WO2023229168A1 - 안테나 어레이의 안테나 엘리멘트를 위한 매칭 네트워크 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

안테나 어레이의 안테나 엘리멘트를 위한 매칭 네트워크 및 이를 포함하는 전자 장치 Download PDF

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WO2023229168A1
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divider
connection structure
antenna
feeding
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허준
이종민
최승호
김병철
박정민
이범희
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삼성전자 주식회사
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    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/314—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors
    • H01Q5/335—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors at the feed, e.g. for impedance matching

Definitions

  • This disclosure relates to an antenna array. More specifically, the present disclosure relates to a matching network for antenna elements of an antenna array and an electronic device including the same.
  • An electronic device that uses beamforming technology in a wireless communication system includes a plurality of antenna elements.
  • the divider can transmit the input signal to each of the antenna elements. At this time, distortion may occur in the signal applied to the antenna element.
  • an electronic device including a sub-array module includes an antenna substrate, a plurality of antenna element units, a first divider for a first polarization, and a second divider for a second polarization. can do.
  • Each antenna element unit of the plurality of antenna element units includes an antenna element for radiation of a signal, a first feeding structure for the first polarization, and a first polarization structure for the second polarization. It may include a second feeding structure, a first connecting structure for branching of the first feeding structure and the first divider, and a second connecting structure for branching of the second feeding structure and the second divider. there is.
  • an electronic device may include a processor, radio frequency (RF) processing chains, a filter module, and an antenna array module including a plurality of sub-arrays.
  • Each sub-array of the plurality of sub-arrays includes an antenna substrate, a plurality of antenna element units, a first divider for first polarization, and a second divider for second polarization. May include dividers.
  • Each antenna element unit of the plurality of antenna element units includes an antenna element for radiation of a signal, a first feeding structure for the first polarization, and a first polarization structure for the second polarization. It may include a second feeding structure, a first connecting structure for branching of the first feeding structure and the first divider, and a second connecting structure for branching of the second feeding structure and the second divider. there is.
  • FIG. 1 shows a wireless communication system according to an embodiment of the present disclosure.
  • 2A and 2B show examples of grating lobes according to embodiments of the present disclosure.
  • FIG 3 shows an example of an antenna element unit including a connecting structure according to an embodiment of the present disclosure.
  • 4A and 4B illustrate signal distortion depending on the presence or absence of a connection structure according to embodiments of the present disclosure.
  • Figure 5 shows an example of a stacked structure of an electronic device including an antenna element unit according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIGS. 6A, 6B, 6C, and 6D show other examples of a stacked structure of an electronic device including an antenna element unit according to embodiments of the present disclosure.
  • Figure 7 shows an example of a design procedure for a sub-array including an antenna element unit according to an embodiment of the present disclosure.
  • 8A and 8B illustrate removal performance of a grating lobe of a sub-array including an antenna element unit according to embodiments of the present disclosure.
  • FIG 9 shows example shapes of a connection structure of an antenna element unit according to an embodiment of the present disclosure.
  • 10A and 10B show examples of sub-arrays including antenna element units according to embodiments of the present disclosure.
  • Figure 11 shows an example of a sub-array module including antenna element units according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 12A shows an example of an antenna element unit for 4-port according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 12B shows an example of a sub-array including antenna element units for 4-port according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 13 shows an example of a sub-array module including antenna element units for 4-port according to an embodiment of the present disclosure.
  • 14A and 14B show examples of sub-arrays including antenna element units for 4-port according to embodiments of the present disclosure.
  • Figure 15 shows the functional configuration of an electronic device including an antenna array with antenna element units according to an embodiment of the present disclosure.
  • the expressions greater than or less than may be used to determine whether a specific condition is satisfied or fulfilled, but this is only a description for expressing an example, and the description of more or less may be used. It's not exclusion. Conditions written as ‘more than’ can be replaced with ‘more than’, conditions written as ‘less than’ can be replaced with ‘less than’, and conditions written as ‘more than and less than’ can be replaced with ‘greater than and less than’. Additionally, unless specifically defined otherwise, 'A' to 'B' means at least one of the elements from A to (including A) and B (including B).
  • the present disclosure is intended to provide a structure for impedance matching for each antenna element in an electronic device including an antenna array, and an electronic device including the same.
  • the present disclosure is intended to provide a matching network for reducing the influence of a grating lobe in an electronic device including an antenna array, and an electronic device including the same.
  • a matching network and an electronic device including the same enable impedance matching for each antenna element by connecting an additional structure to a power feed portion of the antenna element.
  • a matching network and an electronic device including the same can reduce the influence of a grating lobe and increase the performance of the antenna array through impedance matching for each antenna element.
  • FIG. 1 illustrates a wireless communication system according to an embodiment of the disclosure.
  • the wireless communication environment 100 of FIG. 1 exemplifies a base station 110 and a terminal 120 as some nodes that use a wireless channel.
  • the base station 110 is a network infrastructure that provides wireless access to the terminal 120.
  • the base station 110 has coverage based on the distance at which signals can be transmitted.
  • the base station 110 includes 'access point (AP)', 'eNodeB (eNB)', '5G node (5th generation node)', and '5G NodeB (5G NodeB).
  • the base station 110 may transmit a downlink signal or receive an uplink signal.
  • the terminal 120-1, terminal 120-2, or terminal 120-3 is a device used by a user and communicates with the base station 110 through a wireless channel.
  • the terminal 120-1, terminal 120-2, or terminal 120-3 will be described referring to the terminal 120.
  • the terminal 120 may be operated without user involvement. That is, the terminal 120 is a device that performs machine type communication (MTC) and may not be carried by the user.
