WO2023113284A1 - 안테나 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

안테나 및 이를 포함하는 전자 장치 Download PDF

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WO2023113284A1
WO2023113284A1 PCT/KR2022/018715 KR2022018715W WO2023113284A1 WO 2023113284 A1 WO2023113284 A1 WO 2023113284A1 KR 2022018715 W KR2022018715 W KR 2022018715W WO 2023113284 A1 WO2023113284 A1 WO 2023113284A1
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antenna
edge
antenna element
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cpr
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PCT/KR2022/018715
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French (fr)
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이종민
고승태
김윤건
박상훈
박정민
이범희
이석민
최승호
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삼성전자 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
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems

Definitions

  • the present disclosure relates to a wireless communication system, for example, to an antenna and an electronic device including the same in a wireless communication system.
  • the 5G communication system or pre-5G communication system is called a beyond 4G network communication system or a long term evolution (LTE) system and a post LTE system.
  • LTE long term evolution
  • an evolved small cell an advanced small cell, a cloud radio access network (cloud RAN), an ultra-dense network, Device to device communication (D2D), wireless backhaul, moving network, cooperative communication, coordinated multi-points (CoMP), and interference cancellation, etc. of technology is being developed.
  • cloud RAN cloud radio access network
  • D2D Device to device communication
  • CoMP coordinated multi-points
  • FQAM hybrid frequency shift keying and quadrature amplitude modulation
  • SWSC sliding window superposition coding
  • ACM advanced coding modulation
  • FBMC filter bank multi carrier
  • NOMA non orthogonal multiple access
  • SCMA separse code multiple access
  • an electronic device includes a plurality of antenna elements.
  • One or more antenna elements form a sub array.
  • electronic devices may require a certain distance between antenna elements to increase radiation performance of an antenna structure, it is required to design an effective structure.
  • Embodiments of the present disclosure provide a structure of an antenna including asymmetric antenna elements in a wireless communication system and an electronic device including the same.
  • Embodiments of the present disclosure provide a structure capable of improving radiation performance of an electronic device by using a structure including asymmetric antenna elements in a wireless communication system.
  • Embodiments of the present disclosure provide a structure in which a large number of antenna elements can be mounted by using a structure including asymmetric antenna elements in a wireless communication system.
  • an antenna of a wireless communication system may include a plurality of antenna elements including a first antenna element and a second antenna element.
  • the first antenna element and the second antenna element may include patch antennas.
  • the first antenna element and the second antenna element may be disposed at an interval narrower than a standard interval, and the patch antenna may have an asymmetrical structure.
  • a massive multiple input multiple output (MMU) device includes a main board, a radio frequency integrated circuit (RFIC) disposed on the main board, and a plurality of devices disposed on the main board. It may include antenna elements (antenna elements) of.
  • the plurality of antenna elements may include a first antenna element and a second antenna element.
  • the first antenna element and the second antenna element may include patch antennas.
  • the first antenna element and the second antenna element may be disposed at an interval narrower than a standard interval, and the patch antenna may have an asymmetrical structure.
  • a device may improve radiation performance of an electronic device by using a structure including asymmetric antenna elements in a wireless communication system.
  • An apparatus may mount a large number of antenna elements by using a structure including asymmetric antenna elements in a wireless communication system.
  • 1A is a diagram illustrating an example of a wireless communication environment according to various embodiments.
  • 1B is a diagram illustrating an example of a configuration of an electronic device including a plurality of antenna elements in a wireless communication system according to various embodiments.
  • FIG. 2A is a diagram for explaining an example of a graph for explaining a cross polarization ratio (CPR) for an antenna element according to various embodiments.
  • CPR cross polarization ratio
  • FIG. 2B is a diagram illustrating an example of a graph showing a cross polarization ratio (CPR) according to a structure of an antenna element according to various embodiments.
  • CPR cross polarization ratio
  • 3A is a diagram illustrating an example of a structure of an antenna element and a structure including a plurality of antenna elements according to various embodiments.
  • 3B includes graphs illustrating an example of a cross polarization ratio (CPR) according to an array of antenna elements according to various embodiments.
  • CPR cross polarization ratio
  • 4A is a diagram illustrating an example of an asymmetric antenna element according to various embodiments.
  • 4B includes graphs illustrating an example of a cross polarization ratio (CPR) for an asymmetric antenna element according to various embodiments.
  • CPR cross polarization ratio
  • CPR cross polarization ratio
  • CPR cross polarization ratio
  • FIG. 7A is a diagram illustrating another example of an asymmetric antenna element according to various embodiments.
  • CPR cross polarization ratio
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an exemplary configuration of an electronic device according to various embodiments.
  • a hardware access method may be described as an example. However, since various embodiments of the present disclosure may include technology using both hardware and software, various embodiments of the present disclosure do not exclude software-based access methods.
  • 1A is a diagram illustrating an exemplary wireless communication system according to various embodiments.
  • 1A illustrates a base station 110, a terminal 120, and a terminal 130 as some of nodes using a radio channel in a wireless communication system.
  • FIG. 1A shows only one base station, other base stations identical or similar to the base station 110 may be further included.
  • Base station 110 is a network infrastructure that provides wireless access to terminals 120 and 130 .
  • the base station 110 has coverage defined as a certain geographical area based on a distance over which signals can be transmitted.
  • the base station 110 includes an 'access point (AP)', an 'eNodeB (eNB)', a '5G node (5th generation node)', and a 'wireless point' in addition to a base station.
  • AP 'access point
  • eNB 'eNodeB
  • 5th generation node 5th generation node
  • TRP 'transmission/reception point
  • Each of the terminal 120 and terminal 130 is a device used by a user and communicates with the base station 110 through a radio channel. In some cases, at least one of the terminal 120 and the terminal 130 may be operated without user involvement. That is, at least one of the terminal 120 and the terminal 130 is a device that performs machine type communication (MTC) and may not be carried by a user.
  • MTC machine type communication
  • Each of the terminal 120 and the terminal 130 is a 'user equipment (UE)', a 'mobile station', a 'subscriber station', a 'customer premises device' ( customer premises equipment (CPE), 'remote terminal', 'wireless terminal', 'electronic device', or 'user device' or equivalent technical meaning may be referred to by other terms.
  • the base station 110, terminal 120, and terminal 130 may transmit and receive wireless signals in a mmWave band (eg, 28 GHz, 30 GHz, 38 GHz, and 60 GHz). At this time, in order to improve the channel gain, the base station 110, the terminal 120, and the terminal 130 may perform beamforming. Beamforming may include transmit beamforming and receive beamforming. The base station 110, the terminal 120, and the terminal 130 may give directivity to a transmitted signal or a received signal. To this end, the base station 110 and the terminals 120 and 130 may select serving beams 112, 113, 121 and 131 through a beam search or beam management procedure. .
  • a mmWave band eg, 28 GHz, 30 GHz, 38 GHz, and 60 GHz.
  • communication may be performed through a resource having a quasi co-located (QCL) relationship with a resource transmitting the serving beams 112, 113, 121, and 131. there is.
  • QCL quasi co-located
  • the base station 110 or the terminals 120 and 130 may include an antenna array.
  • Each antenna included in the antenna array may be referred to as an array element or an antenna element.
  • the antenna array is illustrated as a two-dimensional planar array in the present disclosure, this is only an example and does not limit other embodiments of the present disclosure.
  • the antenna array may be configured in various forms such as a linear array or a multilayer array.
  • An antenna array may be referred to as a massive antenna array.
  • the antenna array may include a plurality of sub arrays including a plurality of antenna elements.
  • the electronic device may be a massive multiple input multiple output (MIMO) unit (MMU) or a millimeter wave (mmWave) device.
  • MIMO massive multiple input multiple output
  • mmWave millimeter wave
  • '...' is used below. wealth', '...
  • a term such as 'group' refers to a unit that processes at least one function or operation, and may be implemented as hardware, software, or a combination of hardware and software.
  • a base station 110 may include a plurality of antenna elements 150.
  • a greater number of antenna elements 150 may be used compared to an input port.
  • a massive MIMO (multiple input multiple output) unit (MMU) device including subarrays 160 corresponding to one input port is an example of an electronic device of the present disclosure. is described as Each sub-array 160 of the MMU device is described as including the same number of antenna elements 150, but embodiments of the present disclosure are not limited thereto. According to an embodiment, the number of antenna elements 150 of some sub-arrays 160 may be different from the number of antenna elements 150 of other sub-arrays 160 .
  • the MMU device may include a radio unit (RU) and an antenna filter unit (AFU).
  • the RU may include an RF block and a power amplifier (PWR AMP) unit.
  • the RF block includes a plurality of digital downlink converters (DDCs), a plurality of digital uplink converters (DUCs), a plurality of analog to digital converters (ADCs), a plurality of downlink converters, and a plurality of uplink converters. can do.
  • the PWR AMP unit may include a power amplifier (PA) and low-noise amplifiers (LNA).
  • RU may correspond to the RF processor 813 of FIG. 8 .
  • the AFU may include a filter unit and an antenna unit (Ant).
  • the filter unit may include a filter and a switch, and the antenna unit may include at least one antenna array.
  • Each antenna array may include a plurality of sub-arrays, and each sub-array may include a plurality of antenna elements.
  • the AFU may correspond to the filter unit 812 and the antenna unit 811 of FIG. 8 .
  • the MMU device may include a main PCB.
  • the main PCB may be referred to as a main board or a mother board.
  • the antenna board may be placed on the main PCB.
  • the RU of the MMU device may include the main PCB.
  • An RF signal processed by a radio frequency integrated circuit (RFIC) disposed on the main PCB may pass through the main PCB and be transferred to a power divider of the antenna substrate.
  • the power divider may power the received RF signal to multiple antenna elements.
  • RFIC radio frequency integrated circuit
  • an MMU device is described as an example for convenience of explanation.
  • the present disclosure is not limited thereto, and may include both a structure including a plurality of antenna elements or an electronic device including the structure.
  • a device to which a structure including an asymmetric antenna element according to embodiments of the present disclosure is applied is not limited to the MMU. That is, it can be applied to an MMU using a signal of a frequency range 1 (FR1) band (about 6 GHz) and a mmWave device using a signal of the FR2 band (about 24 GHz).
  • FR1 frequency range 1
  • a mmWave device using a signal of the FR2 band (about 24 GHz).
  • an MMU device is described as an example for convenience of description.
  • the present disclosure is not limited thereto, and may include both a structure including a plurality of antenna elements or an electronic device including the structure.
  • a subarray 160 may include a plurality of antenna elements 150 .
  • antenna elements arranged in a 4 ⁇ 1 shape are described as one sub-array 160, but this is only for explanation of embodiments of the present disclosure, and the corresponding illustration does not limit the present disclosure.
  • various embodiments described later can be applied to the 2x2 or 3x2 sub-array 160 .
  • the number of antenna elements 150 of equipment performing wireless communication is increasing.
  • the number of RF parts and components for processing the RF signal received or transmitted through each antenna element 150 increases, so that in configuring communication equipment, while satisfying communication performance, spatial gain, Cost efficiency is essential.
  • a dual-polarized antenna may be used.
  • the different polarizations may include co-polarization (co-pol) and cross-polarization (X-pol or cross-pole).
  • a co-pole may mean a desired polarization of a wave radiated by an antenna (eg, an antenna element, a sub-array, or an array antenna).
  • a cross-pole may mean a polarization orthogonal to the co-pole.
  • the cross-pole may mean a polarization orthogonal to a desired polarization of the wave.
  • the co-pole may be horizontally polarized
  • the cross-pole may be vertically polarized.
  • the co-pole is clockwise polarization (right hand circularly polarization)
  • the cross pole may be counterclockwise polarization (left hand circularly polarization).
  • the co-pole may also be referred to as P-pol (positive polarization)
  • the cross-pole may also be referred to as N-pol (negative polarization).
  • the number of antenna elements 150 mounted on the electronic device may be increased.
  • a specific spacing may be required between the antenna elements 150 .
  • mounting the plurality of antenna elements 150 may increase the volume of the electronic device. Accordingly, an antenna structure including an asymmetric antenna element capable of improving radiation performance while mounting a large number of antenna elements 150 and an electronic device including the same are disclosed.
  • FIGS. 2A, 2B, 3A, and 3B show a cross-polarization ratio (CPR) (or XPR), which may be referred to as a gain difference between a co-pole and a cross-pole, and structure and arrangement of an antenna element. It includes graphs describing CPR values according to
  • CPR cross polarization ratio
  • the horizontal axis of the graph 200 is the angle based on the z axis on the xy plane (or the angle in the azimuth plane) (unit: degree, °), and the vertical axis is the relative gain (unit : can be referred to as decibel (dB).
  • Graph 200 includes a first line 205 representing gain for co-polarization and a second line 210 representing gain for cross-polarization.
  • the gain for the cross-pole component may be defined as the decibel of the difference between the maximum radiation intensities of the cross-pole component and the co-pole component.
  • the gain of the first line 205 may be about 0 dB, and the gain of the second line 210 may be about -26 dB. .
  • CPR at 0° may be about 26 dB.
  • the gain of the first line 210 may be about -3dB, and may be about -28dB.
  • CPR at 30° may be about 25 dB.
  • the gain of the first line 210 may be about -8 dB, and may be about -30 dB.
  • CPR at 60° may be about 22 dB.
  • the gain of the first line 210 may be about -3dB or about -26dB.
  • CPR at -30° may be about 23 dB.
  • the gain of the first line 210 may be about -10dB, or about -28dB.
  • CPR at -60° may be about 18 dB.
  • CPR may vary depending on the angle in the azimuth plane.
  • CPR may be formed with a high value in a reference direction (0°).
  • CPR may have a lower value as it moves away from the reference direction.
  • the meaning of having a high value of CPR may be understood as having excellent orthogonal characteristics in a wireless communication system environment, and thus may mean that throughput is high. Therefore, depending on the communication environment, the electronic device needs to satisfy a CPR reference value or threshold value required by the communication environment.
  • the threshold value of CPR may be 20 dB in the reference direction
  • the threshold value at 30 ° or -30 ° may be 15 dB
  • the threshold value at 60 ° or -60 ° may be 10 dB.
  • CPR may be understood identically or similarly to polarization purity.
  • an antenna having perfect polarization purity (or an electronic device including the same) may have a cross-pole value of 0.
  • CPR can be increased by increasing the composition of the nose-pole or lowering the composition of the cross-pole.
  • the polarization purity increases, CPR may increase.
  • the co-pole component when the co-pole component is dominant, the polarization purity may be high and thus the CPR may be high. Therefore, when the co-pole component is dominant, it may mean that the communication performance of the electronic device or antenna is high.
  • CPR cross polarization ratio
  • the horizontal axes of the graphs 240 and 270 are angles based on the z-axis on the xy plane (or angles in the azimuth plane) (unit: degree, °), and the vertical axes are gain ) (unit: decibel, dB).
  • the gain for the cross-pole component may be defined as the decibel of the difference between the maximum radiation intensities of the cross-pole component and the co-pole component.
  • an antenna element that is a patch antenna will be described as an example in the present disclosure below.
  • the antenna element may be composed of various antennas.
  • the antenna element may be a stacked patch antenna.
  • the antenna element may be an L-probe feeding antenna.
  • the first antenna element 230 may be a patch antenna having a symmetrical structure.
  • the first antenna element 230 has a square shape and has a length of an edge (eg, a first edge) in a horizontal direction (eg, a y-axis direction) and an edge in a vertical direction (eg, an x-axis direction).
  • the ratio between the lengths of (eg, the second edge) may be a 1:1 ratio.
  • the second antenna element 260 may be a patch antenna having an asymmetric structure.
  • the second antenna element 260 may have a rectangular shape, and the ratio between the length of the edge in the horizontal direction and the length of the edge in the vertical direction may be 1:n (n is a value other than 1). .
  • the length of the edge may include both a physical length and an electrical length.
  • the supplied current When current is supplied from a point on the lower right side of the first antenna element 230, the supplied current may flow along the first edge and then flow toward a point on the upper left side through the second edge. A vector component 235 of the current may be formed at 45°.
  • the supplied current When current is supplied from a point on the lower right side of the second antenna element 260, the supplied current may flow along the first edge and then flow toward a point on the upper left side through the second edge. Accordingly, the vector component 265 of the current may be formed lower than 45°.
  • n is less than 1 (eg, the case where the horizontal length is greater than the vertical length) is described as an example, and the vector component 265 of the current is lower than 45°.
  • the vector component 265 of the current may be formed higher than 45°.
  • the first antenna element 230 having a symmetrical structure and the second antenna element 260 having an asymmetrical structure may have different electrical properties.
  • CPR according to an angle with respect to the reference direction (eg, the z-axis direction) for the first antenna element 230 and the second antenna element 260 may be formed as graphs 240 and 270, respectively.
  • the graph 240 shows a first line 245 and a first antenna element representing the gain of the co-pole component of the first antenna element 230 according to an angle with respect to a reference direction (eg, a +z direction, which is a penetration direction).
  • a second line 250 showing the gain of the cross-pole component of 230 as a function of the angle to the reference direction is shown.
  • the gain of the first line 245 may be about 8.52 dB
  • the gain of the second line 250 may be about -25.17 may be in dB.
  • CPR at 0° may be about 33.69 dB.
  • the graph 270 shows the third line 275 and the second antenna element representing the gain of the co-pole component of the second antenna element 260 according to an angle with respect to a reference direction (eg, a +z direction, which is a penetration direction).
  • a fourth line 280 representing the gain of the cross-pole component of (260) according to an angle with respect to the reference direction is shown.
  • the gain of the third line 275 may be about 6.76 dB
  • the gain of the fourth line 250 may be about 0.46 dB.
  • can be CPR at 0° may be about 6.3 dB.
  • the component of the electrical vector may be formed at 45°, and thus a high CPR value may be secured. Accordingly, polarization purity may be high.
  • the component of the electric vector may be formed differently from 45°, and accordingly, the antenna element may have a low CPR value. Polarization purity may be low.
  • the antenna element has an asymmetric structure, since the polarization purity and CPR may be low, the throughput of the antenna (eg, antenna element) may be reduced, and thus the antenna and the radiation performance of the electronic device including the same this may deteriorate.
  • FIG. 3A is a diagram illustrating an example of a structure of an antenna element and a structure including a plurality of antenna elements according to various embodiments.
  • the antenna element 300 and the antenna elements 300-1, 300-2, 300-3, and 300-4 of FIG. 3A may be understood as the same as the first antenna element 230 of FIG. 2B. Accordingly, each of the antenna elements shown in FIG. 3A can be understood as symmetrical antenna elements.
  • an antenna element that is a patch antenna will be described as an example in the present disclosure below.
  • the antenna element may be composed of various antennas.
  • the antenna element may be a stacked patch antenna.
  • the antenna element may be an L-probe feeding antenna.
  • an antenna may include one antenna element 300 or a sub-array (or array) 301 including a plurality of antenna elements.
