상 초고주파(mmWave) 대역을 지원하는 5G 이동통신용 위상 배열 안테나 모듈을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 수율이 높고 불량 발생시 해당 부분만 교체가 가능하도록 구성하고, 목표로 하는 안테나 배열 구조를 구성할 수 있으며, 28GHz 이상 초고주파(mmWave) 대역에서 환경에 따른 특성 변화가 적은 재료를 사용하여 5G의 빠른 속도를 안정적으로 구현할 수 있도록 한 5G 이동통신용 위상 배열 안테나 모듈을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 위상 배열 안테나 모듈은 상면에 복수의 패치 안테나가 형성된 패키지 안테나와 패키지 안테나가 실장되며 패키지 안테나와 전기적으로 연결되는 연결 패턴을 구비하는 기판을 포함하고, 패키지 안테나는 복수 개이고, 복수 개의 패키지 안테나는 기판의 상면에 2NХ2N 배열로 배열되고 일 측면을 서로 접촉시켜 실장된다(N은 자연수).
패키지 안테나에서 복수의 패치 안테나는 M×M 배열 안테나 패턴으로 형성된다(M은 자연수).
패키지 안테나에서 복수의 패치 안테나는 4Х4 배열 안테나 패턴으로 형성될 수 있다.
패키지 안테나에서, 복수의 패치 안테나는 패치 안테나들 간 간격(L1)이 균일하다.
패치 안테나들 간 간격(L1)과, 이웃하는 두 패키지 안테나에서 서로 이웃하는 패치 안테나 간 간격(L2)은 동일하다.
패키지 안테나는 저면에 하나 이상의 RF 칩셋이 구비되고, RF 칩셋은 기판의 연결 패턴과 연결된다.
기판에는 RF 칩셋을 수용하는 관통구멍이 형성된다.
RF 칩셋은 관통구멍을 통해 기판의 저면에 배치된 히트싱크에 접촉한다.
기판은 일측에 하나의 입출력 포트가 설치되고, 연결 패턴은 일단이 입출력 포트에 연결되고 타단은 복수 개로 분기되어 각각 패키지 안테나와 연결되며. 연결 패턴은 일단에서 각 타단까지의 길이가 동일하다.
패키지 안테나는 저면에 송수신 단자를 포함하고, 송수신 단자에 연결 패턴의 타단이 연결된다.
기판은 폴리머(Polymer) 재질로 형성된다.
패키지 안테나는 세라믹 기재(110)의 상면에 상기 복수의 패치 안테나가 형성되고, 세라믹 기재의 저면에 송수신 단자가 형성되고 RF 칩셋이 구비되며, 송수신 단자는 RF 칩셋을 통해 상기 복수의 패치 안테나와 연결된다.
세라믹 기재는 LTCC로 이루어진다.
기판에 빔 포밍(Beamforming) 칩셋이 실장된다.
기판의 저면에 배치된 히트싱크와 기판의 상면에 배치된 하나 이상의 방열시트를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 패키지 안테나의 패치 안테나를 최대 4Х4 배열로 형성하고, 패키지 안테나를 2NХ2N 배열로 기판에 배치하여 목표로 하는 패치 안테나 배열 구조를 균일하게 만들 수 있으며, 높은 주파수로 인해 복잡하고 정밀성이 요구되는 5G 이동통신용 위상 배열 안테나를 안정적으로 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 패키지 안테나의 패치 안테나를 최대 4Х4 배열로 제조하므로 수율이 높고, 불량 발생시 해당 부분만 교체가 가능하며, 저유전율, 저손실 재료와 구조를 적용하므로 이득을 높일 수 있고, 전력소모를 줄이며 방열 성능을 개선해 5G의 빠른 속도를 안정적으로 구현할 수 있는 효과가 있다.
도 1a는 종래의 배열 안테나 구조를 보여주는 도면.
도 1b는 도 1a의 배열 안테나에서 발생한 비아홀 충진 불량 문제로 충진 부족 모습을 보인 사진.