  • the terminal 120 is a terminal, as well as 'user equipment (UE)', 'mobile station', 'subscriber station', and 'customer premises equipment (CPE)'. , ‘remote terminal’, ‘wireless terminal’, ‘electronic device’, or ‘vehicle terminal’, ‘user device’ or technical equivalent. It may be referred to by other terms with different meanings.
  • the base station 110 may be equipped with multiple antennas.
  • the base station 110 may include a massive multiple input multiple output (MIMO) unit (MMU).
  • MIMO massive multiple input multiple output
  • a collection of multiple antennas may be referred to as an antenna array 130, and each antenna included in the array may be referred to as an array element, or an antenna element.
  • the antenna array 130 may be configured in various forms, such as a linear array or planar array.
  • the antenna array 130 may be referred to as a massive antenna array.
  • the main technology that improves the data capacity of 5G communications is beamforming technology that uses an antenna array connected to multiple RF paths.
  • beamforming technology For higher data capacity, either the number of RF paths must be increased or the power per RF path must be increased.
  • Increasing the RF path increases the size of the product, and due to space constraints in installing actual base station equipment, it is currently at a level where it cannot be increased any further.
  • antenna gain can be increased by connecting multiple antenna elements using a divider (or splitter) in the RF path.
  • antenna elements corresponding to the RF path may be referred to as a sub-array.
  • the number of antennas (or antenna elements) of equipment that performs wireless communication is increasing.
  • the number of RF parts (e.g. amplifiers, filters) and components for processing RF signals received or transmitted through antenna elements has increased, so that when constructing communication equipment, it is necessary to meet communication performance while maintaining spatial Benefits and cost efficiency become important.
  • the base station 110 of FIG. 1 is described as an example to describe a matching network of antenna elements of the present disclosure and an electronic device including the same, but embodiments of the present disclosure are not limited thereto.
  • a matching network and an electronic device including the same according to embodiments of the present disclosure in addition to the base station 110, include wireless equipment that performs the same function as the base station, wireless equipment (e.g., TRP) connected to the base station, and the terminal of FIG. 1 ( 120), or other communication equipment used for 5G communication, of course, are all possible.
  • an antenna array composed of sub-arrays is described as an example as a structure of a plurality of antennas for communication in a MIMO (Multiple Input Multiple Output) environment.
  • MIMO Multiple Input Multiple Output
  • it can be easily changed for beamforming. Of course it is possible.
  • 2A and 2B show examples of grating lobes according to embodiments of the present disclosure.
  • a graph 201 represents return loss for each frequency.
  • the horizontal axis of the graph 201 represents frequency (unit: gigahertz (GHz)), and the vertical axis of the graph 201 represents return loss (unit: decibel (dB)).
  • Graph 203 shows the gain per radiation angle at 3.7 GHz.
  • the horizontal axis of the graph 203 represents the radiation angle (unit: degrees), and the vertical axis of the graph 203 represents the gain (unit: dB).
  • Graph 205 shows the gain per radiation angle at 3.84 GHz.
  • the horizontal axis of the graph 205 represents the radiation angle (unit: degrees), and the vertical axis of the graph 205 represents the gain.
  • an antenna array can provide low return loss compared to other frequencies. With a return loss below a certain standard (e.g., 15 dB) In the frequency range, constant gain can be ensured. Due to low return loss, the antenna array can perform broadband communication. However, as shown in graph 203, when moving away from the center frequency, the vertical plane ) In a planar pattern, grating lobes may occur in addition to the main lobe.
  • a center frequency e.g., 3.84 GHz
  • grating lobes mainly occur in antenna arrays where multiple antenna elements are arranged. As the number of antenna elements increases, the beam width of the main lobe decreases, and the influence due to the side lobes increases. In addition to the direction of the main lobe, the sum of the signals of the antenna elements may be maximized in a specific direction (e.g., a direction in which the phase is a multiple of 2 ⁇ ). The pattern in the specific direction may be referred to as a grating lobe. Grating lobes can occur even in bands where return loss is secured (e.g., 3.7 GHz). These grating lobes worsen peak gain and steering range.
  • the antenna array 230 may include a plurality of sub-arrays.
  • the sub-array 250 may include a plurality of antenna elements (eg, three).
  • the sub-array 250 may include a first antenna element 251, a second antenna element 252, and a third antenna element 253.
  • graph (261) In each of graph 263, graph 271, and graph 273, a solid line represents an index for the first antenna element 251.
  • a dashed line represents an index for the second antenna element 252.
  • a dotted line represents an index for the third antenna element 253.
  • the input signal may be fed to the first antenna element 251, the second antenna element 252, and the third antenna element 253, respectively.
  • Each antenna element can radiate the input signal into the air.
  • Graph 261 represents the magnitude of an ideal signal.
  • the horizontal axis of the graph 261 represents frequency (unit: GHz), and the vertical axis represents gain (unit: dB). Since the applied input signal is the same, the magnitude of the emitted signals may all be the same.
  • Graph 263 represents the phase of an ideal signal.
  • the horizontal axis of the graph 263 represents frequency (unit: GHz), and the vertical axis represents the phase difference (unit: degrees). In order to vary the phases of the radiated signals, there is a phase difference of a certain distance (e.g., 30 degrees) between adjacent antenna elements.
  • the graph 271 represents the magnitude of a realistic signal.
  • the horizontal axis of the graph 271 represents frequency (unit: GHz), and the vertical axis represents gain (unit: dB).
  • Graph 273 represents the phase of the actual signal.
  • the horizontal axis of the graph 273 represents frequency (unit: GHz), and the vertical axis represents phase difference (unit: degrees).