  • the electronic device may use an antenna including a plurality of antenna elements in order to minimize or reduce a loss of gain that occurs when forming a fine beam or using a signal of a high frequency band in beamforming.
  • an antenna that includes between multiple antenna elements may require a specific spacing between the antenna elements.
  • the specific interval may be, for example, about ⁇ /2 when the wavelength of the signal emitted by the antenna is ⁇ .
  • the specific spacing may be a threshold value for the spacing between antenna elements.
  • a specific interval may mean a distance from the center of one antenna element to the center of another adjacent antenna element, and the other adjacent antenna element may mean an adjacent antenna element located in the x-axis or y-axis direction.
  • the antenna element 300-1 and the antenna element 300-2 may be adjacent antenna elements.
  • the antenna element 300-1 and the antenna element 300-3 may not be adjacent antenna elements.
  • an electronic device in which a plurality of antenna elements are mounted may have higher radiation performance than an electronic device including a single antenna element.
  • each of the plurality of antenna elements is disposed narrower than a specific interval, radiation performance of the electronic device may deteriorate.
  • FIG. 3B the case of including a single antenna element and the case of including a plurality of antenna elements are described in detail in FIG. 3B.
  • 3B includes graphs illustrating an exemplary cross polarization ratio (CPR) according to an array of antenna elements according to various embodiments.
  • CPR cross polarization ratio
  • CPR may refer to a level difference between co-pole and cross-pole in a specific direction.
  • the horizontal axes of the graphs 330 and 350 are angles based on the z axis on the xy plane (or angles in the azimuth plane) (unit: degree, °), and the vertical axes are gain ) (unit: decibel, dB).
  • the gain for the cross-pole component may be defined as the decibel of the difference between the maximum radiation intensities of the cross-pole component and the co-pole component.
  • the antenna element 300 of FIG. 3B may be understood the same as the antenna element 300 of FIG. 3A, and the subarray 301 of FIG. 3B may be understood the same as the subarray 301 of FIG. 3A.
  • Each of the antenna element 300 and the antenna elements 300-1, 300-2, 300-3, and 300-4 of the sub-array 301 may be a patch antenna having a symmetrical structure.
  • each of the antenna element 300 and the antenna elements 300-1, 300-2, 300-3, and 300-4 has a square shape and has a horizontal edge (eg, y-axis direction) edge ( Example: The ratio between the length of the first edge and the length of the edge (eg, the second edge) in the vertical direction (eg, the x-axis direction) may be 1:1.
  • the length of the edge may include both a physical length and an electrical length.
  • the supplied current When current is supplied at a point on the lower right side of the antenna element 300, the supplied current may flow along the first edge and then flow toward a point on the upper left side through the second edge. Accordingly, a vector component of the current may be formed at 45°.
  • the supplied current flows along the first edge and then It may flow toward a point in the upper left corner through the second edge. Accordingly, the vector component of the current of each of the antenna elements 300-1, 300-2, 300-3, and 300-4 may be formed lower or higher than 45°.
  • the interval between the antenna elements 300-1, 300-2, 300-3, and 300-4 is a specific interval (eg, ⁇ /2), it may have different electrical properties from the case where only one antenna element 300 is disposed.
  • the sub-array 301 in which a plurality of antenna elements identical to the antenna element 300 are disposed has different electrical properties from the case where only one antenna element 300 is disposed due to mutual coupling acting in the region 305. can have properties.
  • the CPR according to the angle with respect to the reference direction (eg, the z-axis direction) for the antenna element 300 and the sub-array 301 is shown in graphs 330 and 350, respectively.
  • a graph 330 includes a first line 335 and an antenna representing the gain of the co-pole component of the antenna element 300 according to an angle with respect to a reference direction (eg, a +z direction, which is a penetration direction).
  • a reference direction eg, a +z direction, which is a penetration direction.
  • a second line 340 representing the gain of the cross-pole component of element 300 as a function of angle to the reference direction is shown.
  • the gain of the first line 335 may be about 8.52dB at 0°, which is the reference direction (z-axis direction), and the second line 340
  • the gain may be about -25.17 dB.
  • CPR at 0° may be about 33.69 dB.
  • a graph 350 includes a third line 355 representing the gain of the co-pole component of the sub array 301 according to an angle with respect to a reference direction (eg, a +z direction that is a penetration direction) and a sub array 355.
  • a fourth line 360 is shown showing the gain of the cross-pole component of the array 301 as a function of the angle to the reference direction.
  • the gain of the third line 355 may be about 12.09 dB, and the gain of the fourth line 360 may be about -0.56. may be in dB.
  • CPR at 0° may be about 12.65 dB.
  • the intervals between the antenna elements 300-1, 300-2, 300-3, and 300-4 are formed narrower than a specific interval, so that the antenna elements 300-1, 300-2, As mutual coupling between 300-3 and 300-4 is formed, CPR may be formed lower than that of the antenna element 300.
  • the antenna element 300-1 and the antenna element 300-2 between the antenna element 300-2 and the antenna element 300-2, between the antenna element 300-2 and the antenna element 300-3, between the antenna element 300-3 and the antenna element 300 -4), mutual coupling can be applied in the region 305, and CPR of the subarray 301 can be formed low by the region 305 where mutual coupling acts.
  • the radiation performance of the subarray 301 is improved by the interaction (mutual coupling) generated as the spacing between the antenna elements 300-1, 300-2, 300-3, and 300-4 is narrowed. may deteriorate.
  • the component of the low electrical vector may be formed differently from 45 ° according to the array of the plurality of antenna elements, and accordingly, the sub-array has a low CPR value.
  • the polarization purity may be low.
  • the throughput of the antenna eg, sub-array or array antenna
  • each antenna element has an asymmetrical structure or an antenna element having a symmetrical structure
  • the antenna Radiation performance may deteriorate.
  • radiation performance of an antenna or an electronic device has been improved by using an antenna element inserted on a surface of a patch antenna with slots or by inserting an additional reflector around the antenna element.
  • a structure using a slotted patch antenna or a reflector requires an additional process or the process is not simple, so tolerance may occur and production cost may increase. Therefore, a structure that can be produced by a simpler process and can improve spinning performance while minimizing or reducing production cost is required.
  • a structure hereinafter, a structure including asymmetric antenna elements
  • 4A is a diagram illustrating an asymmetric antenna element according to various embodiments.
  • the antenna element 300 of FIG. 4A may be understood as the same as the first antenna element 230 of FIG. 2B , the antenna element 300 of FIG. 3A , and the antenna element 300 of FIG. 3B .
  • the antenna element of FIG. 4a may be understood as the same as the second antenna element 260 of FIG. 2b.
  • the antenna element may be composed of various antennas.
  • the antenna element may be a stacked patch antenna.
  • the antenna element may be an L-probe feeding antenna.
  • an antenna element 300 may be a patch antenna having a symmetric structure.
  • the antenna element 300 has a square shape and has a length of an edge (eg, a first edge) in a horizontal direction (eg, a y-axis direction) and an edge (eg, an x-axis direction) in a vertical direction.
  • the ratio between the lengths of the second edge) may be a 1:1 ratio.
  • the antenna element 400 may be a patch antenna having an asymmetric structure.
  • the antenna element 400 may have a rectangular shape, and a ratio between a length of an edge in a horizontal direction and a length of an edge in a vertical direction may be a:b (a is a value different from b).
  • the length of the edge may include both a physical length and an electrical length.
  • 4B includes graphs illustrating examples of a cross polarization ratio (CPR) for an asymmetric antenna element according to various embodiments.
  • CPR cross polarization ratio
  • CPR may refer to a level difference between co-pole and cross-pole in a specific direction.
  • the horizontal axis of the graph 430 and the graph 450 is the angle based on the z axis on the xy plane (or the angle in the azimuth plane) (unit: degree, °), and the vertical axis is the gain ) (unit: decibel, dB).
  • the gain for the cross-pole component may be defined as the decibel of the difference between the maximum radiation intensities of the cross-pole component and the co-pole component.
  • the antenna element 300 of FIG. 4B may be understood as the same as the antenna element 300 of FIG. 4A , the antenna element 300 of FIG. 3A , and the antenna element 300 of FIG. 3B .
  • the antenna element 400 of FIG. 4B may be understood as the same as the antenna element 400 of FIG. 4A.
  • the antenna element 300 may be a patch antenna having a symmetrical structure.
  • the antenna element 300 has a square shape and has a length of an edge (eg, a first edge) in a horizontal direction (eg, a y-axis direction) and an edge (eg, an x-axis direction) in a vertical direction.
  • the ratio between the lengths of the second edge may be a 1:1 ratio.
  • the length of the edge may include both a physical length and an electrical length.
  • the antenna element 400 may be a patch antenna having an asymmetric structure.
  • the antenna element 400 has a rectangular shape, and the ratio between the length of the edge in the horizontal direction (eg, the first edge) and the length of the edge in the vertical direction (eg, the second edge) is a: b (a is a value different from b).
  • the length of the edge may include both a physical length and an electrical length.
  • the ratio between the first edge and the second edge of the antenna element 400 may be determined based on the CPR value. For example, the value of b / a is greater than or equal to 0.8 and less than or equal to 1.2 ( ) can be.
  • CPR according to an angle with respect to the antenna element 300 and the antenna element 400 relative to the reference direction (eg, the z-axis direction) is shown in graphs 430 and 450, respectively.
  • the graph 430 is a first line 435 representing the gain of the co-pole component of the antenna element 300 according to an angle with respect to a reference direction (eg, a +z direction that is a penetration direction) and A second line 440 representing the gain of the cross-pole component of the antenna element 300 according to the angle to the reference direction is shown.
  • a reference direction eg, a +z direction that is a penetration direction
  • a second line 440 representing the gain of the cross-pole component of the antenna element 300 according to the angle to the reference direction is shown.
  • the gain of the first line 435 may be about 8.52 dB
  • the gain of the second line 440 may be about -25.17 may be in dB.
  • CPR at 0° may be about 33.69 dB.
  • the graph 450 includes a third line 455 representing the gain of the co-pole component of the antenna element 400 according to an angle with respect to a reference direction (eg, a +z direction that is a penetration direction) and A fourth line 460 representing the gain of the cross-pole component of the antenna element 400 according to an angle with respect to the reference direction is shown.
  • a reference direction eg, a +z direction that is a penetration direction
  • a fourth line 460 representing the gain of the cross-pole component of the antenna element 400 according to an angle with respect to the reference direction is shown.
  • the gain of the third line 455 may be about 8.28 dB
  • the gain of the fourth line 460 may be about -4.87. may be in dB.
  • CPR at 0° may be about 13.15 dB.
  • a symmetric antenna element may have higher polarization purity than an asymmetric antenna element. If the antenna element has an asymmetrical structure, since the polarization purity and CPR may be low, the throughput of the antenna (eg, antenna element) may be reduced. Accordingly, radiation performance of the antenna and an electronic device including the antenna may deteriorate. However, in the case of a sub-array in which a plurality of antenna elements 300 and 400 of FIG. 4B are respectively arranged, radiation performance may be rather improved.
  • CPR for the case of a sub-array in which antenna elements are arranged in FIG. 5 will be described.
  • CPR cross polarization ratio
  • CPR may refer to a level difference between co-pole and cross-pole in a specific direction.
  • the horizontal axis of the graph 350 and the graph 550 is the angle based on the z axis on the xy plane (or the angle in the azimuth plane) (unit: degree, °), and the vertical axis is the gain ) (unit: decibel, dB).
  • the gain for the cross-pole component may be defined as the decibel of the difference between the maximum radiation intensities of the cross-pole component and the co-pole component.
  • the sub-array 301 of FIG. 5 may be understood as the same as the sub-array 301 of FIG. 3B.
  • the subarray 301 may include antenna elements that are patch antennas having a symmetrical structure.
  • the subarray 501 of FIG. 5 may include the antenna element 400 of FIG. 4 .
  • the subarray 501 may include antenna elements that are patch antennas having an asymmetric structure.
  • a graph 350 shows a first line 355 representing the gain of the co-pole component of the subarray 301 according to an angle with respect to a reference direction (eg, the +z direction, which is a penetration direction) and the subarray 301
  • a reference direction eg, the +z direction, which is a penetration direction
  • a second line 360 showing the gain of the cross-pole component as a function of the angle to the reference direction is shown.
  • the gain of the first line 355 may be about 12.09 dB
  • the gain of the second line 360 may be about -0.56. may be in dB.
  • CPR at 0° may be about 12.65 dB.
  • a graph 550 shows a third line 555 representing the gain of the co-pole component of the subarray 501 according to an angle with respect to the reference direction (eg, the +z direction, which is a penetration direction) and the subarray 501.
  • a fourth line 560 representing the gain of the cross-pole component as a function of the angle to the reference direction is shown.
  • the gain of the third line 555 may be about 12.33 dB
  • the gain of the fourth line 560 may be about 0°, which is the reference direction (eg, the z-axis direction). It can be -14.61 dB.
  • CPR at 0° may be about 26.94 dB.
  • the antenna elements may be arranged so that the spacing between the antenna elements is narrower than a specific spacing (eg, ⁇ /2, where ⁇ is the wavelength of a signal transmitted and received by the subarray 301). there is.
  • the subarray 301 may have a low CPR according to a region 305 where mutual coupling between antenna elements is formed. In other words, radiation performance of the sub-array 301 may be deteriorated due to interaction (mutual coupling) generated as the distance between antenna elements is narrowed.
  • the antenna elements of the subarray 501 are formed so that the spacing between the antenna elements is narrower than a specific spacing (eg, ⁇ /2, where ⁇ is the wavelength of a signal transmitted and received by the subarray 501). can be placed.
  • a specific spacing eg, ⁇ /2, where ⁇ is the wavelength of a signal transmitted and received by the subarray 501.
  • Mutual coupling between antenna elements operating in the region 505 of the subarray 501 may be lower than that in the region 305 .
  • the vector component of the current of each antenna element is not 45°, but the sum of the vector components of the current of the subarray 501 is 45 may be °.
  • the region 505 of the sub array 501 where mutual coupling acts may have higher radiation performance than the region 305 of the sub array 301 . Accordingly, the subarray 501 may have a high CPR value compared to the subarray 301, and accordingly, the polarization purity may also be high.
  • a component of a low electric vector may be formed differently from 45° according to an array of a plurality of antenna elements.
  • the array may have a low CPR value.
  • the CPR value of the subarray 501 may be improved. Therefore, the polarization purity of the sub-array 501 may be higher than that of the sub-array 301 .
  • the specific interval may be half of the wavelength ⁇ of a signal transmitted and received in the subarray 501 .
  • a CPR value may be increased due to the asymmetric structure of the antenna elements even if the distance between the antenna elements is smaller than a specific distance.
  • the throughput of the sub-array can be increased, the radiation performance of the sub-array can be improved.
  • the sub-array has been described by way of a non-liming example for convenience of description, the above-described information is also applied to an array antenna including a plurality of sub-arrays, an antenna, or an electronic device including an antenna having such a structure. The same can be applied.
  • CPR cross polarization ratio
  • CPR may refer to a level difference between co-pole and cross-pole in a specific direction.
  • the horizontal axis of the graph 600 is the angle based on the z axis on the xy plane (or the angle in the azimuth plane) (unit: degree, °), and the vertical axis is the gain (unit: decibel) (decibel), dB).
  • the gain for the cross-pole component may be defined as the decibel of the difference between the maximum radiation intensities of the cross-pole component and the co-pole component.
  • graph 600 shows CPR according to the degree of asymmetry for an electronic device including asymmetric antenna elements.
  • the antenna element may be a patch antenna having an asymmetric structure.
  • the antenna element has a rectangular shape, and the ratio between the length of a horizontal edge (eg, first edge) and the length of a vertical edge (eg, second edge) is a: b (a may be a different value from b).
  • the length of the edge may include both a physical length and an electrical length.
  • b/a of the first line 610 and the fifth line 615 may be 1.04.
  • b/a of the second line 620 and the sixth line 625 may be 1.08.
  • b/a of the third line 630 and the seventh line 635 may be 1.12.
  • b/a of the fourth line 640 and the eighth line 645 may be 1.16.
  • b/a may be referred to as an asymmetric ratio.
  • the graph 600 represents the gain of the co-pole component of an electronic device including antenna elements having an asymmetry ratio of 1.04 according to an angle with respect to a reference direction (eg, a +z direction, which is a penetration direction).
  • a reference direction eg, a +z direction, which is a penetration direction.
  • a first line 610 and a fifth line 615 representing the gain of the cross-pole component according to the angle to the reference direction are shown.
  • a graph 600 shows a second line 620 representing the gain of the co-pole component of an electronic device including antenna elements having an asymmetry ratio of 1.08 according to an angle with respect to the reference direction and the gain of the cross-pole component in the reference direction. It shows a sixth line 625 indicated according to the angle for.
  • a graph 600 shows a third line 630 representing the gain of the co-pole component of an electronic device including antenna elements having an asymmetry ratio of 1.12 according to an angle with respect to the reference direction and the gain of the cross-pole component in the reference direction. It shows a seventh line 635 indicated according to the angle for.
  • a graph 600 shows a fourth line 640 representing the gain of the co-pole component of an electronic device including antenna elements having an asymmetry ratio of 1.16 according to an angle with respect to the reference direction and the gain of the cross-pole component in the reference direction.
  • An eighth line 645 is shown according to the angle for
  • the gain of the first line 610 may be about 12.51 dB
  • the gain of the second line 620 The gain may be about 12.51 dB
  • the gain of the third line 630 may be about 12.33 dB
  • the gain of the fourth line 640 may be about 12.33 dB.
  • the gain of the co-pole component may have a similar value.
  • the gain of the fifth line 615 may be about -2.92dB
  • the gain of the sixth line 625 may be about -5.35dB
  • the gain of line 635 may be about -9.27 dB
  • the gain of eighth line 645 may be about -14.61 dB.
  • the gain of the cross-pole component may vary as the asymmetry ratio varies.
  • the CPR value of the electronic device may vary as the asymmetric ratio of the antenna element changes.
  • the CPR value according to the first line 610 and the fifth line 615 may be about 15.43 dB.
  • the CPR value according to the second line 620 and the sixth line 625 may be about 17.86 dB.
  • the CPR value may be about 21.6 dB according to the third line 630 and the seventh line 635.
  • the CPR value according to the fourth line 640 and the eighth line 645 may be about 26.94 dB.
  • the CPR value may increase.
  • the graph 600 of FIG. 6 exemplifies antenna elements that are patch antennas of a rectangular structure in which the length of the edge in the horizontal direction is longer than the length of the edge in the vertical direction, such as the asymmetry ratio of 1.04, 1.08, 1.12, and 1.16, but the present disclosure is not limited thereto.
  • the same can be understood in the case of antenna elements having a rectangular structure in which the length of the edge in the vertical direction is longer than the length of the edge in the horizontal direction, such as an asymmetry ratio of 0.96, 0.92, 0.88, or 0.84. That is, compared to the case where the asymmetry ratio is 1, the CPR value may increase as the asymmetry ratio approaches a value of 0.8 or 1.2.