도 1c는 도 1a의 배열 안테나에서 발생한 비아홀 충진 불량 문제로 비아홀 내부 보이드(void)가 발생한 모습을 보인 사진.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 위상 배열 안테나 모듈을 보인 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 패키지 안테나를 보인 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 패키지 안테나를 보인 저면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 기판을 보인 평면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 기판을 보인 저면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 위상 배열 안테나 모듈의 A-A 단면도로, 내부를 개략적으로 보인 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 위상 배열 안테나의 변형예를 보인 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 위상 배열 안테나 모듈을 보인 평면도이다.
도 2에 도시된 바에 의하면, 본 발명의 실시예에 의한 위상 배열 안테나 모듈(10)은 하나의 기판(200)에 복수 개의 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)를 간격 없이 실장하고 기판(200)에 하나의 입출력 포트(210)를 구비한다.
패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)는 상면에 복수의 패치 안테나(120)가 형성된다.
위상 배열 안테나 모듈(10)은 복수 개의 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)를 기판(200)에 행렬로 배치하되 상호 일 측면을 서로 접촉시켜, 기판(200)에 실장되는 복수 개의 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)가 형성하는 복수의 패치 안테나 패턴이 규칙적으로 배열되고 하나처럼 동작하게 한다. 위상 배열 안테나 모듈(10)은 5G 이동통신 중계기, 스몰셀에 적용되어 28GHz 이상 초고주파(mmWave) 대역을 지원한다.
패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)는 상면에 복수의 패치 안테나(120)가 형성된다. 하나의 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)에 형성되는 패치 안테나(120)는 M×M(M은 자연수) 배열 안테나 패턴으로 형성된다. 바람직하게는, 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)에 형성되는 패치 안테나(120)는 4Х4 배열 안테나 패턴으로 형성된다. 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)를 구성하는 기재(110)의 면적이 커질수록 불량률이 높아지므로, 하나의 기재(110)에 패치 안테나(120)를 최대 4Х4 배열로 형성하여 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)의 불량률을 줄이고, 이러한 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)를 간격없이 행렬로 배치하여 6Х6 배열, 8Х8 배열 등의 패치 안테나를 구성할 수 있다. 패치 안테나(120)를 4Х4 배열로 형성하면 8Х8 배열에 비해 불량률이 낮아진다.
패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)에서 복수의 패치 안테나(120)는 패치 안테나들 간 가로와 세로의 간격(L1)이 균일하다. 패치 안테나들 간 간격(L1)이 균일해야 높은 이득을 얻을 수 있다.
패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)를 간격없이 행렬로 배치하였을 때, 패치 안테나들의 중심점을 기준으로 한 패치 안테나들 간 간격(L1)과 이웃하는 두 패키지 안테나(100, 100-1)에서 서로 이웃하는 패치 안테나(110,110-1) 간 간격(L2)은 동일하다. 이를 위해, 패키지 안테나(100)에서 최외각 행과 열에 배치되는 패치 안테나와 각 모서리와의 거리는 패치 안테나들 간 간격(L1)의 1/2로 형성된다. 상기한 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)의 패치 안테나(120)의 배열에 의해 기판(200)에 실장되는 복수 개의 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)가 형성하는 복수의 패치 안테나 패턴이 규칙적으로 배열되고 하나처럼 동작하게 할 수 있다.
패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)는 기판(200)의 상면에 2NХ2N 배열로 배열되고 일측면을 서로 접촉시켜 실장된다. 여기서, N은 자연수이다. 일 예로, 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)는 기판(200)의 상면에 2Х2 배열로 배치되고 일측면을 서로 접촉시켜 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3) 간 간격이 없게 실장된다.
기판(200)은 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)가 실장되며, 복수의 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)와 전기적으로 연결되는 연결 패턴(220)과, 입출력 포트(210)를 구비하여 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)로부터 수신된 신호를 기기로 전달하거나 기기가 송신하는 신호를 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)로 전달하는 역할을 한다.
위상 배열 안테나 모듈(10)은 방열을 위한 히트싱크(300)를 더 포함한다.