  • the characteristic impedance of an antenna element may be frequency dependent. At the center frequency, return loss is small through impedance matching. However, as the bandwidth becomes wider, the range of frequencies different from the center frequency increases. At frequencies different from the center frequency, the size of the characteristic impedance may vary due to the reactance of the antenna. Changes in the size of the characteristic impedance change the size of the signal depending on the frequency.
  • the phases for the antenna elements may be different.
  • the electrical length of each antenna element may vary depending on the frequency, and the changed electrical length causes nonlinearity in phase change for each frequency. Phase and signal magnitude nonlinearities in frequency can cause grating lobes.
  • Return loss is designed as a sub-array unit combining antenna elements and divider(s).
  • the present disclosure proposes a method for reducing the effect of signal distortion due to antenna reactance and reducing the grating lobe by performing impedance matching on an antenna element basis rather than on a sub-array basis.
  • FIG 3 shows an example of an antenna element unit including a connecting structure according to an embodiment of the present disclosure.
  • the sub-array 310 may include a first antenna element unit 331, a second antenna element unit 333, and a third antenna element unit 335.
  • the first antenna element unit 331, the second antenna element unit 333, and the third antenna element unit 335 may be combined with the first divider.
  • the first divider may feed a signal for the first polarization to each antenna element from the RF port.
  • the first antenna element unit 331, the second antenna element unit 333, and the third antenna element unit 335 may be combined with the second divider.
  • the second divider may feed a signal for the second polarization to each antenna element from the RF port.
  • the first polarization means polarization of (+)45 degrees.
  • the second polarization means polarization of (-)45 degrees.
  • the first polarization and the second polarization may be orthogonal.
  • the input signal 320 may be transmitted to each of the first antenna element unit 331, the second antenna element unit 333, and the third antenna element unit 335 through a divider (first divider or second divider).
  • a divider first divider or second divider.
  • Embodiments of the present disclosure propose a method for impedance matching in antenna element units to eliminate grating lobes.
  • the signal from the branch of the divider is connected to the antenna element unit.
  • the first antenna element unit 331 will be described as an example, but the descriptions described later will refer to other antenna element units (e.g., the second antenna element unit 333). The same can be applied to the third antenna element unit 335).
  • An antenna element unit (e.g., a first antenna element unit 331) according to embodiments includes an antenna element 365, a first feeding structure 371a, a second feeding structure 371b, and a third feeding structure 372a. , may include a fourth power feeding structure (372b), a first connection structure (381a), and a second connection structure (381b).
  • the antenna element 365 may refer to a radiator for radiating a fed signal into the air. According to one embodiment, antenna element 365 may include a radiating patch.
  • the first feeding structure 371a, the second feeding structure 371b, the third feeding structure 372a, and the fourth feeding structure 372b are components for feeding the applied signal to the antenna element 365.
  • the first feeding structure 371a and the third feeding structure 372a may be arranged according to the direction of the first polarized wave.
  • the second feeding structure 371b and the fourth feeding structure 372d may be arranged according to the direction of the second polarized wave.
  • the first feeding structure 371a, the second feeding structure 371b, the third feeding structure 372a, and the fourth feeding structure 372b may support the antenna element through the support structure 390.
  • Each of the first feeding structure 371a, the second feeding structure 371b, the third feeding structure 372a, and the fourth feeding structure 372b may be coupled to the support structure 390.
  • each feed structure may be configured to support an antenna element without the support structure 390.
  • the first connection structure 381a may be connected to the first power feeding structure 371a.
  • the first connection structure 381a may be connected to the first divider for the first polarization. That is, the first connection structure 381a may be disposed between the first power feeding structure 371a and the first divider.
  • the first connection structure 381a may be disposed for impedance matching of the antenna element 365. That is, the first connection structure 381a may be configured to reduce the reactance of the characteristic impedance from the branch of the first divider to the antenna element 365.
  • the second connection structure 381b may be connected to the second power feeding structure 371b.
  • the second connection structure 381b may be connected to a second divider for the second polarization. That is, the second connection structure 381b may be disposed between the second power feeding structure 371b and the second divider.
  • the second connection structure 381b may be disposed for impedance matching of the antenna element 365. That is, the second connection structure 381b may be configured to reduce the reactance of the characteristic impedance from the branch of the second divider to the antenna element 365.
  • connection structure eg, a first connection structure 381a and a second connection structure 381b
  • connection structure for impedance matching
  • the shape of the connection structure can be changed in various ways as long as the technical principle of using impedance matching is the same. Examples of the shape of specific connection structures are described through FIG. 9.
  • FIG. 4A and 4B illustrate signal distortion depending on the presence or absence of a connection structure according to embodiments of the present disclosure.
  • the sub-array 250 in FIG. 2B is illustrated.
  • the sub-array 310 of FIG. 3 is illustrated.
  • a solid line represents an index for the first antenna element 251.
  • a dashed line represents an indicator for the second antenna element 252.
  • a dotted line represents an index for the third antenna element 253.
  • the graph 410 shows the magnitude of the signal for each antenna element of the sub-array 250.
  • the horizontal axis of the graph 410 represents frequency (unit: GHz), and the vertical axis represents gain (unit: dB).
  • the graph 415 represents the phase of the signal for each antenna element of the sub-array 250.
  • the horizontal axis of the graph 415 represents frequency (unit: GHz), and the vertical axis represents phase difference (unit: degrees).
  • a solid line represents an index for the first antenna element unit 331.
  • the dashed line represents an indicator for the second antenna element unit 333.
  • a dotted line represents an index for the third antenna element unit 335.
  • the graph 420 represents the magnitude of the signal for each antenna element of the sub-array 310.