  • a structure including asymmetric antenna elements according to embodiments of the present disclosure can improve radiation performance of an antenna and an electronic device including the same by arranging the asymmetric antenna elements at intervals narrower than a specific interval. can In addition, since the antenna elements are arranged at narrower intervals, a larger number of antenna elements can be mounted on the electronic device. In addition, the structure including the asymmetric antenna elements according to the embodiments of the present disclosure can reduce production cost and improve radiation performance at the same time because the process is simple.
  • FIG. 7A is a diagram illustrating another example of an asymmetric antenna element according to various embodiments.
  • the antenna element may be composed of various antennas.
  • the antenna element may be a stacked patch antenna.
  • the antenna element may be an L-probe feeding antenna.
  • the subarray 701 of FIG. 7A may be understood as the same as the subarray 301 of FIG. 3B.
  • the subarray 701 may include antenna elements 700 that are symmetrical (eg, square) patch antennas. Intervals of the antenna elements 700 included in the subarray 701 may be narrower than a specific interval.
  • the specific interval may be half of the wavelength ⁇ of the signal emitted from the sub array 701 .
  • the sub array 751 may include antenna elements 750 having an asymmetric structure.
  • the antenna elements 750 of the sub-array 751 have a square structure, but at least one opening unit is formed along a horizontal edge (eg, a first edge) of the square.
  • the sub-array 751 of FIG. 7A shows a structure including four openings along a first edge direction at one first edge, but the present disclosure is not limited thereto.
  • the antenna element 750 included in the sub array 751 may include one opening, two openings, three openings, or five openings at one first edge.
  • the number of openings included in the antenna element 750 may be determined based on the CPR value of the sub array 751 . In other words, the number of openings may be determined in consideration of a CPR value that satisfies a target threshold value.
  • the size of the opening of each antenna element 750 may be determined in consideration of a CPR value that satisfies a target threshold. For example, a width of the opening toward the first edge may be determined based on the CPR value. Also, a width of the opening toward the second edge may be determined based on the CPR value.
  • a distance between openings of each antenna element 750 may be determined in consideration of a CPR value that satisfies a target threshold value. For example, a gap between the openings may be narrowed based on the CPR value. Also, based on the CPR value, a wide interval between the openings may be formed.
  • the shape, size, spacing, and number of openings of the antenna elements 750 included in the sub-array 751 may be individually determined, but the present disclosure It is not limited.
  • the opening may be determined to have a target CPR value by varying the shape and size of the opening, and each of the antenna elements may include the determined opening.
  • the opening may be determined to have a target CPR value by varying the shape and interval of the opening, and each of the antenna elements may include the determined opening.
  • the intervals of the antenna elements 750 included in the sub array 751 may be narrower than a specific interval.
  • the specific interval may be half of the wavelength ⁇ of the signal emitted by the sub array 751 .
  • the opening included in the antenna element 750 of the sub array 751 may be configured in various shapes.
  • the opening may have a rectangular shape. Rectangles may include squares, rectangles, and the like. Also, the opening may have a triangular shape. Also, the opening may be configured in a circular shape.
  • an opening is included in a first edge corresponding to the horizontal direction of the antenna element of the sub array 751, but the present disclosure is not limited thereto.
  • an opening may be included at a second edge corresponding to the vertical direction of the antenna element of the sub array 751 .
  • both the first edge corresponding to the horizontal direction and the second edge corresponding to the vertical direction of the antenna element of the sub-array 751 may include openings.
  • CPR cross polarization ratio
  • CPR may refer to a level difference between co-pole and cross-pole in a specific direction.
  • the horizontal axis of the graph 730 and the graph 760 is the angle based on the z axis on the xy plane (or the angle in the azimuth plane) (unit: degree, °), and the vertical axis is the gain ) (unit: decibel, dB).
  • the gain for the cross-pole component may be defined as the decibel of the difference between the maximum radiation intensities of the cross-pole component and the co-pole component.
  • graph 730 depicts CPR for a subarray 701 comprising symmetrical antenna elements.
  • the symmetrical antenna element may be a patch antenna having a square shape.
  • the antenna element has a square shape, and the ratio between the length of the horizontal edge (eg, first edge) and the length of the vertical edge (eg, second edge) is 1:1 (a is equal to b and b). different values).
  • the length of the edge may include both a physical length and an electrical length.
  • Graph 760 shows the CPR for a sub-array 751 comprising asymmetric antenna elements.
  • the asymmetric antenna element may mean a patch antenna having a square shape or an opening.
  • the graph 730 includes a first line 735 representing the gain of the co-pole component of the sub array 701 according to an angle with respect to a reference direction (eg, a +z direction that is a penetration direction) and A second line 740 representing the gain of the cross-pole component as a function of the angle to the reference direction is shown.
  • a reference direction eg, a +z direction that is a penetration direction
  • a second line 740 representing the gain of the cross-pole component as a function of the angle to the reference direction is shown.
  • the gain of the first line 735 may be about 12.09 dB
  • the gain of the second line 740 may be about -0.56. may be in dB.
  • CPR at 0° may be about 12.65 dB.
  • a graph 760 shows a third line 765 representing the gain of the co-pole component of the sub-array 751 according to an angle with respect to the reference direction (eg, the +z direction, which is a penetration direction) and the gain of the cross-pole component.
  • a fourth line 770 is shown according to an angle with respect to the reference direction. Referring to the graph 760, at 0°, which is the reference direction (z-axis direction), the gain of the third line 765 may be about 11.54 dB, and the gain of the fourth line 770 may be about -22.28 may be in dB. CPR at 0° may be about 33.82 dB.
  • a component of a low electrical vector may be formed differently from 45° according to an array of a plurality of antenna elements.
  • the array may have a low CPR value. Radiation performance of the sub array 701 may deteriorate due to mutual coupling of antenna elements.
  • the CPR value of the subarray 751 can be improved even if a plurality of antenna elements are arranged at a narrower interval than a specific interval. Therefore, the polarization purity of the sub-array 701 may be higher than that of the sub-array 751 .
  • the CPR value can be increased by the antenna elements having an asymmetric structure, thereby increasing the throughput of the subarray ( throughput) can be increased, and the radiation performance of the sub-array can be improved.
  • the sub-array has been described in a non-limiting manner for convenience of description, the above description is equally applicable to an array antenna including a plurality of sub-arrays, an antenna, or an electronic device including an antenna having such a structure.
  • an antenna including asymmetric antenna elements may minimize or reduce tolerances in a manufacturing process, and a larger number of antenna elements can be installed.
  • manufacturing costs may be reduced and radiation performance of the antenna or electronic device may be improved compared to a conventional antenna structure.
  • an antenna including asymmetric antenna elements and an electronic device including the same include antenna elements including slots having a complex structure on a surface of a patch antenna, and In comparison, through a structure including antenna elements having a relatively simple structure, it can be produced cost-effectively.
  • a manufacturing process of an antenna including asymmetric antenna elements and an electronic device including the same according to embodiments of the present disclosure is simpler than a manufacturing process of a structure including antenna elements having a complex structure, thereby minimizing or reducing tolerances.
  • an antenna including asymmetric antenna elements according to embodiments of the present disclosure and an electronic device including the same can reduce production costs while minimizing or reducing tolerances according to a relatively simple manufacturing process, and improve radiation performance can do.
  • an antenna including asymmetric antenna elements according to embodiments of the present disclosure and an electronic device including the same have comparatively low energy compared to an antenna structure including a reflector in an area adjacent to the antenna elements. According to a simple manufacturing process, tolerances can be minimized or reduced, production costs can be reduced, and spinning performance can be improved.
  • an array antenna including asymmetric antenna elements according to embodiments of the present disclosure may have a CPR value about 10 dB higher in a reference direction than an array antenna including a plurality of antenna elements.
  • FIGS. 1A to 7B Although a sub-array including asymmetric antenna elements according to various embodiments of the present disclosure is described in FIGS. 1A to 7B, an array antenna or antenna including a larger number of antenna elements is also understood as an embodiment of the present disclosure. It can be.
  • an MMU or mmWave device in which a plurality of antenna elements, RF components (eg, filters, etc.) and additional components such as a mother board are combined to form one equipment may also be understood as an embodiment of the present disclosure. .
  • RF components eg, filters, etc.
  • additional components such as a mother board
  • the electronic device 810 is a diagram illustrating an exemplary configuration of an electronic device according to various embodiments.
  • the electronic device 810 may be either a base station or a terminal.
  • the electronic device 810 may be an MMU or mmWave device.
  • an antenna including the same and an electronic device including the same are also included in embodiments of the present disclosure.
  • the electronic device 810 includes an antenna unit 811 (eg, including at least one antenna), a filter unit 812 (eg, including a filter), and a radio frequency (RF) processing unit 813 (eg, various circuits). included), and a control unit 814 (eg, including a processing circuit).
  • antenna unit 811 eg, including at least one antenna
  • filter unit 812 eg, including a filter
  • RF radio frequency
  • control unit 814 eg, including a processing circuit
  • the antenna unit 811 may include multiple antennas.
  • the antenna performs functions for transmitting and receiving signals through a radio channel.
  • the antenna may include a radiator formed of a conductor or a conductive pattern formed on a substrate (eg, an antenna PCB or an antenna board).
  • the antenna may radiate the up-converted signal on a wireless channel or acquire a signal radiated by another device.
  • Each antenna may be referred to as an antenna element or antenna element.
  • the antenna unit 811 may include an antenna array (eg, a sub array) in which a plurality of antenna elements form an array.
  • the antenna unit 811 may be electrically connected to the filter unit 812 through RF signal lines.
  • the antenna unit 811 may be mounted on a PCB including a plurality of antenna elements.
  • the PCB may include a plurality of RF signal lines connecting each antenna element and a filter of the filter unit 812 . These RF signal lines may be referred to as a feeding network.
  • the antenna unit 811 may provide the received signal to the filter unit 812 or may radiate the signal provided from the filter unit 812 into the air.
  • the antenna unit 811 may include at least one antenna module having a dual polarization antenna.
  • the dual polarization antenna may be, for example, a cross-pole (x-pole) antenna.
  • a dual polarization antenna may include two antenna elements corresponding to different polarizations.
  • a dual polarization antenna may include a first antenna element having a polarization of +45° and a second antenna element having a polarization of -45°.
  • the polarization may be formed by other orthogonal polarizations other than +45° and -45°.
  • Each antenna element may be connected to a feeding line and electrically connected to a filter unit 812, an RF processing unit 813, and a control unit 814 to be described later.
  • the dual polarization antenna may be a patch antenna (or microstrip antenna). Since the dual polarization antenna has the form of a patch antenna, it can be easily implemented and integrated into an array antenna. Two signals having different polarizations may be input to each antenna port. Each antenna port corresponds to an antenna element. For high efficiency, it is required to optimize the relationship between co-pole and cross-pole characteristics between two signals having different polarizations.
  • the co-pole characteristic represents a characteristic for a specific polarization component
  • the cross-pole characteristic represents a characteristic for a polarization component different from the specific polarization component.
  • a structure including asymmetric antenna elements according to embodiments of the present disclosure may be included in the antenna unit 811 of FIG. 8 .
  • the filter unit 812 may include various filtering circuits, and may perform filtering to transmit a signal of a desired frequency.
  • the filter unit 812 may perform a function of selectively identifying a frequency by forming resonance.
  • the filter unit 812 may form resonance through a cavity that structurally includes a dielectric.
  • the filter unit 812 may form resonance through elements forming inductance or capacitance.
  • the filter unit 812 may include an elastic filter such as a bulk acoustic wave (BAW) filter or a surface acoustic wave (SAW) filter.
  • the filter unit 812 may include at least one of a band pass filter, a low pass filter, a high pass filter, or a band reject filter. . That is, the filter unit 812 may include RF circuits for obtaining a signal of a frequency band for transmission or a frequency band for reception.
  • the filter unit 812 may electrically connect the antenna unit 811 and the RF processing unit 813.
  • the RF processor 813 may include various circuits and may include a plurality of RF paths.
  • An RF path may be a unit of a path through which a signal received through an antenna or a signal radiated through an antenna passes. At least one RF path may be referred to as an RF chain.
  • An RF chain may include a plurality of RF elements (eg, RF circuits). RF components may include amplifiers, mixers, oscillators, DACs, ADCs, and the like.
  • the RF processing unit 813 includes an up converter for up-converting a base band digital transmission signal to a transmission frequency, and a DAC for converting the up-converted digital transmission signal into an analog RF transmission signal. (digital-to-analog converter).
  • the upconverter and DAC form part of the transmit path.
  • the transmit path may further include a power amplifier (PA) or coupler (or combiner).
  • the RF processing unit 813 includes an analog-to-digital converter (ADC) that converts an analog RF received signal into a digital received signal and a down converter that converts the digital received signal into a baseband digital received signal. ) may be included.
  • ADC analog-to-digital converter
  • the ADC and down converter form part of the receive path.
  • the receive path may further include a low-noise amplifier (LNA) or a coupler (or divider).
  • LNA low-noise amplifier
  • RF components of the RF processing unit may be implemented on a PCB.
  • the electronic device 810 may include a structure in which an antenna unit 811 - a filter unit 812 - an RF processing unit 813 are stacked in this order. Antennas and RF components of the RF processing unit may be implemented on a PCB, and filters may be repeatedly fastened between the PCBs to form a plurality of layers.
  • the controller 814 may include various processing circuits and may control overall operations of the electronic device 810 .
  • the controller 814 may include various modules for performing communication.
  • the controller 814 may include at least one processor such as a modem.
  • the controller 814 may include modules for digital signal processing.
  • the controller 814 may include a modem.
  • the controller 814 generates complex symbols by encoding and modulating the transmission bit stream.
  • the control unit 814 restores the received bit stream by demodulating and decoding the baseband signal.
  • the control unit 814 may perform protocol stack functions required by communication standards.
  • FIG. 8 a functional configuration of an electronic device 810 is described as a device that can utilize a structure including asymmetric antenna elements of the present disclosure.
  • the example shown in FIG. 8 is a structure including asymmetric antenna elements according to the embodiments of the present disclosure described with reference to FIGS.
  • embodiments of the present disclosure are not limited to the components of the equipment shown in FIG. 8 . Accordingly, a subarray, an array antenna, an antenna, and other configurations of communication equipment including the subarray including asymmetry antenna elements according to embodiments of the present disclosure may also be understood as embodiments of the present disclosure.
  • An antenna in a wireless communication system includes a plurality of antenna elements including a first antenna element and a second antenna element, and the One antenna element and the second antenna element may include a patch antenna, the first antenna element is disposed at a smaller interval than the standard interval with the second antenna element, and the patch antenna has an asymmetric structure.
  • the patch antenna may have a rectangular shape including a first edge and a second edge orthogonal to the first edge, and the length of the first edge is equal to the length of the second edge.
  • the ratio of the length of the first edge to the length of the second edge may be determined based on a cross polarization ratio (CPR) of the antenna.
  • CPR cross polarization ratio
  • the ratio of the length of the first edge to the length of the second edge may be greater than or equal to 0.8 and less than or equal to 1.2.
  • the patch antenna may have a square shape including a first edge and a second edge orthogonal to the first edge, the first edge extending along a length direction of the first edge. It may include at least one opening.
  • At least one of the number, size, shape, or distance between the at least one opening may be determined based on a cross polarization ratio (CPR) of the antenna.
  • CPR cross polarization ratio
  • the at least one opening may have a rectangular shape.
  • the reference interval may have a length corresponding to half of a wavelength of a signal transmitted and received through the antenna.
  • the reference interval may be a distance from the center of the first antenna element to the center of the second antenna element.
  • the first antenna element and the second antenna element may be disposed within a designated distance from each other.
  • a main board In a massive multiple input multiple output (MMU) device according to an embodiment of the present disclosure as described above, a main board, a radio frequency integrated circuit (RFIC) disposed on the main board, and the A plurality of antenna elements disposed on a main board, the plurality of antenna elements including a first antenna element and a second antenna element, the first antenna element and the second antenna element comprising a patch antenna (patch antenna), the first antenna element and the second antenna element are disposed at a smaller interval than a standard interval, and the patch antenna may have an asymmetrical structure.
  • RFIC radio frequency integrated circuit
  • the patch antenna may have a rectangular shape including a first edge and a second edge orthogonal to the first edge, and the length of the first edge is equal to the length of the second edge.
  • the ratio of the length of the first edge to the length of the second edge may be determined based on a cross polarization ratio (CPR) of the antenna.
  • CPR cross polarization ratio
  • the ratio of the length of the first edge to the length of the second edge may be greater than or equal to 0.8 and less than or equal to 1.2.
  • the patch antenna may have a square shape including a first edge and a second edge orthogonal to the first edge, the first edge extending along a length direction of the first edge. It may include at least one opening.
  • At least one of the number, size, shape, or distance between the at least one opening may be determined based on a cross polarization ratio (CPR) of the antenna.
  • CPR cross polarization ratio
  • the at least one opening may have a rectangular shape.
  • the reference interval may have a length corresponding to half of a wavelength of a signal transmitted and received through the antenna.
  • the reference interval may be a distance from the center of the first antenna element to the center of the second antenna element.
  • the first antenna element and the second antenna element may be disposed adjacent to each other.
  • a computer readable storage medium storing one or more programs (software modules) may be provided.
  • One or more programs stored in a computer-readable storage medium are configured for execution by one or more processors in an electronic device.
  • One or more programs include instructions for causing an electronic device to execute methods according to various embodiments described in the present disclosure or claims.
  • Such programs may include random access memory, non-volatile memory including flash memory, read only memory (ROM), and electrically erasable programmable ROM. (electrically erasable programmable read only memory (EEPROM), magnetic disc storage device, compact disc-ROM (CD-ROM), digital versatile discs (DVDs), or other It can be stored on optical storage devices, magnetic cassettes.
  • EEPROM electrically erasable programmable read only memory
  • a program may be stored in a memory composed of a combination of some or all of these.
  • each configuration memory may be included in multiple numbers.
  • the program accesses through a communication network such as the Internet, an intranet, a local area network (LAN), a wide area network (WAN), or a storage area network (SAN), or a communication network consisting of a combination thereof ( It can be stored on an attachable storage device that can be accessed.
  • a storage device may be connected to a device performing an embodiment of the present disclosure through an external port.
  • a separate storage device on a communication network may be connected to a device performing an embodiment of the present disclosure.
  • constituent elements included in the disclosure are expressed in singular or plural numbers according to the specific embodiments presented.
  • singular or plural expressions are selected appropriately for the situation for convenience of description, and the present disclosure is not limited to singular or plural components, and even components expressed in plural numbers are composed of or expressed in the singular number. Even a component may be composed of a plurality.