히트싱크(300)는 기판(200)의 저면에 배치되어 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)로부터 발생하는 열을 방열하는 기능을 수행한다. 히트싱크(300)는 양단 파지부(320)에 기판(200)의 양 측면이 끼워진 형태로 결합되며, 기판(200)의 저면에 접촉되어 후술할 RF 칩셋에서 발생하는 열을 방열함으로써 전력 소모를 줄인다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 패키지 안테나를 보인 평면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 패키지 안테나를 보인 저면도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바에 의하면, 패키지 안테나(AiP)(100,100-1,100-2,100-3)는 패치 안테나(120)와 RF 칩셋(130)을 일체화하여 패키지화 한 것이다. 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)는 상면에 패치 안테나(120)가 M×M 평면 배열로 배치되고, 저면에 하나 이상의 RF 칩셋(130)과 하나의 송수신 단자(140)가 구비된다. 일 예로, 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)는 상면에 4Х4 평면 배열로 16개의 패치 안테나(120)가 배치되며, 이 중 8개는 수신 기능을 담당하고 나머지 8개는 송신 기능을 담당할 수 있다.
RF 칩셋(130)은 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)에 2개가 구비되어, 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)의 상면의 패치 안테나(120)에서 수신된 신호와 패치 안테나(120)로 송신할 신호를 각각 처리하는 역할을 할 수 있다. 일 예로, 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)는 저면의 송수신 단자(140)가 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)의 내부에서 2개의 RF 칩셋(130)과 연결되고, 2개의 RF 칩셋(130) 중 하나는 상면의 16개의 패치 안테나 중 8개의 패치 안테나와 연결되고 나머지 하나의 RF 칩셋(130)은 상면의 나머지 8개의 패치 안테나(120)와 연결될 수 있다.
송수신 단자(140)는 기판(200)의 연결 패턴(220)과 연결된다. RF 칩셋(130)은 송수신 단자(140)를 통해 기판(200)의 연결 패턴(220)과 연결된다.
패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)는 기재(110)의 상면에 4Х4 배열 패치 안테나가 형성되고, 기재(110)의 저면에 하나의 송수신 단자(140)가 형성되고 2개의 RF 칩셋(130)이 구비되며, 송수신 단자(140)는 2개의 RF 칩셋(130)을 통해 상면의 16개의 패치 안테나(120)와 연결되는 구조이다. 도시하지는 않았지만, 송수신 단자(140), RF 칩셋(130) 및 패치 안테나(120)의 연결은 기재(110)에 형성한 비아홀 충진(Via fill)을 통해 내부 패턴으로 연결된다.
송수신 단자(140)는 저면 중심에 형성할 수 있으며, RF 칩셋(130)은 송수신 단자(140)를 중심으로 양측에 배치하여 송수신 단자(140)와 2개의 RF 칩셋(130)을 연결하는 패턴의 길이가 동일하고, 각 RF 칩셋(130)과 각 패치 안테나(120)가 연결된 패턴의 길이도 동일하도록 한다. 송수신 단자(140)와 2개의 RF 칩셋(130) 간 동일 길이 내부 패턴 및 각 RF 칩셋(130)과 패치 안테나(120) 간 동일 길이 내부 패턴은 송수신 단자(140)를 통해 송신되는 신호가 각 패치 안테나(120)로 균일하게 전달되고 방사될 수 있도록 하며, 또한 각 패치 안테나(120)를 통해 수신되는 신호가 균일하게 송수신 단자(140)로 전달될 수 있도록 한다. 이는 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)의 이득의 정합이 잘되도록 하여 특정 방향으로의 빔을 형성하여 큰이득을 얻을 수 있도록 한다.
기재(110)는 세라믹 기재(110)로 이루어지며, 바람직하게는 기재(110)는 세라믹 재질을 저온 소성한 LTCC(Low Temperature Co-Fired Ceramic) 재질로 이루어진다. LTCC 재질은 초고주파 영역에서 환경에 따른 특성 변화가 적은 재료이다. LTCC 재질은 초고주파 영역에서도 낮은 유전율을 유지하여 초고주파 영역에서 낮은 손실율을 가지며, 가공이 용이하여 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)의 평탄도를 확보하기 용이하다. 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)의 평탄도는 5G의 빠른 속도를 안정적으로 구현하는데 중요하다.