  • the horizontal axis of the graph 420 represents frequency (unit: GHz), and the vertical axis represents gain (unit: dB).
  • the graph 425 shows the phase of the signal for each antenna element of the sub-array 310.
  • the horizontal axis of the graph 425 represents frequency (unit: GHz), and the vertical axis represents the phase difference (unit: degrees).
  • an additional structure is disposed between the antenna element and the branch of the divider, thereby enabling design of impedance matching in units of antenna elements. That is, additional structures can function as matching networks. In addition to the connection structure of FIG. 3, these additional structures may be referred to by terms such as connection structure, matching structure, matching circuit, external structure, connection unit, matching network, and external matching network.
  • additional structures can be designed to have a return loss below a threshold (e.g. 20 dB) within a specified frequency range.
  • each structure can be designed through hard matching to provide return loss below a threshold (e.g., 20 dB) at all frequencies in a given frequency range.
  • a threshold e.g. 20 dB
  • Nonlinearity can be alleviated through arrangement and design of structures for each antenna element. Alleviating this nonlinearity can reduce the influence due to the grating lobes, as illustrated in FIGS. 2A and 2B.
  • Figure 5 shows an example of a stacked structure of an electronic device including an antenna element unit according to an embodiment of the present disclosure.
  • the stacked structure shown in FIG. 5 represents a cross section of a sub-array module of an electronic device.
  • a sub-array module of an electronic device may include a substrate on which a sub-array is disposed.
  • a sub-array of an electronic device may include a plurality of antenna element units and divider(s).
  • the electronic device may include a metal plate 510 .
  • the metal substrate 510 may provide a ground for the sub-array.
  • An antenna substrate 520 may be disposed on one side of the metal substrate 510.
  • the antenna substrate 520 may be a PCB.
  • the antenna substrate 520 may be a dielectric substrate.
  • a divider 530 may be mounted on one side of the antenna substrate 520.
  • the antenna substrate 520 may be combined with a metal substrate on the side opposite to the one side.
  • Divider 530 may include a plurality of branches. The signal input from the RF port may be fed to each antenna element through the divider 530. The number of branches of the divider 530 corresponds to the number of antenna elements.
  • Figure 5 is a cross-section and shows one divider, but embodiments of the present disclosure are not limited thereto. Dividers with different polarizations may be additionally disposed in different areas on the same surface of the antenna substrate 520. A branch of the divider 530 may be connected to the connection structure 535.
  • the connection structure 535 may be disposed on one side of the antenna substrate 520.
  • the connection structure 535 may be continuously disposed on the same side as the divider 530.
  • the connection structure 535 may be connected to the first power feeding structure 541.
  • the connection structure 535 may be disposed between the branches of the divider 530 and the antenna element 560 corresponding to the branch of the divider 530 .
  • the connection structure 535 may transmit a signal received from a branch of the divider 530 to the antenna element 560 corresponding to the branch of the divider 530.
  • the connection structure 535 may function as a matching network for the antenna element 560.
  • Connection structure 535 may be configured to reduce the reactance of the characteristic impedance associated with the antenna element 560 as viewed from the branch of the divider 530.
  • the antenna element unit 570 including the connection structure 535 may provide a characteristic impedance such that the return loss for each frequency within the bandwidth is below a threshold.
  • the first feeding structure 541 and the third feeding structure 543 may be disposed on one side of the antenna substrate 520.
  • the first power feeding structure 541 may be arranged to support the antenna element 560.
  • the third power feeding structure 543 may be arranged to support the antenna element 560.
  • the shape of the first power feeding structure 541 may be a pulse.
  • the shape of the third power supply structure 543 may be pulse.
  • the first feeding structure 541 and the third feeding structure 543 may be coupled to the antenna element 560 through the support structure 550.
  • Support structure 550 may be in contact with one side of antenna element 560.
  • the first feeding structure 541 may feed a signal to the antenna element 560 through coupling.
  • the first power feeding structure 541 since the first power feeding structure 541 does not directly contact the antenna element 560, coupled power feeding is illustrated, but embodiments of the present disclosure are not limited thereto. Unlike shown in FIG. 5 , according to another embodiment, the first power feeding structure 541 may be arranged to contact the antenna element 560. The feeding structure 541 may directly feed a signal to the antenna element 560.
  • FIGS. 6A to 6D examples of cross-sections of a sub-array module including a metal substrate and a dielectric forming a gap are described through FIGS. 6A to 6D.
  • FIGS. 6A, 6B, 6C, and 6D show other examples of a stacked structure of an electronic device including an antenna element unit according to embodiments of the present disclosure.
  • the electronic device may include a metal plate 601.
  • the metal substrate 601 may provide a ground for the sub-array.
  • a dielectric 603 may be disposed on one side of the metal substrate 601.
  • the dielectric 603 may include a coupling portion.
  • the coupling portion of the dielectric 603 may be coupled to the one surface of the metal substrate 601.
  • the shape of the coupling portion of the dielectric 603 may include a structure for supporting the dielectric 603 from the metal substrate 601. Through the coupling portion of the dielectric 603, the substrate portion of the dielectric 603 forms a gap 615 with the metal substrate 601.
  • the dielectric 603 may include a substrate portion.
  • the substrate portion of the dielectric 603 refers to an area including a surface on which a transmission line (not shown), a divider 605, and a connection structure 607 can be placed.
  • the shape of the dielectric 603 may include a plate-like structure.
  • the divider 605, the connection structure 607, the first power supply structure 613a, and the second power supply structure 613b may be arranged along one side of the dielectric 603.
  • one side of the dielectric 603 on which the above-described power feeding elements are disposed may face one side of the metal substrate 601.