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Abstract

본 개시(disclosure)는 LTE(Long Term Evolution)와 같은 4G(4th generation) 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G(5th generation) 또는 pre-5G 통신 시스템에 관련된 것이다. 무선 통신 시스템에서 안테나(antenna)는 제1 안테나 엘리먼트(antenna element) 및 제2 안테나 엘리먼트를 포함하는 복수의 안테나 엘리먼트들을 포함하고, 상기 제1 안테나 엘리먼트 및 상기 제2 안테나 엘리먼트는 패치 안테나(patch antenna)를 포함하고, 상기 제1 안테나 엘리먼트는 상기 제2 안테나 엘리먼트와 기준 간격보다 좁은 간격으로 배치되고, 상기 패치 안테나는 비대칭 구조를 가질 수 있다.

Description

안테나 및 이를 포함하는 전자 장치
본 개시(disclosure)는 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 예를 들어 무선 통신 시스템에서 안테나(antenna) 및 이를 포함하는 전자 장치(electronic device)에 관한 것이다.
4G(4th generation) 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G(5th generation) 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후(beyond 4G network) 통신 시스템 또는 LTE(long term evolution) 시스템 이후(post LTE) 시스템이라 불리어지고 있다.
높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파 대역에서의 구현이 고려되고 있다. 6 GHz 근처 FR1 대역의 고주파 및 6 GHz 이상의 FR2 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive multi-input multi-output, massive MIMO), 전차원 다중입출력(full dimensional MIMO, FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔포밍(analog beam-forming), 및 대규모 안테나(large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다.
시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀(advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud radio access network, cloud RAN), 초고밀도 네트워크(ultra-dense network), 기기 간 통신(device to device communication, D2D), 무선 백홀(wireless backhaul), 이동 네트워크(moving network), 협력 통신(cooperative communication), CoMP(coordinated multi-points), 및 수신 간섭제거(interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다.
5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(advanced coding modulation, ACM) 방식인 FQAM(hybrid frequency shift keying and quadrature amplitude modulation) 및 SWSC(sliding window superposition coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(filter bank multi carrier), NOMA(non orthogonal Multiple Access), 및 SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.
5G 시스템에서 전자 장치는 다수의 안테나 엘리먼트(antenna elements)들을 포함한다. 하나 이상의 안테나 엘리먼트들은 서브 어레이(sub array)를 형성한다. 전자 장치는 빔포밍(beamforming)을 위해 요구되는 안테나 엘리먼트들의 숫자가 증가함에 따라, 안테나 구조의 생산 비용 및 방사 성능을 고려하여 보다 효과적인 구조로 설계할 것이 요구된다. 특히, 전자 장치는 안테나 구조의 방사 성능을 높이기 위해 안테나 엘리먼트들 사이의 일정 간격이 요구될 수 있어 효과적인 구조로 설계할 것이 요구된다.
본 개시(disclosure)의 실시 예들은 무선 통신 시스템에서 비대칭(asymmetry) 안테나 엘리먼트들을 포함하는 안테나 및 이를 포함하는 전자 장치의 구조를 제공한다.
본 개시의 실시 예들은 무선 통신 시스템에서 비대칭 안테나 엘리먼트들을 포함하는 구조를 이용하여, 전자 장치의 방사 성능을 개선할 수 있는 구조를 제공한다.
본 개시의 실시 예들은 무선 통신 시스템에서 비대칭 안테나 엘리먼트들을 포함하는 구조를 이용하여, 많은 수의 안테나 엘리먼트들을 실장할 수 있는 구조를 제공한다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 무선 통신 시스템의 안테나(antenna)는 제1 안테나 엘리먼트(antenna element) 및 제2 안테나 엘리먼트를 포함하는 복수의 안테나 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 상기 제1 안테나 엘리먼트 및 상기 제2 안테나 엘리먼트는 패치 안테나(patch antenna)를 포함할 수 있다. 상기 제1 안테나 엘리먼트는 상기 제2 안테나 엘리먼트와 기준 간격보다 좁은 간격으로 배치될 수 있고, 상기 패치 안테나는 비대칭 구조일 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, MMU(massive MIMO(multiple input multiple output) unit) 장치는 메인 보드(board), 상기 메인 보드에 배치되는 RFIC(radio frequency integrated circuit) 및 상기 메인 보드에 배치되는 복수의 안테나 엘리먼트(antenna element)들을 포함할 수 있다. 상기 복수의 안테나 엘리먼트는 제1 안테나 엘리먼트 및 제2 안테나 엘리먼트를 포함할 수 있다. 상기 제1 안테나 엘리먼트 및 상기 제2 안테나 엘리먼트는 패치 안테나(patch antenna)를 포함할 수 있다. 상기 제1 안테나 엘리먼트는 상기 제2 안테나 엘리먼트와 기준 간격보다 좁은 간격으로 배치되고, 상기 패치 안테나는 비대칭 구조일 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치는, 무선 통신 시스템에서 비대칭(asymmetry) 안테나 엘리먼트들을 포함하는 구조를 이용하여, 전자 장치의 방사 성능을 개선할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치는, 무선 통신 시스템에서 비대칭(asymmetry) 안테나 엘리먼트들을 포함하는 구조를 이용하여, 많은 수의 안테나 엘리먼트들을 실장할 수 있다.
이 외에, 본 개시를 통해 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있다.
본 개시의 특정 실시 예들의 상술된 그리고 다른 양태들(aspects), 특징들 및 이점들은 첨부된 도면들과 결합된 다음의 상세한 설명들에 의해 보다 명백해질 수 있다.
도 1a는 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 환경의 예를 설명하는 도면이다.
도 1b는 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 다수의 안테나 엘리먼트(antenna element)들을 포함하는 전자 장치의 구성에 대한 예를 설명하는 도면이다.
도 2a는 다양한 실시 예들에 따른 안테나 엘리먼트(antenna element)에 대한 CPR(cross polarization ratio)을 설명하기 위한 그래프의 예를 설명하는 도면이다.
도 2b는 다양한 실시 예들에 따른 안테나 엘리먼트(antenna element)의 구조에 따른 CPR(cross polarization ratio)을 도시하는 그래프의 예를 설명하는 도면이다.
도 3a는 다양한 실시 예들에 따른 안테나 엘리먼트(antenna element)의 구조 및 다수의 안테나 엘리먼트(antenna element)들을 포함하는 구조의 예를 설명하는 도면이다.
도 3b는 다양한 실시 예들에 따른 안테나 엘리먼트의 배열(array)에 따른 CPR(cross polarization ratio)의 예를 설명하는 그래프들을 포함한다.
도 4a는 다양한 실시 예들에 따른 비대칭 안테나 엘리먼트(asymmetry antenna element)의 예를 설명하는 도면이다.
도 4b는 다양한 실시 예들에 따른 비대칭 안테나 엘리먼트(asymmetry antenna element)에 대한 CPR(cross polarization ratio)의 예를 설명하는 그래프들을 포함한다.
도 5는 다양한 실시 예들에 따른 다수의 비대칭 안테나 엘리먼트(asymmetry antenna element)들을 포함하는 구조에 대한 CPR(cross polarization ratio)의 예를 설명하는 그래프들을 포함한다.
도 6은 다양한 실시 예들에 따른 비대칭 안테나 엘리먼트(asymmetry antenna element)의 비대칭 정도에 따른 CPR(cross polarization ratio)을 설명하는 도면이다.
도 7a는 다양한 실시 예들에 따른 비대칭 안테나 엘리먼트(asymmetry antenna element)의 다른 예를 설명하는 도면이다.
도 7b는 다양한 실시 예들에 따른 다수의 비대칭 안테나 엘리먼트(asymmetry antenna element)들을 포함하는 구조에 대한 CPR(cross polarization ratio)의 예를 설명하는 그래프들을 포함한다.
도 8은 다양한 실시 예들에 따른 전자 장치의 예시적 구성을 설명하는 도면이다.
도면의 설명과 관련하여, 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 개시에서 사용되는 용어들은 다양한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시 예들의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
이하에서 설명되는 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어적인 접근 방법을 예시로서 설명될 수 있다. 하지만, 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어와 소프트웨어를 모두 사용하는 기술을 포함하고 있을 수 있으므로, 본 개시의 다양한 실시 예들이 소프트웨어 기반의 접근 방법을 제외하는 것은 아니다.
이하 설명에서 사용되는 장치의 구성 요소를 지칭하는 용어(모듈(module), 기판, 서브스트레이트(substrate), PCB(printed circuit board), 보드(board), 선로(line), 전송 선로(transmission line), 안테나, 안테나 어레이(antenna array), 서브 어레이(sub array), 안테나 엘리먼트(antenna element), 급전부(feeding unit), 급전원(feeding point), 부재(member), 소재(material)) 및 구성의 구조를 지칭하는 용어(직사각형(rectangle), 정사각형(square), 개구부(opening unit)) 등은 설명의 편의를 위해 예시된 것이다. 따라서, 본 개시가 후술되는 용어들에 한정되는 것은 아니며, 동등한 또는 유사한 기술적 의미를 가지는 다른 용어가 사용될 수 있다.
또한, 본 개시는, 다양한 통신 규격들(예: 3GPP(3rd Generation Partnership Project))에서 사용되는 용어들을 이용하여 다양한 실시 예들을 설명하지만, 이는 설명을 위해 사용되는 예시들일 뿐이다. 본 개시의 다양한 실시 예들은, 다른 통신 시스템에서도, 용이하게 변형되어 적용될 수 있다.
도 1a는 다양한 실시 예들에 따른 예시적 무선 통신 시스템을 설명하는 도면이다. 도 1a는 무선 통신 시스템에서 무선 채널을 이용하는 노드(node)들의 일부로서, 기지국(110), 단말(120), 및 단말(130)을 예시한다. 도 1a는 하나의 기지국만을 도시하나, 기지국(110)과 동일 또는 유사한 다른 기지국이 더 포함될 수 있다.
기지국(110)은 단말들(120, 130)에게 무선 접속을 제공하는 네트워크 인프라스트럭쳐(infrastructure)이다. 기지국(110)은 신호를 송신할 수 있는 거리에 기초하여 일정한 지리적 영역으로 정의되는 커버리지(coverage)를 가진다. 기지국(110)은 기지국(base station) 외에 '액세스 포인트(access point, AP)', '이노드비(eNodeB, eNB)', '5G 노드(5th generation node)', '무선 포인트(wireless point)', '송수신 포인트(transmission/reception point, TRP)' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다.
단말(120) 및 단말(130) 각각은 사용자에 의해 사용되는 장치로서, 기지국(110)과 무선 채널을 통해 통신을 수행한다. 경우에 따라, 단말(120) 및 단말(130) 중 적어도 하나는 사용자의 관여 없이 운영될 수 있다. 즉, 단말(120) 및 단말(130) 중 적어도 하나는 기계 타입 통신(machine type communication, MTC)을 수행하는 장치로서, 사용자에 의해 휴대되지 아니할 수 있다. 단말(120) 및 단말(130) 각각은 단말(terminal) 외 '사용자 장비(user equipment, UE)', '이동국(mobile station)', '가입자국(subscriber station)', ‘고객 댁내 장치’(customer premises equipment, CPE), '원격 단말(remote terminal)', '무선 단말(wireless terminal)', ‘전자 장치(electronic device)’, 또는 '사용자 장치(user device)' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다.
기지국(110), 단말(120), 단말(130)은 밀리미터 파(mmWave) 대역(예: 28GHz, 30GHz, 38GHz, 60GHz)에서 무선 신호를 송신 및 수신할 수 있다. 이때, 채널 이득의 향상을 위해, 기지국(110), 단말(120), 단말(130)은 빔포밍(beamforming)을 수행할 수 있다. 빔포밍은 송신 빔포밍 및 수신 빔포밍을 포함할 수 있다. 기지국(110), 단말(120), 단말(130)은 송신 신호 또는 수신 신호에 방향성(directivity)을 부여할 수 있다. 이를 위해, 기지국(110) 및 단말들(120, 130)은 빔 탐색(beam search) 또는 빔 관리(beam management) 절차를 통해 서빙(serving) 빔들(112, 113, 121, 131)을 선택할 수 있다. 서빙 빔들(112, 113, 121, 131)이 선택된 후, 이후 통신은 서빙 빔들(112, 113, 121, 131)을 송신한 자원과 QCL(quasi co-located) 관계에 있는 자원을 통해 수행될 수 있다.
기지국(110) 또는 단말들(120, 130)은 안테나 어레이(antenna array)를 포함할 수 있다. 안테나 어레이에 포함되는 각 안테나는 어레이 엘리먼트(array element), 또는 안테나 엘리먼트(antenna element)로 지칭될 수 있다. 이하, 본 개시에서 안테나 어레이는 2차원의 평면 어레이(planar array)로 도시되었으나, 이는 일 예시일뿐, 본 개시의 다른 실시 예들을 제한하지 않는다. 안테나 어레이는 선형 어레이(linear array) 혹은 다층 어레이 등 다양한 형태로 구성될 수 있다. 안테나 어레이는 매시브 안테나 어레이(massive antenna array)로 지칭될 수 있다. 또한, 안테나 어레이는 복수의 안테나 엘리먼트들을 포함하는 서브 어레이(sub array)를 다수 포함할 수 있다.
도 1b는 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 다수의 안테나 엘리먼트(antenna element)들을 포함하는 전자 장치의 구성에 대한 예를 설명하는 도면이다. 전자 장치는 MMU(massive MIMO(multiple input multiple output) unit) 또는 mmWave(milimeter Wave) 장치일 수 있다. 이하 사용되는 '…부', '…기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1b를 참고하면, 일 실시 예에 따른 기지국(110)은 다수의 안테나 엘리먼트(150)(antenna element)들을 포함할 수 있다. 빔포밍(beamforming) 이득을 높이기 위해, 입력 포트(port) 대비 많은 수의 안테나 엘리먼트(150)들이 사용될 수 있다. 본 개시의 다양한 실시 예들을 설명하기 위하여 하나의 입력 포트에 대응하는 각각의 서브 어레이(160)들을 포함하는 형태의 MMU(massive MIMO(multiple input multiple output) unit) 장치가 본 개시의 전자 장치의 예시로써 서술된다. MMU 장치의 각 서브 어레이(160)는, 동일한 개수의 안테나 엘리먼트(150)들을 포함하는 것으로 서술되나, 본 개시의 실시 예들은 이에 한정되지 않는다. 일 실시 예에 따라, 일부 서브 어레이(160)의 안테나 엘리먼트(150)들은 다른 서브 어레이(160)의 안테나 엘리먼트(150)들의 개수와 다를 수 있다.
도 1b에서 도시하지 않으나, MMU 장치는 RU(radio unit) 및 AFU(antenna filter unit)을 포함할 수 있다. RU는 RF 블록(RF block) 및 전력 증폭기(power amplifier, PWR AMP) 부를 포함할 수 있다. RF 블록은 복수의 DDC(digital downlink converter), 복수의 DUC(digital uplink converter), 복수의 ADC(analog to digital converter), 복수의 하향 컨버터(downlink converter), 복수의 상향 컨버터(uplink converter)들을 포함할 수 있다. PWR AMP부는 전력 증폭기(power amplifier, PA) 및 저잡음 증폭기(low-noise amplifier, LNA)들을 포함할 수 있다. RU는 도 8의 RF 처리부(813)와 대응될 수 있다. AFU는 필터부(filter) 및 안테나부(Ant)를 포함할 수 있다. 필터부는 필터와 스위치를 포함할 수 있고, 안테나부는 적어도 하나의 안테나 어레이들로 구성될 수 있다. 각각의 안테나 어레이는 복수의 서브 어레이들을 포함할 수 있고, 각각의 서브 어레이는 복수의 안테나 엘리먼트들을 포함할 수 있다. AFU는 도 8의 필터부(812) 및 안테나부(811)와 대응될 수 있다.
도 1b에서는 도시하지 않으나, MMU 장치는 메인 PCB를 포함할 수 있다. 여기서, 메인 PCB는 메인 보드(board), 마더 보드(board) 등으로 지칭될 수 있다. 안테나 기판은 메인 PCB에 배치될 수 있다. 다시 말해서, MMU 장치의 RU는 메인 PCB를 포함할 수 있다. 메인 PCB에 배치되는 RFIC(radio frequency integrated circuit)으로부터 처리된 RF 신호는 메인 PCB를 통과하여 안테나 기판의 전력 분배기로 전달될 수 있다. 전력 분배기는 전달받은 RF 신호를 다수의 안테나 엘리먼트들에 급전할 수 있다.
본 개시에서는 설명의 편의를 위하여 MMU 장치를 예로 설명한다. 그러나, 본 개시가 이에 제한되는 것은 아니며, 다수의 안테나 엘리먼트들을 포함하는 구조 또는 그 구조를 포함하는 전자 장치를 모두 포함할 수 있다. 다시 말해서, 본 개시의 실시 예들에 따른 비대칭 안테나 엘리먼트를 포함하는 구조가 적용되는 장치는 MMU에 제한되는 것은 아니다. 즉, FR1(frequency range 1) 대역(약 6GHz)의 신호를 이용하는 MMU 및 FR2 대역의 신호(약 24GHz)를 이용하는 mmWave 장치에도 적용될 수 있다. 본 개시에서는 설명의 편의를 위하여 MMU 장치를 예로 설명한다. 그러나, 본 개시가 이에 제한되는 것은 아니며, 다수의 안테나 엘리먼트들을 포함하는 구조 또는 그 구조를 포함하는 전자 장치를 모두 포함할 수 있다.
도 1b를 참고하면, 서브 어레이(160)는 다수의 안테나 엘리먼트(150)들을 포함할 수 있다. 이하, 도 1b에서는 4 x 1 형태로 배치되는 안테나 엘리먼트들이 하나의 서브 어레이(160)로서 서술되나, 이는 본 개시의 실시 예들의 설명을 위한 것일 뿐 해당 도시가 본 개시를 한정하는 것은 아니다. 2 x 2 또는 3 x 2 형태의 서브 어레이(160)에도 후술되는 다양한 실시 예들이 적용될 수 있음은 물론이다.
통신 성능을 높이기 위해 무선 통신을 수행하는 장비의 안테나 엘리먼트(150)들의 개수는 증가하고 있다. 또한, 각각의 안테나 엘리먼트(150)를 통해 수신되거나 송신되는 RF 신호를 처리하기 위한 RF 부품, 구성요소들(components)의 개수도 증가하게 되어 통신 장비를 구성함에 있어 통신 성능을 충족하면서 공간적 이득, 비용적 효율이 필수적으로 요구된다. 이러한 요구사항들을 충족시키기 위하여, 이중 편파 안테나(dual-polarized antenna)가 이용될 수 있다. 서로 다른 편파의 신호들 간 채널 상 독립성이 충족될수록, 편파 다이버시티 및 이에 따른 신호 이득이 증가할 수 있다. 여기서, 서로 다른 편파는 코-폴(co-polarization, co-pol) 및 크로스-폴(cross-polarization, X-pol 또는 크로스-폴)을 포함할 수 있다. 코-폴은 안테나(예: 안테나 엘리먼트, 서브 어레이, 어레이 안테나)가 방사하는 파동(wave)의 원하는 편파(desired polarization)를 의미할 수 있다. 크로스-폴은 상기 코-폴에 직교하는 편파를 의미할 수 있다. 다시 말해서, 크로스-폴은 상기 파동의 원하는 편파와 직교하는 편파를 의미할 수 있다. 예를 들어, 코-폴이 수평적인 편파(horizontally polarization)이면, 크로스-폴은 수직적인 편파(vertically polarization)일 수 있다. 또한, 코-폴이 시계 방향의 편파(right hand circularly polarization)인 경우, 크로스 폴은 반 시계 방향의 편파(left hand circularly polarization)일 수 있다. 이하에서, 코-폴은 P-pol(positive polarization)으로도 지칭될 수 있고, 크로스-폴은 N-pol(negative polarization)으로도 지칭될 수 있다.