패치 안테나(120)와 송수신 단자(140)는 구리, 알루미늄, 금, 은 등과 같이 전기전도도가 높은 도전성 재질의 박판인 것을 일 예로 한다. 패치 안테나(120)와 RF 칩셋(130)을 연결하는 내부 패턴 및 RF 칩셋(130)과 송수신 단자(140)를 연결하는 내부 패턴은 구리, 알루미늄, 금, 은 등과 같이 전기전도도가 높은 도전성 재질로 될 수 있다.
이러한 패키지 안테나(100)는 위상 배열 안테나 모듈(10)을 구성하는 단위 셀로 기능하며, 이러한 단위 셀이 기판(200)에 2NХ2N 배열로 간격없이 실장되어 복수 개의 평면 배열 패치 안테나를 구성한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 기판을 보인 평면도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 의한 기판을 보인 저면도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바에 의하면, 기판(200)은 일측에 입출력 포트(210)가 설치되고, 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)와 입출력 포트(210)를 전기적으로 연결하는 연결 패턴(220)을 구비한다. 입출력 포트(210)는 신호의 입력 및 출력을 담당한다. 입출력 포트(210)는 하나가 구비된다.
연결 패턴(220)은 기판(200)의 저면에 형성된다. 연결 패턴(220)은 일단(220a)이 입출력 포트(210)에 연결되고 타단(220b)은 복수 개로 분기되어 각각 기판(200)에 실장되는 각 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)와 연결된다. 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)가 기판(200)에 2×2 배열로 실장되는 실시예의 경우, 연결 패턴(220)은 4개로 분기되고 각 타단은 기판(200)의 비아(Via)(225)를 통해 기판(200)의 상면으로 연결되고, 각 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)의 송수신 단자(140)와 연결된다. 각 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)의 송수신 단자(140)는 기판(200)의 비아(225)와 SMT(Surface Mounting Technology) 공정으로 연결될 수 있다.
연결 패턴(220)은 일단에서 분기된 각 타단까지의 길이가 동일하여, 각 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)에서 수신된 신호가 균일하게 입출력 포트(210)로 전달될 수 있고, 입출력 포트(210)에서 송신한 신호가 균일하게 각 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)로 전달될 수 있도록 한다. 이는 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)의 이득의 정합이 잘되도록 하여 특정 방향으로의 빔을 형성하여 큰이득을 얻을 수 있도록 한다.
기판(200)에는 빔 포밍(Beamforming) 칩셋이 실장된다. 빔 포밍 칩셋(230)은 기판(200)의 상면에 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)와 대응되는 개수로 실장될 수 있다. 빔 포밍 칩셋(230)은 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)에서 방사되는 신호를 한 방향으로 집중시켜 특정한 수신기기에 집중하여 보낼 수 있도록 빔 포밍하는 역할을 한다. 빔 포밍은 기지국 안테나가 전자 빔을 전송하는 방식으로, 5G 이동통신에서는 초고주파의 신호 크기, 방향, 빔 폭, 송수신 타이밍을 최적화하기 위해 필수적인 구성이다.
기판(200)은 상면에 하나 이상의 방열시트(240)가 배치된다. 방열시트(240)는 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)에서 발생한 열을 기판(200)으로 빠르게 전달하여, 히트싱크(300)를 통해 외부로 배출하기 용이하도록 한다. 방열시트(240)는 TIM(열전달물질, Termal Interface Material) 방열시트일 수 있다.