  • One side of the metal substrate 601 is a side coupled to the coupling portion of the dielectric 603.
  • the dielectric 603 may include a support portion 611a, a support portion 611b, and a support portion 611c.
  • the shapes of the support portion 611a, 611b, and 611c may include a structure for supporting the antenna element 609.
  • the dielectric 603 may serve not only as an antenna substrate but also as a support for the antenna element 609.
  • Dielectric 603 may include one or more protrusions.
  • One or more protrusions may be formed at a higher position than the substrate portion of the dielectric 603 so that power supply to the antenna element 609 is performed at a short distance based on the metal substrate 601. Since the first power feeding structure 613a and the second power feeding structure 613b are arranged along one side of the dielectric 603, the power feeding position of the first power feeding structure 613a and the second power feeding structure 613b The feeding location may be closer to the antenna element 609. Through this, the gain of the sub-array module increases.
  • the signal fed to the connection structure 607 through the divider 605 may be transmitted to the antenna element 609 through the first feed structure 613a.
  • a gap exists between the first feeding structure 613a and the antenna element 609.
  • the signal applied to the first feeding structure 613a may be fed to the antenna element 609 in the air. Due to the air layer, the dielectric constant in the area where the signal is transmitted is lowered. Because low dielectric constant reduces changes in antenna characteristics due to frequency changes, a layered structure containing an air layer can provide stable frequency characteristics in a wide band.
  • signals corresponding to different polarizations may be transmitted to the antenna element 609 through the second feeding structure 613b.
  • connection structure is shown as being disposed on the same side of the metal pattern of the divider and the dielectric, but embodiments of the present disclosure are not limited thereto. According to another embodiment, the connection structure may be disposed on a side different from the side of the dielectric on which the metal pattern of the divider is disposed.
  • FIG. 6B a cross-section of the sub-array module in which the connection structure is disposed on a different side from the divider is described.
  • the electronic device may include a metal plate 621.
  • the metal substrate 621 may provide a ground for the sub-array.
  • a dielectric 623 may be disposed on one side of the metal substrate 621.
  • the dielectric 623 may include a coupling portion.
  • the coupling portion of the dielectric 623 may be coupled to the one surface of the metal substrate 621.
  • the shape of the coupling portion of the dielectric 623 may include a structure for supporting the dielectric 623 from the metal substrate 621. Through the coupling portion of the dielectric 623, the substrate portion of the dielectric 623 forms a gap 635 with the metal substrate 621.
  • the dielectric 623 may include a substrate portion.
  • the substrate portion of the dielectric 623 refers to an area including a surface on which a transmission line (not shown), a divider 625, and a connection structure 627 can be placed.
  • the shape of the dielectric 623 may include a plate-shaped structure.
  • the divider 625, the first power supply structure 633a, and the second power supply structure 633b may be arranged along one side of the dielectric 623.
  • the connection structure 627 may be disposed on one side and another side of the dielectric 623.
  • the connection structure 627 may be disposed on an opposite side of one side of the dielectric 623.
  • the branch of the divider 625 and the connection structure 627 are disposed on different sides, and the connection structure 627 may be connected to the branch of the divider 625 through a via.
  • the dielectric 623 may include a support portion 631a, a support portion 631b, and a support portion 631c.
  • the shapes of the support portion 631a, 631b, and 631c may include a structure for supporting the antenna element 629.
  • the dielectric 623 may serve not only as an antenna substrate but also as a support for the antenna element 629.
  • Dielectric 623 may include one or more protrusions.
  • One or more protrusions may be formed at a higher position than the substrate portion of the dielectric 623 so that power supply to the antenna element 629 is performed at a short distance based on the metal substrate 621. Since the first power feeding structure 633a and the second power feeding structure 633b are arranged along one side of the dielectric 623, the power feeding position of the first power feeding structure 633a and the second power feeding structure 633b The feeding location may be closer to the antenna element 629. Through this, the gain of the sub-array module increases.
  • the signal fed to the connection structure 627 through the divider 625 may be transmitted to the antenna element 629 through the first feed structure 633a.
  • a vertical via may be used for electrical connection between the connection structure 627 and the first power feeding structure 633a.
  • the connection structure 627 may feed a signal to the first feed structure 633a disposed on the opposite side through a vertical via.
  • a gap exists between the first power feeding structure 633a and the antenna element 629.
  • the signal applied to the first feeding structure 633a may be fed to the antenna element 629 in the air. Due to the air layer, the dielectric constant in the area where the signal is transmitted is lowered.
  • a layered structure containing an air layer can provide stable frequency characteristics in a wide band.
  • signals corresponding to different polarizations may be transmitted to the antenna element 629 through the second feeding structure 633b.
  • FIGS. 6A and 6B dividers and power feeding structures are shown as being disposed on the side of the dielectric facing the metal substrate, but embodiments of the present disclosure are not limited thereto.
  • FIGS. 6C and 6D a cross-section of the sub-array module in which the divider and power feeding structures are disposed on a side different from the side facing the metal substrate is described.
  • the electronic device may include a metal plate 641.
  • the metal substrate 641 may provide a ground for the sub-array.
  • a dielectric 643 may be disposed on one side of the metal substrate 641.
  • the dielectric 643 may include a coupling portion.
  • the coupling portion of the dielectric 643 may be coupled to the one surface of the metal substrate 641.
  • the shape of the coupling portion of the dielectric 643 may include a structure for supporting the dielectric 643 from the metal substrate 641. Through the coupling portion of the dielectric 643, the substrate portion of the dielectric 643 forms a gap 655 with the metal substrate 641.
  • the dielectric 643 may include a substrate portion.