전자 장치(예: MMU 장치)의 빔포밍 이득을 높이기 위해, 전자 장치에 실장되는 안테나 엘리먼트(150)의 수가 증가될 수 있다. 그러나, 전자 장치의 방사 성능을 위하여, 안테나 엘리먼트(150)들 사이에는 특정한 간격이 요구될 수 있다. 다시 말해서, 안테나 엘리먼트(150)들 사이의 간격이 상기 특정한 간격보다 좁아지는 경우, 안테나 엘리먼트(150) 및 이를 포함하는 안테나 구조 또는 전자 장치의 방사 성능이 악화될 수 있다. 또한, 다수의 안테나 엘리먼트(150)들을 실장하면 전자 장치의 부피가 증가할 수 있다. 따라서, 많은 수의 안테나 엘리먼트(150)들을 실장하면서 방사 성능을 개선할 수 있는 비대칭 안테나 엘리먼트(asymmetry antenna element)를 포함하는 안테나 구조 및 이를 포함하는 전자 장치가 개시된다.
이하, 도 2a, 도 2b, 도 3a 및 도 3b는 코-폴과 크로스-폴 사이의 이득 차이로 참조될 수 있는 CPR(cross-polarization ratio)(또는, XPR) 및 안테나 엘리먼트의 구조와 배열에 따른 CPR 값을 설명하는 그래프들을 포함한다.
도 2a는 다양한 실시 예들에 따른 안테나 엘리먼트(antenna element)에 대한 CPR(cross polarization ratio)을 설명하기 위한 그래프의 예를 설명하는 그래프이다. CPR은 특정 방향에서 코-폴과 크로스-폴 사이의 수준(level) 차이로 참조될 수 있다.
그래프(200)의 가로축은 xy평면 상에서 z축을 기준으로 하는 각도(또는 방위 평면(azimuth plane)에서의 각도)(단위: 도(degree), °)이고, 세로축은 상대적 이득(relative gain)(단위: 데시벨(decibel), dB)으로 참조될 수 있다. 그래프(200)는 코-폴(co-polarization)에 대한 이득을 나타내는 제1 라인(205), 크로스-폴(cross-polarization)에 대한 이득을 나타내는 제2 라인(210)을 포함한다. 크로스-폴 성분에 대한 이득은 크로스-폴 성분과 코-폴 성분의 최대 방사 강도(maximum radiation intensity) 사이의 차이에 대한 데시벨로 정의될 수 있다.
도 2a를 참고하면, 기준이 되는 방향(z축 방향)인 0°에서, 제1 라인(205)의 이득은 약 0dB일 수 있고, 제2 라인(210)의 이득은 약 -26dB일 수 있다. 0°에서의 CPR은 약 26dB일 수 있다. 30° 방향에서, 제1 라인(210)의 이득은 약 -3dB일 수 있고, 약 -28dB일 수 있다. 30°에서의 CPR은 약 25dB일 수 있다. 60° 방향에서, 제1 라인(210)의 이득은 약 -8dB일 수 있고, 약 -30dB일 수 있다. 60°에서의 CPR은 약 22dB일 수 있다. 또한, -30° 방향에서, 제1 라인(210)의 이득은 약 -3dB일 수 있고, 약 -26dB일 수 있다. -30°에서의 CPR은 약 23dB일 수 있다. -60° 방향에서, 제1 라인(210)의 이득은 약 -10dB일 수 있고, 약 -28dB일 수 있다. -60°에서의 CPR은 약 18dB일 수 있다.
상술한 바를 참고하면, CPR은 방위 평면에서의 각도에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, CPR은 기준이 되는 방향(0°)에서 높은 값으로 형성될 수 있다. 또한, 일반적으로 CPR은 기준이 되는 방향에서 멀어질수록 낮은 값을 가질 수 있다. 여기서, CPR이 높은 값을 갖는다는 것의 의미는, 무선 통신 시스템 환경에서 직교 특성이 우수한 것으로 이해될 수 있고, 이에 따라 처리량(throughput)이 크다는 것을 의미할 수 있다. 따라서, 통신 환경에 따라, 전자 장치는 통신 환경이 요구하는 CPR의 기준 값 또는 임계 값을 만족할 필요가 있다. 예를 들면, CPR의 임계 값은 기준이 되는 방향에서 20dB일 수 있고, 30° 또는 -30°에서 임계 값은 15dB일 수 있고, 60° 또는 -60°에서 임계 값은 10dB일 수 있다.
또한, CPR은 편파 순도(polarization purity)와 동일 또는 유사하게 이해될 수 있다. 예를 들어, 완전한 편파 순도를 갖는 안테나(또는 이를 포함하는 전자 장치)는 크로스-폴의 값이 0일 수 있다. CPR은 코-폴의 성분이 커지거나 크로스-폴의 성분이 낮아질수록 높아질 수 있다. 또한, 편파 순도가 높아질수록 CPR은 커질 수 있다. 정리하면, 코-폴 성분이 지배적인 경우, 편파 순도가 높을 수 있고 이에 따라 CPR이 높을 수 있다. 따라서, 코-폴 성분이 지배적인 경우, 전자 장치 또는 안테나의 통신 성능이 높다는 것을 의미할 수 있다.
도 2b는 다양한 실시 예들에 따른 안테나 엘리먼트(antenna element)의 구조에 따른 CPR(cross polarization ratio)을 설명하는 그래프들을 포함한다. 여기서, CPR은 특정 방향에서 코-폴과 크로스-폴 사이의 수준(level) 차이를 의미할 수 있다. 그래프(240) 및 그래프(270)의 가로축은 xy평면 상에서 z축을 기준으로 하는 각도(또는 방위 평면(azimuth plane)에서의 각도)(단위: 도(degree), °)이고, 세로축은 이득(gain)(단위: 데시벨(decibel), dB)으로 참조될 수 있다. 크로스-폴 성분에 대한 이득은 크로스-폴 성분과 코-폴 성분의 최대 방사 강도(maximum radiation intensity) 사이의 차이에 대한 데시벨로 정의될 수 있다.
설명의 편의를 위하여, 이하의 본 개시에서는 패치 안테나인 안테나 엘리먼트를 예로써 설명한다. 그러나, 본 개시가 이에 제한되는 것은 아니며, 안테나 엘리먼트는 다양한 안테나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 안테나 엘리먼트는 스택 패치 안테나(stacked patch antenna)일 수 있다. 안테나 엘리먼트는 L-probe 급전 안테나일 수 있다.
도 2b를 참고하면, 일 실시 예에 따른 제1 안테나 엘리먼트(230)는 대칭(symmetry) 구조를 갖는 패치 안테나(patch antenna)일 수 있다. 예를 들어, 제1 안테나 엘리먼트(230)는 정사각형(square) 형상으로 가로 방향(예: y축 방향)의 가장자리(예: 제1 가장자리)의 길이와 세로 방향(예: x축 방향)의 가장자리(예: 제2 가장자리)의 길이 사이의 비율이 1:1 비율일 수 있다. 제2 안테나 엘리먼트(260)는 비대칭(asymmetry) 구조를 갖는 패치 안테나일 수 있다. 예를 들어, 제2 안테나 엘리먼트(260)는 직사각형(rectangle) 형상으로 가로 방향의 가장자리의 길이와 세로 방향의 가장 자리의 길이 사이의 비율이 1:n(n은 1이 아닌 값)일 수 있다. 여기서, 가장자리의 길이는 물리적 길이 또는 전기적 길이를 모두 포함할 수 있다.
제1 안테나 엘리먼트(230)의 오른쪽 하단의 일 지점에서 전류가 급전된 경우, 급전된 전류는 제1 가장자리를 따라 흐른 후 제2 가장자리를 통해 왼쪽 상단의 일 지점 방향으로 흐를 수 있다. 전류의 벡터(vector) 성분(235)은 45°로 형성될 수 있다. 제2 안테나 엘리먼트(260)의 오른쪽 하단의 일 지점에서 전류가 급전된 경우, 급전된 전류는 제1 가장자리를 따라 흐른 후 제2 가장자리를 통해 왼쪽 상단의 일 지점 방향으로 흐를 수 있다. 이에 따라, 전류의 벡터 성분(265)은 45°보다 낮게 형성될 수 있다. 도 2b의 제2 안테나 엘리먼트(260)의 경우, n이 1보다 작은 경우(예: 가로 길이가 세로 길이보다 더 긴 경우)를 예로 설명되는 바, 전류의 벡터 성분(265)이 45°보다 낮게 형성될 수 있다. 만약 n이 1보다 큰 경우 전류의 벡터 성분(265)은 45°보다 높게 형성될 수 있다. 상술한 바에 따르면, 대칭 구조를 갖는 제1 안테나 엘리먼트(230)와 비대칭 구조를 갖는 제2 안테나 엘리먼트(260)는 서로 다른 전기적 성질을 가질 수 있다. 제1 안테나 엘리먼트(230) 및 제2 안테나 엘리먼트(260)에 대하여 기준 방향(예: z축 방향)에 대한 각도에 따른 CPR은 각각 그래프(240) 및 그래프(270)와 같이 형성될 수 있다.
그래프(240)는 제1 안테나 엘리먼트(230)의 코-폴 성분의 이득을 기준 방향(예: 뚫고 나오는 방향인 +z 방향)에 대한 각도에 따라 나타내는 제1 라인(245) 및 제1 안테나 엘리먼트(230)의 크로스-폴 성분의 이득을 기준 방향에 대한 각도에 따라 나타내는 제2 라인(250)을 도시한다. 그래프(240)를 참고하면, 기준이 되는 방향(z축 방향)인 0°에서, 제1 라인(245)의 이득은 약 8.52dB일 수 있고, 제2 라인(250)의 이득은 약 -25.17dB일 수 있다. 0°에서의 CPR은 약 33.69dB일 수 있다. 그래프(270)는 제2 안테나 엘리먼트(260)의 코-폴 성분의 이득을 기준 방향(예: 뚫고 나오는 방향인 +z 방향)에 대한 각도에 따라 나타내는 제3 라인(275) 및 제2 안테나 엘리먼트(260)의 크로스-폴 성분의 이득을 기준 방향에 대한 각도에 따라 나타내는 제4 라인(280)을 도시한다. 그래프(270)를 참고하면, 기준이 되는 방향(z축 방향)인 0°에서, 제3 라인(275)의 이득은 약 6.76dB일 수 있고, 제4 라인(250)의 이득은 약 0.46dB일 수 있다. 0°에서의 CPR은 약 6.3dB일 수 있다.
상술한 바에 따르면, 안테나 엘리먼트의 구조가 대칭적인 구조인 경우, 전기적 벡터의 성분이 45°로 형성될 수 있고, 이에 따라 높은 CPR 값이 확보될 수 있다. 따라서, 편파 순도(polarization purity)가 높을 수 있다. 그러나, 안테나 엘리먼트의 구조가 비대칭적인 구조인 경우, 전기적 벡터의 성분은 45°와 다르게 형성될 수 있고, 이에 따라 안테나 엘리먼트는 낮은 CPR 값을 가질 수 있다. 편파 순도가 낮을 수 있다. 결과적으로, 안테나 엘리먼트가 비대칭적인 구조이면, 편파 순도 및 CPR이 낮을 수 있으므로, 안테나(예: 안테나 엘리먼트)의 처리량(throughput)이 감소될 수 있고, 이에 따라 안테나 및 이를 포함하는 전자 장치의 방사 성능이 열화될 수 있다.
도 3a는 다양한 실시 예들에 따른 안테나 엘리먼트(antenna element)의 구조 및 다수의 안테나 엘리먼트(antenna element)들을 포함하는 구조의 예를 설명하는 도면이다. 도 3a의 안테나 엘리먼트(300) 및 안테나 엘리먼트들(300-1, 300-2, 300-3, 300-4)은 도 2b의 제1 안테나 엘리먼트(230)와 동일하게 이해될 수 있다. 따라서, 도 3a에 도시되는 안테나 엘리먼트들 각각은 대칭적인 안테나 엘리먼트들로 이해될 수 있다.
설명의 편의를 위하여, 이하의 본 개시에서는 패치 안테나인 안테나 엘리먼트를 예로써 설명한다. 그러나, 본 개시가 이에 제한되는 것은 아니며, 안테나 엘리먼트는 다양한 안테나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 안테나 엘리먼트는 스택 패치 안테나(stacked patch antenna)일 수 있다. 안테나 엘리먼트는 L-probe 급전 안테나일 수 있다.
도 3a를 참고하면, 일 실시 예에 따른 안테나는 하나의 안테나 엘리먼트(300) 또는 복수의 안테나 엘리먼트들을 포함하는 서브 어레이(또는 어레이)(301)를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 전자 장치는 빔포밍에 있어서 세밀한 빔을 형성하거나 높은 주파수 대역의 신호를 이용함에 있어서 발생되는 이득의 손실을 최소화하거나 줄이기 위하여 다수의 안테나 엘리먼트들을 포함하는 안테나를 이용할 수 있다. 그러나, 다수의 안테나 엘리먼트들 사이을 포함하는 안테나는 안테나 엘리먼트들 사이의 특정 간격이 요구될 수 있다. 여기서, 특정 간격은 안테나가 방사하는 신호의 파장을 λ라 할 때, 예를 들어 약 λ/2일 수 있다. 특정 간격은 안테나 엘리먼트들 사이의 간격에 대한 임계 값(threshold value)일 수 있다. 특정 간격은 일 안테나 엘리먼트의 중심으로부터 인접한 다른 안테나 엘리먼트의 중심으로 까지의 거리를 의미할 수 있고, 인접한 다른 안테나 엘리먼트는 x 축 또는 y축 방향에 위치한 인접한 안테나 엘리먼트를 의미할 수 있다. 예를 들어, 안테나 엘리먼트(300-1)와 안테나 엘리먼트(300-2)는 인접한 안테나 엘리먼트일 수 있다. 그러나, 안테나 엘리먼트(300-1)와 안테나 엘리먼트(300-3)는 인접한 안테나 엘리먼트가 아닐 수 있다.
상술한 바에 따르면, 복수의 안테나 엘리먼트들이 실장되는 전자 장치의 경우, 단일 안테나 엘리먼트를 포함하는 전자 장치에 비해 더 높은 방사 성능을 가질 수 있다. 그러나, 복수의 안테나 엘리먼트들 각각이 특정 간격보다 좁게 배치되는 경우에는, 전자 장치의 방사 성능이 열화될 수 있다. 이하 도 3b에서 단일 안테나 엘리먼트를 포함하는 경우와 복수의 안테나 엘리먼트를 포함하는 경우가 자세히 서술된다.
도 3b는 다양한 실시 예들에 따른 안테나 엘리먼트의 배열(array)에 따른 예시적 CPR(cross polarization ratio)을 설명하는 그래프들을 포함한다.
CPR은 특정 방향에서 코-폴과 크로스-폴 사이의 수준(level) 차이를 의미할 수 있다. 그래프(330) 및 그래프(350)의 가로축은 xy평면 상에서 z축을 기준으로 하는 각도(또는 방위 평면(azimuth plane)에서의 각도)(단위: 도(degree), °)이고, 세로축은 이득(gain)(단위: 데시벨(decibel), dB)을 의미한다. 크로스-폴 성분에 대한 이득은 크로스-폴 성분과 코-폴 성분의 최대 방사 강도(maximum radiation intensity) 사이의 차이에 대한 데시벨로 정의될 수 있다.
도 3b의 안테나 엘리먼트(300)는 도 3a의 안테나 엘리먼트(300)와 동일하게 이해될 수 있고, 도 3b의 서브 어레이(301)는 도 3a의 서브 어레이(301)와 동일하게 이해될 수 있다. 안테나 엘리먼트(300) 및 서브 어레이(301)의 안테나 엘리먼트들(300-1, 300-2, 300-3, 300-4) 각각은 대칭 구조를 갖는 패치 안테나일 수 있다. 예를 들어, 안테나 엘리먼트(300) 및 안테나 엘리먼트들(300-1, 300-2, 300-3, 300-4) 각각은 정사각형(square) 형상으로 가로 방향(예: y축 방향)의 가장자리(예: 제1 가장자리)의 길이와 세로 방향(예: x축 방향)의 가장자리(예: 제2 가장자리)의 길이 사이의 비율이 1:1 비율일 수 있다. 여기서, 가장자리의 길이는 물리적 길이 또는 전기적 길이를 모두 포함할 수 있다.
안테나 엘리먼트(300)의 오른쪽 하단의 일 지점에서 전류가 급전된 경우, 급전된 전류는 제1 가장자리를 따라 흐른 후 제2 가장자리를 통해 왼쪽 상단의 일 지점 방향으로 흐를 수 있다. 이에 따라, 전류의 벡터(vector) 성분은 45°로 형성될 수 있다. 서브 어레이(301)의 안테나 엘리먼트(300-1, 300-2, 300-3, 300-4) 각각의 오른쪽 하단의 일 지점에서 전류가 급전된 경우, 급전된 전류는 제1 가장자리를 따라 흐른 후 제2 가장자리를 통해 왼쪽 상단의 일 지점 방향으로 흐를 수 있다. 이에 따라, 안테나 엘리먼트(300-1, 300-2, 300-3, 300-4) 각각의 전류의 벡터 성분은 45°보다 낮거나 높게 형성될 수 있다. 상술한 바에 따르면, 서브 어레이(301)는, 대칭 구조를 갖는 안테나 엘리먼트라 하더라도 안테나 엘리먼트들(300-1, 300-2, 300-3, 300-4) 사이의 간격이 특정 간격(예: λ/2)보다 좁게 배치되는 경우, 하나의 안테나 엘리먼트(300)만 배치된 경우와 다른 전기적 성질을 가질 수 있다. 안테나 엘리먼트(300)와 동일한 안테나 엘리먼트들을 다수 배치하는 서브 어레이(301)는 영역(305)에서 작용되는 상호 커플링(mutual coupling)에 의해, 하나의 안테나 엘리먼트(300)만 배치되는 경우와 다른 전기적 성질을 가질 수 있다.
안테나 엘리먼트(300) 및 서브 어레이(301)에 대하여 기준 방향(예: z축 방향)에 대한 각도에 따른 CPR은 각각 그래프(330) 및 그래프(350)에서 도시된다.