기판(200)은 하나 이상의 관통구멍(250)이 형성된다. 기판(200)에 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)가 실장되면, 기판(200)의 관통구멍(250)에는 각 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)의 저면에 구비한 RF 칩셋(130)이 위치한다. 기판(200)의 관통구멍(250)에 수용된 RF 칩셋(130)은 히트싱크(300)와 접촉하여 열 방출 효율을 높일 수 있다. 또는, 기판(200)의 관통구멍(250)에 수용된 RF 칩셋(130)은 히트싱크(300)에 접촉하지 않을 수 있다. 이 경우에도 관통구멍(250)에 수용된 RF 칩셋(130)은 공기를 통해 히트싱크(300)에 열이 전달되어 방열 효율을 높일 수 있다. 기판(200)의 관통구멍(250)에 RF 칩셋(130)이 수용되면 방열 효율을 높이는 것 외에도 위상 배열 안테나 모듈의 높이를 낮출 수 있다.
실시예는 4개의 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)의 RF 칩셋(130)의 위치에 대응하도록 관통구멍(250)의 위치 및 크기를 형성하였으나, 기판(200)에 실장되는 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)의 개수에 따라 관통구멍(250)의 위치 및 크기는 변경될 수 있다.
기판(200)은 폴리머(Polymer) 재질로 형성될 수 있다. 초고주파 영역에서도 낮은 유전율을 유지하여 초고주파 영역에서 낮은 손실율을 가져 5G의 빠른 속도를 안정적으로 구현하는데 유용하다. FR4와 같은 PCB 기판은 폴리머 재질 기판에 비해 손실 특성이 떨어지므로, 초고주파 영역에 적용되는 실시예의 경우 폴리머 재질 기판을 적용하는 것이 바람직하다.
히트싱크(300)는 열전달 효율을 높이기 위해 기판(200)의 저면에 TIM을 바르고 부착할 수 있다. 히트싱크(300)는 방열핀(310)이 형성된 것일 수 있다. 히트싱크(300)는 구리, 알루미늄, 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 초고주파용 안테나는 열이 많이 발생하므로 안정적인 동작을 위해 히트싱크(300)와 TIM을 적용하여 방열 효율을 높인다.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 위상 배열 안테나 모듈의 A-A 단면도로, 내부를 개략적으로 보인 것이다.
도 7에 도시된 바에 의하면, 본 발명의 실시예에 의한 위상 배열 안테나 모듈(10)의 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)의 패치 안테나(120)는 4×4 배열이 기본이며, 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)는 2×2 배열이 기본이다.
패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)는 2×2 배열로 기판(200)의 상면 간격없이 실장되며, 기판(200)의 저면에는 히트싱크(300)가 결합된다.
각 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)는 저면에 2개의 RF 칩셋(130)이 구비되고 하나의 송수신 단자(140)가 배치된 형태이며, 송수신 단자(140)는 기판(200)의 비아(225)를 통해 기판(200)의 저면에 형성된 연결 패턴(220)의 타단과 연결된다. 연결 패턴(220)은 일단이 입출력 포트(210)에 연결되고 각 타단이 비아(225)에 연결된다. 기판(200)에는 각 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)의 송수신 단자(140)와 대응되게 4개의 비아가 형성된다.
기판(200)의 저면의 연결 패턴(220)은 기판(200)의 비아(225)를 통해 각 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)의 RF 칩셋(130)과 연결되고, RF 칩셋(130)은 각 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)의 상면의 16개의 패치 안테나(120)와 연결된다.
상술한 위상 배열 안테나 모듈(10)은 연결 패턴(220)이 입출력 포트(210)와 각 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)를 동일 길이로 연결하고, 각 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)의 송수신 단자(140)에서 2개의 RF 칩셋 간 패턴 연결 길이 및 각 RF 칩셋과 각 패치 안테나 간 패턴 연결 길이가 동일하므로 신호의 균일한 송수신이 가능하고 특정 방향으로의 빔을 형성하기 용이하고 큰 이득을 얻을 수 있다.
또한, 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)의 패치 안테나(120)는 4×4 배열이 기본이므로, 8×8 배열 안테나에 비해 비아 내부 보이드 발생이 방지되고 충진 부족 문제도 방지되므로 불량률이 최소화된다.
또한, 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)는 간격없이 2N×2N로 배열로 기판에 실장하여도, 패치 안테나(120)간 균일한 간격이 확보되므로 높은 이득을 얻을 수 있다.