  • the substrate portion of the dielectric 643 refers to an area including a surface on which a transmission line (not shown), a divider 645, and a connection structure 647 can be placed.
  • the shape of the dielectric 643 may include a plate-shaped structure.
  • the divider 645, the connection structure 647, the first power supply structure 653a, and the second power supply structure 653b may be arranged along one side of the dielectric 643.
  • the dielectric 643 may include a support portion 651a, a support portion 651b, and a support portion 651c.
  • the shapes of the support portion 651a, 651b, and 651c may include a structure for supporting the antenna element 649.
  • the dielectric 643 may serve not only as an antenna substrate but also as a support for the antenna element 649.
  • Dielectric 643 may include one or more protrusions.
  • One or more protrusions may be formed at a higher position than the substrate portion of the dielectric 643 so that power supply to the antenna element 649 is performed at a short distance based on the metal substrate 641. Since the first power feeding structure 653a and the second power feeding structure 653b are arranged along one side of the dielectric 643, the power feeding position of the first power feeding structure 653a and the second power feeding structure 653b The feeding location may be closer to the antenna element 649. Through this, the gain of the sub-array module increases.
  • the signal fed to the connection structure 647 through the divider 645 may be transmitted to the antenna element 649 through the first feed structure 653a.
  • a gap exists between the first feeding structure 653a and the antenna element 649.
  • the signal applied to the first feeding structure 653a may be fed to the antenna element 649 in the air. Due to the air layer, the dielectric constant in the area where the signal is transmitted is lowered. Because low dielectric constant reduces changes in antenna characteristics due to frequency changes, a layered structure containing an air layer can provide stable frequency characteristics in a wide band.
  • signals corresponding to different polarizations may be transmitted to the antenna element 649 through the second feeding structure 653b.
  • connection structure may be disposed on the side of the dielectric substrate opposite to the side on which the divider and power feeding structure are disposed.
  • FIG. 6D a cross-section of the sub-array module in which the connection structure is disposed on a different side from the divider is described.
  • the electronic device may include a metal plate 661.
  • the metal substrate 661 may provide a ground for the sub-array.
  • a dielectric 663 may be disposed on one side of the metal substrate 661.
  • the dielectric 663 may include a coupling portion.
  • the coupling portion of the dielectric 663 may be coupled to the one surface of the metal substrate 661.
  • the shape of the coupling portion of the dielectric 663 may include a structure for supporting the dielectric 663 from the metal substrate 661. Through the coupling portion of the dielectric 663, the substrate portion of the dielectric 663 forms a gap 675 with the metal substrate 661.
  • the dielectric 663 may include a substrate portion.
  • the substrate portion of the dielectric 663 refers to an area including a surface on which a transmission line (not shown), a divider 665, and a connection structure 667 can be placed.
  • the shape of the dielectric 663 may include a plate-shaped structure.
  • the divider 665, the first power supply structure 673a, and the second power supply structure 673b may be disposed along one side of the dielectric 663.
  • the connection structure 667 may be disposed on one side and another side of the dielectric 663.
  • the connection structure 667 may be disposed on an opposite side of one side of the dielectric 663.
  • the branch of the divider 665 and the connection structure 667 are disposed on different sides, and the connection structure 667 may be connected to the branch of the divider 665 through a via.
  • the dielectric 663 may include a support portion 671a, a support portion 671b, and a support portion 671c.
  • the shapes of the support portion 671a, 671b, and 671c may include a structure for supporting the antenna element 669.
  • the dielectric 663 may serve not only as an antenna substrate but also as a support for the antenna element 669.
  • Dielectric 663 may include one or more protrusions.
  • One or more protrusions may be formed at a higher position than the substrate portion of the dielectric 663 so that power supply to the antenna element 669 is performed at a short distance based on the metal substrate 661. Since the first power feeding structure 673a and the second power feeding structure 673b are arranged along one side of the dielectric 663, the power feeding position of the first power feeding structure 673a and the second power feeding structure 673b The feeding location may be closer to the antenna element 669. Through this, the gain of the sub-array module increases.
  • the signal fed to the connection structure 667 through the divider 665 may be transmitted to the antenna element 669 through the first feed structure 673a.
  • a vertical via may be used for electrical connection between the connection structure 667 and the first power feeding structure 673a.
  • the connection structure 667 may feed a signal to the first feed structure 673a disposed on the opposite side through a vertical via.
  • a gap exists between the first feeding structure 673a and the antenna element 669.
  • the signal applied to the first feeding structure 673a may be fed to the antenna element 669 in the air. Due to the air layer, the dielectric constant in the area where the signal is transmitted is lowered.
  • a layered structure containing an air layer can provide stable frequency characteristics in a wide band.
  • signals corresponding to different polarizations may be transmitted to the antenna element 669 through the second feeding structure 673b.
  • embodiments of the present disclosure provide matching for the antenna element through an additional structure disposed between the feeder and the divider of the antenna element.
  • Network can be provided.
  • a sub-array module disposed on a PCB or dielectric (e.g., plastic) substrate enables impedance matching in units of antenna elements through an additional structure mounted on one side. By reducing the deviation between antenna elements within the sub-arrays, non-linearity is compensated, so the influence due to the grating lobe can be reduced.
  • Figure 7 shows an example of a design procedure for a sub-array including an antenna element unit according to embodiments of the present disclosure.
  • feeding structures may be coupled to the antenna element.
  • a connection structure may be coupled to at least some of the feeding structures of the antenna element.
  • the connection structure for each antenna element within the sub-array may be connected to a branch of the divider.
  • N branches of the divider (N is an integer greater than or equal to 2) may each be connected to N antenna elements.