일 실시 예에 따른 그래프(330)는 안테나 엘리먼트(300)의 코-폴 성분의 이득을 기준 방향(예: 뚫고 나오는 방향인 +z 방향)에 대한 각도에 따라 나타내는 제1 라인(335) 및 안테나 엘리먼트(300)의 크로스-폴 성분의 이득을 기준 방향에 대한 각도에 따라 나타내는 제2 라인(340)을 도시한다.
일 실시 예에 따른 그래프(330)를 참고하면, 기준이 되는 방향(z축 방향)인 0°에서, 제1 라인(335)의 이득은 약 8.52dB일 수 있고, 제2 라인(340)의 이득은 약 -25.17dB일 수 있다. 0°에서의 CPR은 약 33.69dB일 수 있다.
일 실시 예에 따른 그래프(350)는 서브 어레이(301)의 코-폴 성분의 이득을 기준 방향(예: 뚫고 나오는 방향인 +z 방향)에 대한 각도에 따라 나타내는 제3 라인(355) 및 서브 어레이(301)의 크로스-폴 성분의 이득을 기준 방향에 대한 각도에 따라 나타내는 제4 라인(360)을 도시한다.
그래프(350)를 참고하면, 기준이 되는 방향(z축 방향)인 0°에서, 제3 라인(355)의 이득은 약 12.09dB일 수 있고, 제4 라인(360)의 이득은 약 -0.56dB일 수 있다. 0°에서의 CPR은 약 12.65dB일 수 있다. 서브 어레이(301)의 경우, 안테나 엘리먼트들(300-1, 300-2, 300-3, 300-4) 사이의 간격이 특정 간격보다 좁게 형성되어 안테나 엘리먼트들(300-1, 300-2, 300-3, 300-4) 사이의 상호 커플링(mutual coupling)이 형성됨에 따라 CPR이 안테나 엘리먼트(300)에 비해 낮게 형성될 수 있다. 예를 들어, 안테나 엘리먼트(300-1)와 안테나 엘리먼트(300-2) 사이, 안테나 엘리먼트(300-2)와 안테나 엘리먼트(300-3) 사이, 안테나 엘리먼트(300-3)와 안테나 엘리먼트(300-4) 사이의 영역(305)에서 상호 커플링이 작용될 수 있고, 상호 커플링이 작용하는 영역(305)에 의해 서브 어레이(301)의 CPR이 낮게 형성될 수 있다. 다시 말해서, 안테나 엘리먼트들(300-1, 300-2, 300-3, 300-4) 사이의 간격이 좁아짐에 따라 발생된 상호 작용(상호 커플링)에 의해 서브 어레이(301)의 방사 성능이 열화될 수 있다.
상술한 바에 따르면, 안테나 엘리먼트의 구조가 대칭적인 구조라 하더라도, 복수의 안테나 엘리먼트들의 배열(array)에 따라 낮은 전기적 벡터의 성분은 45°와 다르게 형성될 수 있고, 이에 따라 서브 어레이는 낮은 CPR 값을 가질 수 있다. 즉, 편파 순도가 낮을 수 있다. 결과적으로, 복수의 안테나 엘리먼트들을 포함하더라도 안테나 엘리먼트들 사이의 간격이 특정 간격보다 좁으면, 편파 순도 및 CPR이 낮을 수 있으므로, 안테나(예: 서브 어레이 또는 어레이 안테나)의 처리량(throughput)이 감소될 수 있고, 이에 따라 안테나 및 이를 포함하는 전자 장치의 방사 성능이 열화될 수 있다.
도 2b 내지 도 3b를 참고하면, 안테나 엘리먼트 각각의 구조가 비대칭적인 구조를 갖거나, 대칭적 구조를 갖는 안테나 엘리먼트라도 복수의 안테나 엘리먼트들이 특정 간격보다 좁은 간격으로 배열(array)되는 경우, 안테나의 방사 성능은 열화될 수 있다. 기존에는, 슬롯들을 패치 안테나의 면(surface) 상에 삽입된 안테나 엘리먼트를 이용하거나, 추가적인 반사체(reflector)를 안테나 엘리먼트 주위에 삽입하여 안테나 또는 전자 장치의 방사 성능을 개선하였다. 그러나, 슬롯 패치 안테나를 이용하거나 반사체를 이용하는 구조는 추가적인 공정이 요구되거나 그 공정이 간단하지 않아 공차가 발생될 수 있고, 생산 비용의 증가가 발생될 수 있다. 따라서, 보다 간단한 공정으로 생산이 가능하며 생산 비용을 최소화하거나 줄이면서 방사 성능을 개선할 수 있는 구조가 요구된다. 이하, 본 개시에서는 비대칭(asymmetry)적인 구조로 형성되는 안테나 엘리먼트들을 특정 간격보다 좁은 간격으로 배치함으로써, 안테나의 방사 성능을 개선할 수 있는 구조(이하, 비대칭 안테나 엘리먼트들을 포함하는 구조)가 제안된다.
도 4a는 다양한 실시 예들에 따른 비대칭 안테나 엘리먼트(asymmetry antenna element)를 설명하는 도면이다.
도 4a의 안테나 엘리먼트(300)는 도 2b의 제1 안테나 엘리먼트(230), 도 3a의 안테나 엘리먼트(300), 및 도 3b의 안테나 엘리먼트(300)와 동일하게 이해될 수 있다. 도 4a의 안테나 엘리먼트는 도 2b의 제2 안테나 엘리먼트(260)와 동일하게 이해될 수 있다.
설명의 편의를 위하여, 이하의 본 개시에서는 패치 안테나인 안테나 엘리먼트를 예로써 설명한다. 그러나, 본 개시가 이에 제한되는 것은 아니며, 안테나 엘리먼트는 다양한 안테나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 안테나 엘리먼트는 스택 패치 안테나(stacked patch antenna)일 수 있다. 또는, 안테나 엘리먼트는 L-probe 급전 안테나일 수 있다.
도 4a를 참고하면, 일 실시 예에 따른 안테나 엘리먼트(300)는 대칭(symmetry) 구조를 갖는 패치 안테나(patch antenna)일 수 있다. 예를 들어, 안테나 엘리먼트(300)는 정사각형(square) 형상으로 가로 방향(예: y축 방향)의 가장자리(예: 제1 가장자리)의 길이와 세로 방향(예: x축 방향)의 가장자리(예: 제2 가장자리)의 길이 사이의 비율이 1:1 비율일 수 있다. 안테나 엘리먼트(400)는 비대칭(asymmetry) 구조를 갖는 패치 안테나일 수 있다. 예를 들어, 안테나 엘리먼트(400)는 직사각형(rectangle) 형상으로 가로 방향의 가장자리의 길이와 세로 방향의 가장 자리의 길이 사이의 비율이 a:b(a는 b와 다른 값)일 수 있다. 여기서, 가장자리의 길이는 물리적 길이 또는 전기적 길이를 모두 포함할 수 있다.
도 4b는 다양한 실시 예들에 따른 비대칭 안테나 엘리먼트(asymmetry antenna element)에 대한 CPR(cross polarization ratio)의 예시들을 설명하는 그래프들을 포함한다.
CPR은 특정 방향에서 코-폴과 크로스-폴 사이의 수준(level) 차이를 의미할 수 있다. 그래프(430) 및 그래프(450)의 가로축은 xy평면 상에서 z축을 기준으로 하는 각도(또는 방위 평면(azimuth plane)에서의 각도)(단위: 도(degree), °)이고, 세로축은 이득(gain)(단위: 데시벨(decibel), dB)을 의미한다. 크로스-폴 성분에 대한 이득은 크로스-폴 성분과 코-폴 성분의 최대 방사 강도(maximum radiation intensity) 사이의 차이에 대한 데시벨로 정의될 수 있다.
도 4b의 안테나 엘리먼트(300)는 도 4a의 안테나 엘리먼트(300), 도 3a의 안테나 엘리먼트(300), 및 도 3b의 안테나 엘리먼트(300)와 동일하게 이해될 수 있다. 도 4b의 안테나 엘리먼트(400)는 도 4a의 안테나 엘리먼트(400)와 동일하게 이해될 수 있다. 안테나 엘리먼트(300)는 대칭 구조를 갖는 패치 안테나일 수 있다. 예를 들어, 안테나 엘리먼트(300)는 정사각형(square) 형상으로 가로 방향(예: y축 방향)의 가장자리(예: 제1 가장자리)의 길이와 세로 방향(예: x축 방향)의 가장자리(예: 제2 가장자리)의 길이 사이의 비율이 1:1 비율일 수 있다. 여기서, 가장자리의 길이는 물리적 길이 또는 전기적 길이를 모두 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 안테나 엘리먼트(400)는 비대칭 구조를 갖는 패치 안테나일 수 있다. 예를 들어, 안테나 엘리먼트(400)는 직사각형(rectangle) 형상으로 가로 방향의 가장자리(예: 제1 가장자리)의 길이와 세로 방향의 가장 자리(예: 제2 가장자리)의 길이 사이의 비율이 a:b(a는 b와 다른 값)일 수 있다. 여기서, 가장자리의 길이는 물리적 길이 또는 전기적 길이를 모두 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 안테나 엘리먼트(400)의 제1 가장자리와 제2 가장자리 사이의 비율은 CPR 값에 기반하여 결정될 수 있다. 예를 들면, b/a의 값은 0.8 보다 크거나 같은 값 내지 1.2보다 작거나 같은 값(
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)일 수 있다.
안테나 엘리먼트(300) 및 안테나 엘리먼트(400)에 대하여 기준 방향(예: z축 방향)에 대한 각도에 따른 CPR은 각각 그래프(430) 및 그래프(450)에서 도시된다.
일 실시 예에 따르면, 그래프(430)는 안테나 엘리먼트(300)의 코-폴 성분의 이득을 기준 방향(예: 뚫고 나오는 방향인 +z 방향)에 대한 각도에 따라 나타내는 제1 라인(435) 및 안테나 엘리먼트(300)의 크로스-폴 성분의 이득을 기준 방향에 대한 각도에 따라 나타내는 제2 라인(440)을 도시한다. 그래프(430)를 참고하면, 기준이 되는 방향(z축 방향)인 0°에서, 제1 라인(435)의 이득은 약 8.52dB일 수 있고, 제2 라인(440)의 이득은 약 -25.17dB일 수 있다. 0°에서의 CPR은 약 33.69dB일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 그래프(450)는 안테나 엘리먼트(400)의 코-폴 성분의 이득을 기준 방향(예: 뚫고 나오는 방향인 +z 방향)에 대한 각도에 따라 나타내는 제3 라인(455) 및 안테나 엘리먼트(400)의 크로스-폴 성분의 이득을 기준 방향에 대한 각도에 따라 나타내는 제4 라인(460)을 도시한다. 그래프(450)를 참고하면, 기준이 되는 방향(z축 방향)인 0°에서, 제3 라인(455)의 이득은 약 8.28dB일 수 있고, 제4 라인(460)의 이득은 약 -4.87dB일 수 있다. 0°에서의 CPR은 약 13.15dB일 수 있다.
상술한 바에 따르면, 안테나 엘리먼트의 구조가 대칭적인 구조인 경우 비대칭적인 구조에 비하여, 높은 CPR 값가 확보될 수 있다. 다시 말해서, 대칭적인 안테나 엘리먼트는 비대칭적 안테나 엘리먼트에 비하여 편파 순도(polarization purity)가 높을 수 있다. 안테나 엘리먼트가 비대칭적인 구조이면, 편파 순도 및 CPR이 낮을 수 있으므로, 안테나(예: 안테나 엘리먼트)의 처리량(throughput)이 감소될 수 있다. 이에 따라, 안테나 및 이를 포함하는 전자 장치의 방사 성능이 열화될 수 있다. 그러나, 도 4b의 안테나 엘리먼트(300)와 안테나 엘리먼트(400)가 각각 다수 배열되는 서브 어레이의 경우, 방사 성능이 오히려 개선될 수 있다. 이하, 도 5는 안테나 엘리먼트들이 배열되는 서브 어레이의 경우에 대한 CPR에 대하여 설명된다.
도 5는 다양한 실시 예들에 따른 다수의 비대칭 안테나 엘리먼트(asymmetry antenna element)들을 포함하는 구조에 대한 CPR(cross polarization ratio)의 예들을 설명하는 그래프들을 포함한다.
CPR은 특정 방향에서 코-폴과 크로스-폴 사이의 수준(level) 차이를 의미할 수 있다. 그래프(350) 및 그래프(550)의 가로축은 xy평면 상에서 z축을 기준으로 하는 각도(또는 방위 평면(azimuth plane)에서의 각도)(단위: 도(degree), °)이고, 세로축은 이득(gain)(단위: 데시벨(decibel), dB)을 의미한다. 크로스-폴 성분에 대한 이득은 크로스-폴 성분과 코-폴 성분의 최대 방사 강도(maximum radiation intensity) 사이의 차이에 대한 데시벨로 정의될 수 있다.
도 5의 서브 어레이(301)는 도 3b의 서브 어레이(301)와 동일하게 이해될 수 있다. 예를 들어, 서브 어레이(301)는 대칭 구조를 갖는 패치 안테나인 안테나 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 도 5의 서브 어레이(501)는 도 4의 안테나 엘리먼트(400)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 서브 어레이(501)는 비대칭 구조를 갖는 패치 안테나인 안테나 엘리먼트들을 포함할 수 있다.
그래프(350)는 서브 어레이(301)의 코-폴 성분의 이득을 기준 방향(예: 뚫고 나오는 방향인 +z 방향)에 대한 각도에 따라 나타내는 제1 라인(355) 및 서브 어레이(301)의 크로스-폴 성분의 이득을 기준 방향에 대한 각도에 따라 나타내는 제2 라인(360)을 도시한다. 그래프(350)를 참고하면, 기준이 되는 방향(z축 방향)인 0°에서, 제1 라인(355)의 이득은 약 12.09dB일 수 있고, 제2 라인(360)의 이득은 약 -0.56dB일 수 있다. 0°에서의 CPR은 약 12.65dB일 수 있다. 그래프(550)는 서브 어레이(501)의 코-폴 성분의 이득을 기준 방향(예: 뚫고 나오는 방향인 +z 방향)에 대한 각도에 따라 나타내는 제3 라인(555) 및 서브 어레이(501)의 크로스-폴 성분의 이득을 기준 방향에 대한 각도에 따라 나타내는 제4 라인(560)을 도시한다. 그래프(550)를 참고하면, 기준이 되는 방향(예: z축 방향)인 0°에서, 제3 라인(555)의 이득은 약 12.33dB일 수 있고, 제4 라인(560)의 이득은 약 -14.61dB일 수 있다. 0°에서의 CPR은 약 26.94dB일 수 있다.
서브 어레이(301)의 경우, 안테나 엘리먼트들 사이의 간격이 특정 간격(예: λ/2, 여기서 λ는 서브 어레이(301)에 의해 송수신되는 신호의 파장)보다 좁게 형성되도록 안테나 엘리먼트들이 배치될 수 있다. 서브 어레이(301)는 안테나 엘리먼트들 사이의 상호 커플링(mutual coupling)이 형성되는 영역(305)에 따라 CPR이 낮게 형성될 수 있다. 다시 말해서, 서브 어레이(301)는 안테나 엘리먼트들 사이의 간격이 좁아짐에 따라 발생된 상호 작용(상호 커플링)에 의해 방사 성능이 열화될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 서브 어레이(501)는 안테나 엘리먼트들 사이의 간격이 특정 간격(예: λ/2, 여기서 λ는 서브 어레이(501)에 의해 송수신되는 신호의 파장)보다 좁게 형성되도록 안테나 엘리먼트들이 배치될 수 있다. 서브 어레이(501)의 영역(505)에서 작용되는 안테나 엘리먼트들 사이의 상호 커플링(mutual coupling)은 영역(305)에 비하여 낮을 수 있다. 서브 어레이(501)의 안테나 엘리먼트들 각각이 비대칭적 구조를 갖는 패치 안테나로 구성됨에 따라, 안테나 엘리먼트 각각의 전류의 벡터 성분이 45°가 아니지만 서브 어레이(501)의 전류의 벡터 성분의 합이 45°일 수 있다. 이에 따라, 서브 어레이(501)는 상호 커플링이 작용하는 영역(505)이 서브 어레이(301)의 영역(305)에 비하여 높은 방사 성능을 가질 수 있다. 따라서, 서브 어레이(501)는 서브 어레이(301)에 비교하여 높은 CPR 값을 가질 수 있고, 이에 따라 편파 순도도 높을 수 있다.
상술한 바에 따르면, 안테나 엘리먼트의 구조가 대칭적 구조인 서브 어레이(301)는, 복수의 안테나 엘리먼트들의 배열(array)에 따라 낮은 전기적 벡터의 성분은 45°와 다르게 형성될 수 있고, 이에 따라 서브 어레이는 낮은 CPR 값을 가질 수 있다. 그러나, 안테나 엘리먼트의 구조가 비대칭적 구조인 서브 어레이(501)는, 복수의 안테나 엘리먼트들이 특정 간격보다 좁게 배치되는 경우, 서브 어레이(501)의 CPR 값은 개선될 수 있다. 따라서, 서브 어레이(301)의 편파 순도에 비해 서브 어레이(501)는 편파 순도가 높을 수 있다. 여기서, 특정 간격은 서브 어레이(501)에서 송수신되는 신호의 파장(λ)의 절반일 수 있다. 결과적으로, 복수의 안테나 엘리먼트들을 포함하는 서브 어레이의 경우 안테나 엘리먼트들 사이의 간격이 특정 간격보다 좁더라도 비대칭적 구조의 안테나 엘리먼트들에 의해, CPR 값이 높아질 수 있다. 다시 말해서, 서브 어레이의 처리량(throughput)이 증가할 수 있는 바, 서브 어레이의 방사 성능이 개선될 수 있다. 설명의 편의를 위하여 한정하지 않는(non-liming) 예시의 방식에 의해 서브 어레이가 설명되었으나, 상술된 내용은 서브 어레이를 다수 포함하는 어레이 안테나, 안테나, 또는 이러한 구조의 안테나를 포함하는 전자 장치에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 6은 다양한 실시 예들에 따른 비대칭 안테나 엘리먼트(asymmetry antenna element)의 비대칭 정도에 따른 예시적 CPR(cross polarization ratio)을 설명하는 그래프이다.