또한, 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)와 기판(200)은 저유전율, 저손실 재료를 사용하여 제작하므로 28GHz 이상 초고주파(mmWave) 대역에서 환경에 따른 특성 변화가 적어 5G의 빠른 속도를 안정적으로 구현할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 위상 배열 안테나의 변형예를 보인 평면도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 변형예의 위상 배열 안테나(10-1)는 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)를 4×4 배열로 간격없이 기판(200)에 실장하여, 대면적 안테나를 구성할 수 있다. 이 경우, 기판(200)은 패키지 안테나(100,100-1,100-2,100-3)의 송수신 단자(140)의 개수와 대응되는 연결패턴과 비아가 형성되고, RF 칩셋에 대응되는 관통구멍이 형성되는 것이 바람직하다.
상술한 위상 배열 안테나(10,10-1)는 5G 이동통신 중계기, 스몰셀에 적용되어 28GHz 이상 초고주파(mmWave) 대역을 지원할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 상면에 복수의 패치 안테나가 형성된 패키지 안테나; 및
    상기 패키지 안테나가 실장되며, 상기 패키지 안테나와 전기적으로 연결되는 연결 패턴을 구비하는 기판;
    을 포함하고,
    상기 패키지 안테나는 복수 개이고, 상기 복수 개의 패키지 안테나는 상기 기판의 상면에 2NХ2N 배열로 배열되고 서로 접촉시켜 실장되는 위상 배열 안테나 모듈. (N은 자연수)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패키지 안테나에서
    상기 복수의 패치 안테나는 M×M 배열 안테나 패턴으로 형성된 위상 배열 안테나 모듈. (M은 자연수).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 패키지 안테나에서
    상기 복수의 패치 안테나는 4Х4 배열 안테나 패턴으로 형성된 위상 배열 안테나 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 패키지 안테나에서, 복수의 패치 안테나는 패치 안테나들 간 간격(L1)이 균일한 위상 배열 안테나 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 패치 안테나들 간 간격(L1)과, 이웃하는 두 패키지 안테나에서 서로 이웃하는 패치 안테나 간 간격(L2)은 동일한 위상 배열 안테나 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 패키지 안테나는 저면에 하나 이상의 RF 칩셋이 구비되고,
    상기 RF 칩셋은 상기 기판의 연결 패턴과 연결되는 위상 배열 안테나 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기판에는 상기 RF 칩셋을 수용하는 관통구멍이 형성된 위상 배열 안테나 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 RF 칩셋은 상기 관통구멍을 통해 상기 기판의 저면에 배치된 히트싱크에 접촉하는 위상 배열 안테나 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 일측에 하나의 입출력 포트가 설치되고,
    상기 연결 패턴은 일단이 상기 입출력 포트에 연결되고 타단은 복수 개로 분기되어 각각 패키지 안테나와 연결되며.
    상기 연결 패턴은 일단에서 각 타단까지의 길이가 동일한 위상 배열 안테나 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 패키지 안테나는 저면에 송수신 단자를 포함하고, 상기 송수신 단자에 상기 연결 패턴의 타단이 연결되는 위상 배열 안테나 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 폴리머(Polymer) 재질로 형성되는 위상 배열 안테나 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 패키지 안테나는
    세라믹 기재의 상면에 상기 복수의 패치 안테나가 형성되고,
    세라믹 기재의 저면에 송수신 단자가 형성되고 RF 칩셋이 구비되며,
    상기 송수신 단자는 상기 RF 칩셋을 통해 상기 복수의 패치 안테나와 연결되는 위상 배열 안테나 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 세라믹 기재는 LTCC 재질로 이루어지는 위상 배열 안테나 모듈.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 기판에 빔 포밍(Beamforming) 칩셋이 실장된 위상 배열 안테나 모듈.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 저면에 배치된 히트싱크; 및
    상기 기판의 상면에 배치된 하나 이상의 방열시트;
    를 더 포함하는 위상 배열 안테나 모듈.
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