  • the connection structure can electrically connect the branch of the divider and the power supply structure.
  • One or more connection structures may be combined per antenna element.
  • connection structures may be formed so that matching is performed below a specified threshold (eg, -20dB). The shape and function of the connection structure are described in detail through FIG. 9.
  • the existing sub-array was manufactured through the procedures of antenna element design, divider phase design, divider phase design inspection, and impedance matching.
  • the connection structure for impedance matching of the antenna element unit is connected to the antenna element before being combined with the divider, so phase design and inspection of the divider can be omitted.
  • Impedance matching is not performed after the antenna element and the divider are combined, but impedance matching is performed on an antenna element basis before the antenna element is combined with the divider. Accordingly, nonlinearity in frequency-related characteristics between antenna elements within the same sub-array is reduced. Reduction of nonlinearity can improve problems caused by grating lobes because it reduces distortion of the phase or magnitude of the radiated signal. That is, since antenna reactance is sufficiently removed from each of all antenna elements, linearity increases and problems due to grating lobes are reduced.
  • the sub-array module according to embodiments can provide a sufficient steering range even in a wide bandwidth.
  • 8A and 8B illustrate removal performance of a grating lobe of a sub-array including an antenna element unit according to embodiments of the present disclosure.
  • a graph 800 shows the gain for each radiation angle of an MMU device including an antenna element-based sub-array.
  • the horizontal axis of the graph 800 represents the radiation angle (unit: degrees), and the vertical axis of the graph 850 represents the gain (unit: dB).
  • a grating lobe 810 occurs adjacent to the main lobe.
  • a graph 850 shows the gain for each radiation angle of an MMU device including an antenna element unit-based sub-array.
  • the horizontal axis of the graph 850 represents the radiation angle (unit: degrees), and the vertical axis of the graph 850 represents the gain (unit: dB).
  • removal 860 of the grating lobes adjacent to the main lobe is confirmed.
  • FIG 9 shows example shapes of a connection structure of an antenna element unit according to embodiments of the present disclosure.
  • the antenna element unit 331 depicted in FIGS. 3 to 8 may include a first connection structure for the first polarization and a second connection structure for the second polarization.
  • the description of the connection structure may be applied to both the first connection structure and the second connection structure.
  • the connection structure of the antenna element unit 331 may include a connection part, a linear part, a protrusion, and one or more stubs.
  • the description of the components of the connection structure includes not only the antenna element unit 331, but also the antenna element unit 910, antenna element unit 920, antenna element unit 930, and antenna element unit described later. The same applies to 940, and the antenna element unit 950.
  • connection part of the antenna element unit 331 can transmit the RF signal from the branch of the divider to the linear part.
  • the connection portion may have a curved shape directed from the outside toward a point of the linear portion. That is, the connection part may have a curved shape based on the direction of the linear part.
  • the linear portion of the antenna element unit 331 may transmit an RF signal to the feeding structure of the antenna element.
  • the linear portion may have the shape of a line facing a specific direction (hereinafter referred to as the line direction).
  • the line direction can be determined according to the polarization of the radiation signal.
  • the line direction may be a (+)45 degree direction or a (-)45 degree direction, as shown in FIG. 9.
  • the protrusion of the antenna element unit 331 may be disposed opposite to the feeding direction of the linear part, based on the point where the linear part and the connection part are coupled. According to one embodiment, the protrusion may have a curved shape based on the line direction of the linear part. Although not shown in FIG. 9, according to another embodiment, the protrusion may have a shape in which the linear portion extends based on the line direction of the linear portion.
  • the protrusion can be used to adjust the characteristic impedance of the antenna stage.
  • the arrangement of the protrusions can function as a capacitor or inductor for impedance matching.
  • the stub of the antenna element unit 331 may be arranged in parallel to the linear portion.
  • Figure 9 an example is shown in which one stub is arranged in parallel at a position opposite to the direction of the input unit based on the line direction, but embodiments of the present disclosure are not limited to this.
  • a plurality of stubs may be arranged in parallel.
  • a plurality of stubs may be arranged at different positions based on the track direction.
  • the stub can be used to adjust the characteristic impedance of the antenna stage.
  • the placement of the stub can function as a capacitor or inductor for impedance matching.
  • the shape of the connection structure can be determined. Accordingly, at the design stage of the sub-array module, a suitable shape of the connection structure can be determined. Depending on the current characteristic impedance of the antenna element, at least some of the components of the connection structure may be omitted. For example, to construct the required matching circuit, at least one of the protrusions or stubs may be omitted. For another example, in order to configure the required matching circuit, a shape different from the shape of the protrusion of the antenna element unit 331 may be required. For another example, in order to configure the required matching circuit, at least one additional stub may be required in addition to the stub of the antenna element unit 331.
  • connection structure of the antenna element unit 910 may include a connection part, a linear part, and a protrusion. Unlike the antenna element unit 331, the antenna element unit 910 may not include a stub.
  • connection structure of the antenna element unit 920 may include a connection portion, a linear portion, and two stubs. Unlike the antenna element unit 331, the antenna element unit 920 may not include a protrusion. Instead, antenna element unit 920 may include two stubs.
  • the connection structure of the antenna element unit 930 may include a connection part, a linear part, and a stub. Unlike the antenna element unit 331, the antenna element unit 930 may not include a protrusion. Additionally, the antenna element unit 930 may include a stub that is different from the stub of the antenna element unit 331. The position, thickness, and length of the stub of the antenna element unit 930 may be different from the position, thickness, and length of the stub of the antenna element unit 331, respectively.
  • connection structure of the antenna element unit 940 may include a connection part and a linear part. Unlike the antenna element unit 331, the antenna element unit 940 may not include stubs and protrusions.