CPR은 특정 방향에서 코-폴과 크로스-폴 사이의 수준(level) 차이를 의미할 수 있다. 그래프(600)의 가로축은 xy평면 상에서 z축을 기준으로 하는 각도(또는 방위 평면(azimuth plane)에서의 각도)(단위: 도(degree), °)이고, 세로축은 이득(gain)(단위: 데시벨(decibel), dB)을 의미한다. 크로스-폴 성분에 대한 이득은 크로스-폴 성분과 코-폴 성분의 최대 방사 강도(maximum radiation intensity) 사이의 차이에 대한 데시벨로 정의될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 그래프(600)는 비대칭 안테나 엘리먼트들을 포함하는 전자 장치에 대한 비대칭 정도에 따른 CPR을 도시한다. 안테나 엘리먼트는 비대칭 구조를 갖는 패치 안테나일 수 있다. 예를 들어, 안테나 엘리먼트는 직사각형(rectangle) 형상으로 가로 방향의 가장자리(예: 제1 가장자리)의 길이와 세로 방향의 가장 자리(예: 제2 가장자리)의 길이 사이의 비율이 a:b(a는 b와 다른 값)일 수 있다. 가장자리의 길이는 물리적 길이 또는 전기적 길이를 모두 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 라인(610) 및 제5 라인(615)은 b/a가 1.04일 수 있다. 또한, 제2 라인(620) 및 제6 라인(625)은 b/a가 1.08일 수 있다. 또한, 제3 라인(630) 및 제7 라인(635)은 b/a가 1.12일 수 있다. 또한, 제4 라인(640) 및 제8 라인(645)은 b/a가 1.16일 수 있다. 여기서, b/a는 비대칭 비율로 참조될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 그래프(600)는 비대칭 비율이 1.04인 안테나 엘리먼트들을 포함하는 전자 장치의 코-폴 성분의 이득을 기준 방향(예: 뚫고 나오는 방향인 +z 방향)에 대한 각도에 따라 나타내는 제1 라인(610) 및 크로스-폴 성분의 이득을 기준 방향에 대한 각도에 따라 나타내는 제5 라인(615)을 도시한다. 그래프(600)는 비대칭 비율이 1.08인 안테나 엘리먼트들을 포함하는 전자 장치의 코-폴 성분의 이득을 기준 방향에 대한 각도에 따라 나타내는 제2 라인(620) 및 크로스-폴 성분의 이득을 기준 방향에 대한 각도에 따라 나타내는 제6 라인(625)을 도시한다. 그래프(600)는 비대칭 비율이 1.12인 안테나 엘리먼트들을 포함하는 전자 장치의 코-폴 성분의 이득을 기준 방향에 대한 각도에 따라 나타내는 제3 라인(630) 및 크로스-폴 성분의 이득을 기준 방향에 대한 각도에 따라 나타내는 제7 라인(635)을 도시한다. 그래프(600)는 비대칭 비율이 1.16인 안테나 엘리먼트들을 포함하는 전자 장치의 코-폴 성분의 이득을 기준 방향에 대한 각도에 따라 나타내는 제4 라인(640) 및 크로스-폴 성분의 이득을 기준 방향에 대한 각도에 따라 나타내는 제8 라인(645)을 도시한다.
일 실시 예에 따른 그래프(600)를 참고하면, 기준이 되는 방향(z축 방향)인 0°에서, 제1 라인(610)의 이득은 약 12.51dB일 수 있고, 제2 라인(620)의 이득은 약 12.51dB일 수 있고, 제3 라인(630)의 이득은 약 12.33dB일 수 있고, 제4 라인(640)의 이득은 약 12.33dB일 수 있다. 다시 말해서, 비대칭 비율이 달라지더라도 코-폴 성분의 이득은 유사한 값을 가질 수 있다. 기준이 되는 방향(z축 방향)인 0°에서, 제5 라인(615)의 이득은 약 -2.92dB일 수 있고, 제6 라인(625)의 이득은 약 -5.35dB일 수 있고, 제7 라인(635)의 이득은 약 -9.27dB일 수 있고, 제8 라인(645)의 이득은 약 -14.61dB일 수 있다. 다시 말해서, 비대칭 비율이 달라짐에 따라 크로스-폴 성분의 이득은 달라질 수 있다.
일 실시 예에 따라, 안테나 엘리먼트의 비대칭 비율이 달라짐에 따라 전자 장치의 CPR 값은 달라질 수 있다. 예를 들어, 비대칭 비율이 1.04인 경우, 제1 라인(610)과 제5 라인(615)에 따라 CPR 값은 약 15.43dB일 수 있다. 또한, 비대칭 비율이 1.08인 경우, 제2 라인(620)과 제6 라인(625)에 따라 CPR 값은 약 17.86dB일 수 있다. 또한, 비대칭 비율이 1.12인 경우, 제3 라인(630)과 제7 라인(635)에 따라 CPR 값은 약 21.6dB일 수 있다. 또한, 비대칭 비율이 1.16인 경우, 제4 라인(640)과 제8 라인(645)에 따라 CPR 값은 약 26.94dB일 수 있다. 상술한 바를 참고하면, 비대칭 비율이 1.2 값에 가까워짐에 따라, CPR값이 높아질 수 있다.
도 6의 그래프(600)는, 비대칭 비율이 1.04, 1.08, 1.12, 1.16과 같이 가로 방향의 가장자리의 길이가 세로 방향의 가장자리의 길이보다 긴 직사각형 구조의 패치 안테나인 안테나 엘리먼트들을 예시하나, 본 개시가 이에 제한되는 것은 아니다. 비대칭 비율이 0.96, 0.92, 0.88, 0.84와 같이 세로 방향의 가장자리의 길이가 가로 방향의 가장자리의 길이보다 긴 직사각형 구조의 패치 안테나인 안테나 엘리먼트들의 경우에도 동일하게 이해될 수 있다. 즉, 비대칭 비율이 1인 경우와 대비하여, 비대칭 비율이 0.8 또는 1.2 값에 가까워질수록 CPR 값이 높아질 수 있다.
상술한 바에 따르면, 본 개시의 실시예들에 따른 비대칭(asymmetry) 안테나 엘리먼트들을 포함하는 구조는 비대칭 안테나 엘리먼트들을 특정 간격보다 좁은 간격으로 배치함으로써, 안테나 및 이를 포함하는 전자 장치의 방사 성능을 개선할 수 있다. 또한, 안테나 엘리먼트들이 보다 좁은 간격으로 배치되는 바, 전자 장치에 더 많은 수의 안테나 엘리먼트들이 실장될 수 있다. 또한, 본 개시의 실시 예들에 따른 비대칭 안테나 엘리먼트들을 포함하는 구조는 공정이 단순하여 생산 비용을 절감함과 동시에 방사 성능을 개선할 수 있다.
도 7a는 다양한 실시 예들에 따른 비대칭 안테나 엘리먼트(asymmetry antenna element)의 다른 예를 설명하는 도면이다.
설명의 편의를 위하여, 이하의 본 개시에서는 패치 안테나인 안테나 엘리먼트를 예로써 설명한다. 그러나, 본 개시가 이에 제한되는 것은 아니며, 안테나 엘리먼트는 다양한 안테나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 안테나 엘리먼트는 스택 패치 안테나(stacked patch antenna)일 수 있다. 또는, 안테나 엘리먼트는 L-probe 급전 안테나일 수 있다.
도 7a의 서브 어레이(701)는 도 3b의 서브 어레이(301)와 동일하게 이해될 수 있다. 예를 들어, 서브 어레이(701)는 대칭 구조(예: 정사각형(square))의 패치 안테나인 안테나 엘리먼트(700)들을 포함할 수 있다. 서브 어레이(701)에 포함되는 안테나 엘리먼트(700)들의 간격은 특정 간격보다 좁게 배치될 수 있다. 여기서, 특정 간격은 서브 어레이(701)가 방사하는 신호의 파장(λ)의 절반일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 서브 어레이(751)는 비대칭 구조인 안테나 엘리먼트(750)들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 서브 어레이(751)의 안테나 엘리먼트(750)들의 형상은 정사각형(square)의 구조이지만, 정사각형의 가로 방향의 가장자리(예: 제1 가장자리)를 따라서 적어도 하나의 개구부(opening unit)를 포함할 수 있다.
도 7a의 서브 어레이(751)는 하나의 제1 가장자리에 제1 가장자리 방향을 따라서 4개의 개구부들을 포함하는 구조를 도시하나, 본 개시가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 서브 어레이(751)에 포함되는 안테나 엘리먼트(750)는 하나의 제1 가장자리에 1개의 개구부, 2개의 개구부들, 3개의 개구부들, 또는 5개의 개구부들을 포함할 수 있다. 안테나 엘리먼트(750)가 포함하는 개구부의 수는 서브 어레이(751)의 CPR값에 기반하여 결정될 수 있다. 다시 말해서, 목표하는 임계 값을 만족하는 CPR 값을 고려하여, 개구부의 개수가 결정될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 목표하는 임계 값을 만족하는 CPR 값을 고려하여, 각 안테나 엘리먼트(750)의 개구부의 크기가 결정될 수 있다. 예를 들어, CPR 값에 기반하여 개구부의 제1 가장자리 방향으로의 폭이 결정될 수 있다. 또한, CPR 값에 기반하여 개구부의 제2 가장자리 방향으로의 폭이 결정될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 목표하는 임계 값을 만족하는 CPR 값을 고려하여, 각 안테나 엘리먼트(750)의 개구부들 사이의 간격이 결정될 수 있다. 예를 들어, CPR 값에 기반하여 개구부들 사이의 간격이 좁게 형성될 수 있다. 또한, CPR 값에 기반하여 개구부들 사이의 간격이 넓게 형성될 수 있다.
상술한 바에 따르면, 본 개시의 실시 예들에 따른 서브 어레이(751)에 포함되는 안테나 엘리먼트(750)들의 개구부에 대하여 형상, 크기, 간격, 개수가 개별적으로 결정될 수 있음을 개시하나, 본 개시가 이에 제한되는 것은 아니다. 다시 말해서, 본 개시는 개구부의 형상 및 크기를 달리하여 목표하는 CPR 값을 갖도록 개구부가 결정될 수 있고, 안테나 엘리먼트들 각각은 결정된 개구부를 포함할 수 있다. 또한, 본 개시는 개구부의 형상 및 간격을 달리하여 목표하는 CPR 값을 갖도록 개구부가 결정될 수 있고, 안테나 엘리먼트들 각각은 결정된 개구부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 서브 어레이(751)에 포함되는 안테나 엘리먼트(750)들의 간격은 특정 간격보다 좁게 배치될 수 있다. 여기서, 특정 간격은 서브 어레이(751)가 방사하는 신호의 파장(λ)의 절반일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 서브 어레이(751)의 안테나 엘리먼트(750)가 포함하는 개구부는 다양한 형상으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 개구부는 사각형의 형상으로 구성될 수 있다. 사각형은 정사각형, 직사각형 등을 포함할 수 있다. 또한, 개구부는 삼각형의 형상으로 구성될 수 있다. 또한, 개구부는 원 형상으로 구성될 수 있다.
도 7a에서는, 서브 어레이(751)의 안테나 엘리먼트의 가로 방향에 해당하는 제1 가장자리에 개구부가 포함된 것으로 도시하나, 본 개시가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 서브 어레이(751)의 안테나 엘리먼트의 세로 방향에 해당하는 제2 가장자리에 개구부를 포함할 수 있다. 또한, 서브 어레이(751)의 안테나 엘리먼트의 가로 방향에 해당하는 제1 가장자리 및 세로 방향에 해당하는 제2 가장자리 모두 개구부를 포함할 수 있다.
도 7b는 다양한 실시 예들에 따른 다수의 비대칭 안테나 엘리먼트(asymmetry antenna element)들을 포함하는 구조에 대한 CPR(cross polarization ratio)의 예들을 설명하는 그래프들을 포함한다.
CPR은 특정 방향에서 코-폴과 크로스-폴 사이의 수준(level) 차이를 의미할 수 있다. 그래프(730) 및 그래프(760)의 가로축은 xy평면 상에서 z축을 기준으로 하는 각도(또는 방위 평면(azimuth plane)에서의 각도)(단위: 도(degree), °)이고, 세로축은 이득(gain)(단위: 데시벨(decibel), dB)을 의미한다. 크로스-폴 성분에 대한 이득은 크로스-폴 성분과 코-폴 성분의 최대 방사 강도(maximum radiation intensity) 사이의 차이에 대한 데시벨로 정의될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 그래프(730)는 대칭 안테나 엘리먼트들을 포함하는 서브 어레이(701)에 대한 CPR을 도시한다. 여기서, 대칭적인 안테나 엘리먼트는 정사각형 형상을 갖는 패치 안테나일 수 있다. 예를 들어, 안테나 엘리먼트는 정사각형 형상으로 가로 방향의 가장자리(예: 제1 가장자리)의 길이와 세로 방향의 가장 자리(예: 제2 가장자리)의 길이 사이의 비율이 1:1(a는 b와 다른 값)일 수 있다. 여기서, 가장자리의 길이는 물리적 길이 또는 전기적 길이를 모두 포함할 수 있다. 그래프(760)는 비대칭 안테나 엘리먼트들을 포함하는 서브 어레이(751)에 대한 CPR을 도시한다. 여기서, 비대칭 안테나 엘리먼트는 정사각형의 형상이나 개구부를 포함하는 패치 안테나를 의미할 있다.
일 실시 예에 따르면, 그래프(730)는 서브 어레이(701)의 코-폴 성분의 이득을 기준 방향(예: 뚫고 나오는 방향인 +z 방향)에 대한 각도에 따라 나타내는 제1 라인(735) 및 크로스-폴 성분의 이득을 기준 방향에 대한 각도에 따라 나타내는 제2 라인(740)을 도시한다. 그래프(730)를 참고하면, 기준이 되는 방향(z축 방향)인 0°에서, 제1 라인(735)의 이득은 약 12.09dB일 수 있고, 제2 라인(740)의 이득은 약 -0.56dB일 수 있다. 0°에서의 CPR은 약 12.65dB일 수 있다. 그래프(760)는 서브 어레이(751)의 코-폴 성분의 이득을 기준 방향(예: 뚫고 나오는 방향인 +z 방향)에 대한 각도에 따라 나타내는 제3 라인(765) 및 크로스-폴 성분의 이득을 기준 방향에 대한 각도에 따라 나타내는 제4 라인(770)을 도시한다. 그래프(760)를 참고하면, 기준이 되는 방향(z축 방향)인 0°에서, 제3 라인(765)의 이득은 약 11.54dB일 수 있고, 제4 라인(770)의 이득은 약 -22.28dB일 수 있다. 0°에서의 CPR은 약 33.82dB일 수 있다.
상술한 바에 따르면, 안테나 엘리먼트의 구조가 대칭적 구조인 서브 어레이(701)는, 복수의 안테나 엘리먼트들의 배열(array)에 따라 낮은 전기적 벡터의 성분은 45°와 다르게 형성될 수 있고, 이에 따라 서브 어레이는 낮은 CPR 값을 가질 수 있다. 서브 어레이(701)는 안테나 엘리먼트들의 상호 커플링(mutual coupling)이 작용함으로써, 방사 성능이 열화될 수 있다. 그러나, 안테나 엘리먼트의 구조가 비대칭적 구조인 서브 어레이(751)는, 복수의 안테나 엘리먼트들이 특정 간격보다 좁게 배치되더라도, 서브 어레이(751)의 CPR 값은 개선될 수 있다. 따라서, 서브 어레이(751)의 편파 순도에 비해 서브 어레이(701)는 편파 순도가 높을 수 있다. 결과적으로, 복수의 안테나 엘리먼트들을 포함하는 서브 어레이의 경우 그 안테나 엘리먼트들 사이의 간격이 특정 간격보다 좁더라도 비대칭적 구조의 안테나 엘리먼트들에 의해, CPR 값이 높아질 수 있는 바, 서브 어레이의 처리량(throughput)이 증가할 수 있고, 서브 어레이의 방사 성능이 개선될 수 있다. 설명의 편의를 위하여 한정이 없는(non-limiting) 방식으로 서브 어레이가 설명되었으나, 상술된 내용은 서브 어레이를 다수 포함하는 어레이 안테나, 안테나, 또는 이러한 구조의 안테나를 포함하는 전자 장치에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 1a 내지 도 7b를 참고하면, 본 개시의 실시 예들에 따른 비대칭(asymmetry) 안테나 엘리먼트들을 포함하는 안테나 및 이를 포함하는 전자 장치는 제조 공정 상의 공차를 최소화하거나 줄일 수 있고, 더 많은 수의 안테나 엘리먼트를 실장할 수 있다. 또한, 비대칭 안테나 엘리먼트를 포함하는 안테나 및 전자 장치에서는 기존 안테나 구조에 비해 생산 비용이 절감될 수 있고, 안테나 또는 전자 장치의 방사 성능이 개선될 수 있다.
예를 들어, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 비대칭(asymmetry) 안테나 엘리먼트들을 포함하는 안테나 및 이를 포함하는 전자 장치는, 복잡한 구조의 슬롯들을 패치 안테나의 면(surface) 상에 포함하는 안테나 엘리먼트들과 비교하여, 비교적 단순한 구조의 안테나 엘리먼트들을 포함하는 구조를 통해, 효율적인 비용으로 생산할 수 있다. 또한, 본 개시의 실시 예들에 따른 비대칭(asymmetry) 안테나 엘리먼트들을 포함하는 안테나 및 이를 포함하는 전자 장치의 제작 공정은 복잡한 구조의 안테나 엘리먼트들을 포함하는 구조의 제작 공정에 비하여 단순하여 공차를 최소화하거나 줄일 수 있다. 또한, 본 개시의 실시 예들에 따른 비대칭(asymmetry) 안테나 엘리먼트들을 포함하는 안테나 및 이를 포함하는 전자 장치는 비교적 간단한 제작 공정에 따라 공차를 최소화하거나 줄이면서 생산 비용을 절감할 수 있고, 방사 성능을 개선할 수 있다. 다른 예를 들어, 본 개시의 실시 예들에 따른 비대칭(asymmetry) 안테나 엘리먼트들을 포함하는 안테나 및 이를 포함하는 전자 장치는, 안테나 엘리먼트들의 인접한 영역에 반사판(reflector)을 포함하는 안테나 구조와 비교하여, 비교적 간단한 제작 공정에 따라 공차를 최소화하거나 줄일 수 있고, 생산 비용을 절감할 수 있고, 방사 성능을 개선할 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 실시 예들에 따른 비대칭 안테나 엘리먼트들을 포함하는 어레이 안테나는 복수의 안테나 엘리먼트들을 포함하는 어레이 안테나와 비교하여 기준 방향에 대한 CPR의 값이 약 10dB 만큼 높을 수 있다.
도 1a 내지 도 7b에서는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 비대칭(asymmetry) 안테나 엘리먼트들을 포함하는 서브 어레이를 설명하였으나, 더 많은 수의 안테나 엘리먼트들을 포함하는 어레이 안테나 또는 안테나 또한 본 개시의 실시 예로써 이해될 수 있다. 또한, 복수의 안테나 엘리먼트들, RF 구성요소(예: 필터 등) 및 마더 보드와 같은 추가적인 구성요소들이 다수 결합되어 하나의 장비를 구성하는 MMU 또는 mmWave 장치 또한 본 개시의 실시 예로써 이해될 수 있다. 이하, 도 8을 통해 본 개시의 실시 예들에 따른 비대칭(asymmetry) 안테나 엘리먼트들을 포함하는 안테나 및 이를 포함하는 안테나 구조가 실장되어 전자 장치에 구현되는 예가 서술된다.
도 8은 다양한 실시 예들에 따른 전자 장치의 예시적 구성을 설명하는 도면이다. 전자 장치(810)는, 기지국 혹은 단말 중 하나일 수 있다. 일 실시 예에 따라, 전자 장치(810)는 MMU 또는 mmWave 장치일 수 있다. 도 1a 내지 도 7b를 통해 언급된 비대칭 안테나 엘리먼트들을 포함하는 구조 그 자체뿐만 아니라, 이를 포함하는 안테나 및 이를 포함하는 전자 장치 또한 본 개시의 실시 예들에 포함된다.
도 8을 참고하면, 전자 장치(810)의 예시적 기능적 구성이 도시된다. 전자 장치(810)는 안테나부(811)(예: 적어도 하나의 안테나를 포함), 필터부(812)(예: 필터를 포함), RF(radio frequency) 처리부(813)(예: 다양한 회로를 포함), 제어부(814)(예: 프로세싱 회로를 포함함)를 포함할 수 있다.
안테나부(811)는 다수의 안테나들을 포함할 수 있다. 안테나는 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능들을 수행한다. 안테나는 서브스트레이트(예: 안테나 PCB, 안테나 보드) 위에 형성된 도전체 또는 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함할 수 있다. 안테나는 상향 변환된 신호를 무선 채널 상에서 방사하거나 다른 장치가 방사한 신호를 획득할 수 있다. 각 안테나는 안테나 엘리먼트 또는 안테나 소자로 지칭될 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 안테나부(811)는 복수의 안테나 엘리먼트들이 열(array)을 이루는 안테나 어레이(antenna array)(예: 서브 어레이(sub array))를 포함할 수 있다. 안테나부(811)는 RF 신호선들을 통해 필터부(812)와 전기적으로 연결될 수 있다. 안테나부(811)는 다수의 안테나 엘리먼트들을 포함하는 PCB에 실장될 수 있다. PCB는 각 안테나 엘리먼트와 필터부(812)의 필터를 연결하는 복수의 RF 신호선들을 포함할 수 있다. 이러한 RF 신호선들은 급전 네트워크(feeding network)로 지칭될 수 있다. 안테나부(811)는 수신된 신호를 필터부(812)에 제공하거나 필터부(812)로부터 제공된 신호를 공기중으로 방사할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따른 안테나부(811)는 이중 편파 안테나를 갖는 적어도 하나의 안테나 모듈을 포함할 수 있다. 이중 편파 안테나는 일 예로, 크로스-폴(x-pol) 안테나일 수 있다. 이중 편파 안테나는 서로 다른 편파에 대응하는 2개의 안테나 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이중 편파 안테나는 +45°의 편파를 갖는 제1 안테나 엘리먼트와 -45°의 편파를 갖는 제2 안테나 엘리먼트를 포함할 수 있다. 편파는 +45°, -45° 외에 직교하는 다른 편파들로 형성될 수 있음은 물론이다. 각 안테나 엘리먼트는 급전선(feeding line)과 연결되고, 후술되는 필터부(812), RF 처리부(813), 제어부(814)와 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따라, 이중 편파 안테나는 패치 안테나(혹은 마이크로스트립 안테나(microstrip antenna))일 수 있다. 이중 편파 안테나는 패치 안테나의 형태를 가짐으로써, 배열 안테나로의 구현 및 집적이 용이할 수 있다. 서로 다른 편파를 갖는 두 개의 신호들이 각 안테나 포트에 입력될 수 있다. 각 안테나 포트는 안테나 엘리먼트에 대응한다. 높은 효율을 위하여, 서로 다른 편파를 갖는 두 개의 신호들 간 코-폴(co-pol) 특성과 크로스-폴(cross-pol) 특성과의 관계를 최적화시킬 것이 요구된다. 이중 편파 안테나에서, 코-폴 특성은 특정 편파 성분에 대한 특성 및 크로스-폴 특성은 상기 특정 편파 성분과 다른 편파 성분에 대한 특성을 나타낸다. 본 개시의 실시 예들에 따른 비대칭 안테나 엘리먼트들을 포함하는 구조는 도 8의 안테나부(811)에 포함될 수 있다.
필터부(812)는 다양한 필터링 회로들을 포함할 수 있고, 원하는 주파수의 신호를 전달하기 위해, 필터링을 수행할 수 있다. 필터부(812)는 공진(resonance)을 형성함으로써 주파수를 선택적으로 식별하기 위한 기능을 수행할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 필터부(812)는 구조적으로 유전체를 포함하는 공동(cavity)을 통해 공진을 형성할 수 있다. 또한, 다양한 실시 예들에서 필터부(812)는 인덕턴스 또는 커패시턴스를 형성하는 소자들을 통해 공진을 형성할 수 있다. 또한, 다양한 실시 예들에서, 필터부(812)는 BAW(bulk acoustic wave) 필터 혹은 SAW(surface acoustic wave) 필터와 같은 탄성 필터를 포함할 수 있다. 필터부(812)는 대역 통과 필터(band pass filter), 저역 통과 필터(low pass filter), 고역 통과 필터(high pass filter), 또는 대역 제거 필터(band reject filter) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 즉, 필터부(812)는 송신을 위한 주파수 대역 또는 수신을 위한 주파수 대역의 신호를 얻기 위한 RF 회로들을 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따른 필터부(812)는 안테나부(811)와 RF 처리부(813)를 전기적으로 연결할 수 있다.
RF 처리부(813)는 다양한 회로를 포함할 수 있고, 복수의 RF 경로들을 포함할 수 있다. RF 경로는 안테나를 통해 수신되는 신호 혹은 안테나를 통해 방사되는 신호가 통과하는 경로의 단위일 수 있다. 적어도 하나의 RF 경로는 RF 체인으로 지칭될 수 있다. RF 체인은 복수의 RF 소자들(예: RF 회로들)을 포함할 수 있다. RF 소자들은 증폭기, 믹서, 오실레이터, DAC, ADC 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, RF 처리부(813)는 기저대역(base band)의 디지털 송신신호를 송신 주파수로 상향 변환하는 상향 컨버터(up converter)와, 상향 변환된 디지털 송신신호를 아날로그 RF 송신신호로 변환하는 DAC(digital-to-analog converter)를 포함할 수 있다. 상향 컨버터와 DAC는 송신경로의 일부를 형성한다. 송신 경로는 전력 증폭기(power amplifier, PA) 또는 커플러(coupler)(또는 결합기(combiner))를 더 포함할 수 있다. 또한 예를 들어, RF 처리부(813)는 아날로그RF 수신신호를 디지털 수신신호로 변환하는 ADC(analog-to-digital converter)와 디지털 수신신호를 기저대역의 디지털 수신신호로 변환하는 하향 컨버터(down converter)를 포함할 수 있다. ADC와 하향 컨버터는 수신경로의 일부를 형성한다. 수신 경로는 저잡음 증폭기(low-noise amplifier, LNA) 또는 커플러(coupler)(또는 분배기(divider))를 더 포함할 수 있다. RF 처리부의 RF 부품들은 PCB에 구현될 수 있다. 전자 장치(810)는 안테나부(811)-필터부(812)-RF 처리부(813) 순으로 적층된 구조를 포함할 수 있다. 안테나들과 RF 처리부의 RF 부품들은 PCB 상에서 구현될 수 있고, PCB와 PCB 사이에 필터들이 반복적으로 체결되어 복수의 층들(layers)을 형성할 수 있다.
제어부(814)는 다양한 프로세싱 회로들을 포함할 수 있고, 전자 장치(810)의 전반적인 동작들을 제어할 수 있다. 제어부 (814)은 통신을 수행하기 위한 다양한 모듈들을 포함할 수 있다. 제어부(814)는 모뎀(modem)과 같은 적어도 하나의 프로세서(processor)를 포함할 수 있다. 제어부(814)는 디지털 신호 처리(digital signal processing)을 위한 모듈들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어부(814)는 모뎀을 포함할 수 있다. 데이터 송신 시, 제어부(814)는 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 예를 들어, 데이터 수신 시, 제어부(814)는 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 제어부(814)는 통신 규격에서 요구하는 프로토콜 스택(protocol stack)의 기능들을 수행할 수 있다.
도 8에서는 본 개시의 비대칭(asymmetry) 안테나 엘리먼트들을 포함하는 구조가 활용될 수 있는 장비로서, 전자 장치(810)의 기능적 구성을 서술하였다. 그러나, 도 8에 도시된 예는 도 1a 내지 도 7b를 통해 서술된 본 개시의 실시 예들에 따른 비대칭(asymmetry) 안테나 엘리먼트들을 포함하는 구조 및 이를 포함하는 안테나, 전자 장치의 활용을 위한 예시적인 구성일 뿐, 본 개시의 실시 예들이 도 8에 도시된 장비의 구성 요소들에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 개시의 실시 예들에 따른 비대칭(asymmetry) 안테나 엘리먼트들을 포함하는 서브 어레이, 어레이 안테나, 안테나, 및 이를 포함하는 다른 구성의 통신 장비 또한 본 개시의 실시 예로써 이해될 수 있다.
상술된 바와 같은 본 개시의 일 실시 예에 따른, 무선 통신 시스템에서 안테나(antenna)에 있어서, 제1 안테나 엘리먼트(antenna element) 및 제2 안테나 엘리먼트를 포함하는 복수의 안테나 엘리먼트들을 포함하고, 상기 제1 안테나 엘리먼트 및 상기 제2 안테나 엘리먼트는 패치 안테나(patch antenna)를 포함할 수 있고, 상기 제1 안테나 엘리먼트는 상기 제2 안테나 엘리먼트와 기준 간격보다 좁은 간격으로 배치되고, 상기 패치 안테나는 비대칭 구조를 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 패치 안테나는 제1 가장자리 및 상기 제1 가장자리에 직교하는 제2 가장자리를 포함하는 직사각형(rectangle) 형상을 가질 수 있고, 상기 제1 가장자리의 길이는 상기 제2 가장자리의 길이와 서로 다를 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 가장자리의 길이와 상기 제2 가장자리의 길이의 비율은 상기 안테나의 CPR(cross polarization ratio)에 기반하여 결정될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 가장자리의 길이와 상기 제2 가장자리의 길이의 비율은 0.8보다 크거나 같고 1.2보다 작거나 같을 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 패치 안테나는 제1 가장자리 및 상기 제1 가장자리에 직교하는 제2 가장자리를 포함하는 정사각형(square) 형상을 가질 수 있고, 상기 제1 가장자리는 상기 제1 가장자리의 길이 방향을 따라 적어도 하나의 개구부들을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 적어도 하나의 개구부의 개수, 크기, 형상 또는 개구부들 사이의 간격 중 적어도 하나는 상기 안테나의 CPR(cross polarization ratio)에 기반하여 결정될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 적어도 하나의 개구부는 사각형 형상을 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 기준 간격은 상기 안테나를 통해 송수신되는 신호의 파장의 절반에 대응하는 길이일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 기준 간격은, 상기 제1 안테나 엘리먼트의 중심으로부터 상기 제2 안테나 엘리먼트의 중심까지의 거리일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 안테나 엘리먼트와 상기 제2 안테나 엘리먼트는 서로 지정된 거리 내에 배치될 수 있다.
상술된 바와 같은 본 개시의 일 실시 예에 따른, MMU(massive MIMO(multiple input multiple output) unit) 장치에 있어서, 메인 보드(board), 상기 메인 보드에 배치되는 RFIC(radio frequency integrated circuit) 및 상기 메인 보드에 배치되는 복수의 안테나 엘리먼트(antenna element)들을 포함하고, 상기 복수의 안테나 엘리먼트는 제1 안테나 엘리먼트 및 제2 안테나 엘리먼트를 포함하고, 상기 제1 안테나 엘리먼트 및 상기 제2 안테나 엘리먼트는 패치 안테나(patch antenna)를 포함할 수 있고, 상기 제1 안테나 엘리먼트는 상기 제2 안테나 엘리먼트와 기준 간격보다 좁은 간격으로 배치되고, 상기 패치 안테나는 비대칭 구조를 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 패치 안테나는 제1 가장자리 및 상기 제1 가장자리에 직교하는 제2 가장자리를 포함하는 직사각형(rectangle) 형상을 가질 수 있고, 상기 제1 가장자리의 길이는 상기 제2 가장자리의 길이와 서로 다를 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 가장자리의 길이와 상기 제2 가장자리의 길이의 비율은 상기 안테나의 CPR(cross polarization ratio)에 기반하여 결정될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 가장자리의 길이와 상기 제2 가장자리의 길이의 비율은 0.8보다 크거나 같고 1.2보다 작거나 같을 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 패치 안테나는 제1 가장자리 및 상기 제1 가장자리에 직교하는 제2 가장자리를 포함하는 정사각형(square) 형상을 가질 수 있고, 상기 제1 가장자리는 상기 제1 가장자리의 길이 방향을 따라 적어도 하나의 개구부들을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 적어도 하나의 개구부의 개수, 크기, 형상 또는 개구부들 사이의 간격 중 적어도 하나는 상기 안테나의 CPR(cross polarization ratio)에 기반하여 결정될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 적어도 하나의 개구부는 사각형 형상을 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 기준 간격은 상기 안테나를 통해 송수신되는 신호의 파장의 절반에 대응하는 길이일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 기준 간격은, 상기 제1 안테나 엘리먼트의 중심으로부터 상기 제2 안테나 엘리먼트의 중심까지의 거리일 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 안테나 엘리먼트와 상기 제2 안테나 엘리먼트는 서로 인접하여 배치될 수 있다.
본 개시 또는 청구항들에 기재된 다양한 실시 예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.
소프트웨어로 구현하는 경우, 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치(device) 내의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하도록 구성된다(configured for execution). 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치로 하여금 본 개시 또는 청구항들에 기재된 다양한 실시 예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 명령어(instructions)를 포함한다.
이러한 프로그램(소프트웨어 모듈, 소프트웨어)은 랜덤 액세스 메모리 (random access memory), 플래시(flash) 메모리를 포함하는 불휘발성(non-volatile) 메모리, 롬(read only memory, ROM), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(electrically erasable programmable read only memory, EEPROM), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(compact disc-ROM, CD-ROM), 디지털 다목적 디스크(digital versatile discs, DVDs) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 프로그램은 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다.
프로그램은 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(local area network), WAN(wide area network), 또는 SAN(storage area network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 접근(access)할 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.
상술한 본 개시의 다양한 실시 예들에서, 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 개시가 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
본 개시내용은 다양한 예시적 실시예를 참조하여 예시되고 설명되었지만 다양한 예시적 실시예는 예시적인 것으로 의도된 것으로 제한되지 않음을 이해할 것이다. 첨부된 특허청구범위 및 그 균등물을 포함하는 본 개시의 진정한 사상 및 전체 범위를 벗어나지 않고 형태 및 세부 사항의 다양한 변경이 이루어질 수 있음이 통상의 기술자에 의해 추가로 이해될 것이다. 또한, 본 개시에 기재된 임의의 실시예(들)는 본 개시에 기재된 임의의 다른 실시예(들)와 함께 사용될 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (15)

  1. 무선 통신 시스템에서 안테나(antenna)에 있어서,
    제1 안테나 엘리먼트(antenna element) 및 제2 안테나 엘리먼트를 포함하는 복수의 안테나 엘리먼트들을 포함하고,
    상기 제1 안테나 엘리먼트 및 상기 제2 안테나 엘리먼트는 패치 안테나(patch antenna)를 포함하고,
    상기 제1 안테나 엘리먼트는 상기 제2 안테나 엘리먼트와 기준 간격보다 좁은 간격으로 배치되고,
    상기 패치 안테나는 비대칭 구조를 가지는, 안테나.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 패치 안테나는 제1 가장자리 및 상기 제1 가장자리에 직교하는 제2 가장자리를 포함하는 직사각형(rectangle) 형상을 가지고,
    상기 제1 가장자리의 길이는 상기 제2 가장자리의 길이와 서로 다른, 안테나.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 가장자리의 길이와 상기 제2 가장자리의 길이의 비율은 상기 안테나의 CPR(cross polarization ratio)에 기반하여 결정되는, 안테나.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 가장자리의 길이와 상기 제2 가장자리의 길이의 비율은 0.8보다 크거나 같고 1.2보다 작거나(less) 같은, 안테나.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 패치 안테나는 제1 가장자리 및 상기 제1 가장자리에 직교하는 제2 가장자리를 포함하는 정사각형(square) 형상을 가지고,
    상기 제1 가장자리는 상기 제1 가장자리의 길이 방향을 따라 적어도 하나의 개구부를 포함하는, 안테나.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 적어도 하나의 개구부의 개수, 크기, 형상 또는 개구부들 사이의 간격 중 적어도 하나는 상기 안테나의 CPR(cross polarization ratio)에 기반하여 결정되는, 안테나.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 적어도 하나의 개구부는 사각형인, 안테나.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 기준 간격은 상기 안테나를 통해 송신 및/또는 수신되는 신호의 파장의 절반에 대응하는 길이인, 안테나.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 기준 간격은, 상기 제1 안테나 엘리먼트의 중심으로부터 상기 제2 안테나 엘리먼트의 중심까지의 거리인, 안테나.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 안테나 엘리먼트와 상기 제2 안테나 엘리먼트는 서로 지정된 거리 이내에 배치되는, 안테나.
  11. MMU(massive MIMO(multiple input multiple output) unit) 장치에 있어서,
    메인 보드(board);
    상기 메인 보드에 배치되는 RFIC(radio frequency integrated circuit); 및
    상기 메인 보드에 배치되는 복수의 안테나 엘리먼트(antenna element)들을 포함하고,
    상기 복수의 안테나 엘리먼트는 제1 안테나 엘리먼트 및 제2 안테나 엘리먼트를 포함하고,
    상기 제1 안테나 엘리먼트 및 상기 제2 안테나 엘리먼트는 패치 안테나(patch antenna)를 포함하고,
    상기 제1 안테나 엘리먼트는 상기 제2 안테나 엘리먼트와 기준 간격보다 좁은 간격으로 배치되고,
    상기 패치 안테나는 비대칭 구조를 가지는, MMU 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 패치 안테나는 제1 가장자리 및 상기 제1 가장자리에 직교하는 제2 가장자리를 포함하는 직사각형(rectangle) 형상이고,
    상기 제1 가장자리의 길이는 상기 제2 가장자리의 길이와 서로 다른, MMU 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1 가장자리의 길이와 상기 제2 가장자리의 길이의 비율은 상기 안테나의 CPR(cross polarization ratio)에 기반하여 결정되는, MMU 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 가장자리의 길이와 상기 제2 가장자리의 길이의 비율은 0.8보다 크거나 같고 1.2보다 작거나 같은, MMU 장치.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 패치 안테나는 제1 가장자리 및 상기 제1 가장자리에 직교하는 제2 가장자리를 포함하는 정사각형(square) 형상을 가지고,
    상기 제1 가장자리는 상기 제1 가장자리의 길이 방향을 따라 적어도 하나의 개구부를 포함하는, MMU 장치.
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