  • connection structure of the antenna element unit 950 may include a connection portion, a linear portion, and two stubs. Unlike the antenna element unit 331, the antenna element unit 950 may not include a protrusion. The antenna element unit 950 may include two stubs arranged in both directions based on the line direction.
  • connection structure having a shape using the technical principle described in FIG. 9 may also be understood as an embodiment of the present disclosure.
  • the sub-array may include the antenna element units described above. According to one embodiment, the shapes of antenna element units of the sub-array may be the same. According to another embodiment, the shapes of the antenna element units of the sub-array may be different. According to another embodiment, at least some of the antenna element units of the sub-array may have the same shape, and at least some of the antenna element units may have different shapes.
  • 10A and 10B show examples of sub-arrays including antenna element units according to embodiments of the present disclosure.
  • the sub-array may be a 3x1 sub-array.
  • the sub-array may include three antenna element units.
  • the sub-array may include three antenna element units.
  • the sub-array may include a first antenna element unit, a second antenna element unit, and a third antenna element unit.
  • the first antenna element unit may include a first antenna element 1031, a first connection structure 1041a, and a second connection structure 1041b.
  • the second antenna element unit may include a second antenna element 1033, a third connection structure 1043a, and a fourth connection structure 1043b.
  • the third antenna element unit may include a third antenna element 1035, a fifth connection structure 1045a, and a sixth connection structure 1045b.
  • the sub-array may include two dividers.
  • the two dividers may include a first divider 1001a for the first polarization and a second divider 1001b for the second polarization.
  • the first divider 1001a may include three branches.
  • the second divider 1001b may include three branches.
  • the sub-array may be a 4x1 sub-array.
  • the sub-array may include four antenna element units and two dividers.
  • the sub-array may include four antenna element units.
  • the sub-array may include a first antenna element unit, a second antenna element unit, a third antenna element unit, and a fourth antenna element unit.
  • the first antenna element unit may include a first antenna element 1081, a first connection structure 1091a, and a second connection structure 1091b.
  • the second antenna element unit may include a second antenna element 1083, a third connection structure 1093a, and a fourth connection structure 1093b.
  • the third antenna element unit may include a third antenna element 1085, a fifth connection structure 1095a, and a sixth connection structure 1095b.
  • the fourth antenna element unit may include a fourth antenna element 1087, a seventh connection structure 1097a, and an eighth connection structure 1097b.
  • the two dividers may include a first divider 1051a for the first polarization and a second divider 1051b for the second polarization.
  • the first divider 1051a may include four branches.
  • the second divider 1051b may include four branches.
  • the first antenna element unit 331 of FIG. 3 is illustrated as the shape of the antenna element unit, but embodiments of the present disclosure are not limited thereto. At least one of the antenna element units shown in FIG. 9 may replace the first antenna element unit 331.
  • FIG 11 shows an example of a sub-array module including antenna element units according to embodiments of the present disclosure.
  • a perspective view 1100 shows a sub-array module including antenna element units according to embodiments.
  • the specific structure of the second antenna element unit of the sub-array module is shown through a perspective view 1103.
  • the sub-array module may include a metal substrate 1110.
  • the sub-array module may include an antenna substrate 1120.
  • An antenna substrate 1120 may be disposed on one side of the metal substrate 1110.
  • the stacked structure of the sub-array module may be the stacked structure shown in FIG. 5 .
  • the sub-array module may include a first divider (1101a) and a second divider (1101b).
  • a metal pattern may be formed on one side of the antenna substrate 1120.
  • the metal pattern may include a first divider 1101a.
  • the metal pattern may include a second divider 1101b.
  • the first divider 1101a may be used to feed a signal for the first polarization to each antenna element (eg, the antenna element 1160).
  • the second divider 1101b may be used to feed a signal for the second polarization to each antenna element (eg, the antenna element 1160).
  • the sub-array module may include an antenna element unit.
  • the antenna element unit may include an antenna element 1160.
  • the antenna element 1160 may refer to a radiator.
  • antenna element 1160 may include a radiating patch.
  • 3 to 11 illustrate a rectangular radiation patch, but embodiments of the present disclosure are not limited thereto.
  • the shape of the radiation patch may be a polygon such as a hexagon or an octagon in addition to a square.
  • the shape of the radiation patch may be a rectangular shape with both ends cut or a curved shape. Additionally, according to an additional embodiment, some areas of the surface of the radiation patch may be removed to improve cross-polarization ratio (CPR) performance.
  • CPR cross-polarization ratio
  • the antenna element unit may include a first power feeding structure 1131a.
  • the antenna element unit may include a second power feeding structure 1131b.
  • the antenna element unit may include a third power feeding structure 1132a.
  • the antenna element unit may include a fourth power feeding structure 1132b.
  • the antenna element unit may include a support structure 1150.
  • the first feeding structure 1131a, the second feeding structure 1131b, the third feeding structure 1132a, and the fourth feeding structure 1132b may be combined with the support structure 1150.
  • Support structure 1150 may be coupled with antenna element 1160.
  • the first power feeding structure 1131a and the third power feeding structure 1132a may be arranged to face each other.
  • the second power feeding structure 1131b and the fourth power feeding structure 1132b may be arranged to face each other.
  • Each feeding structure may support the antenna element 1160 through the support structure 1150.
  • the antenna element unit may include a first connection structure 1141a.
  • the first connection structure 1141a may be coupled to the first power feeding structure 1131a.
  • the first connection structure 1141a may be disposed between a branch of the first divider 1101a and the first power feeding structure 1131a.
  • the first connection structure 1141a may electrically connect a branch of the first divider 1101a and the first power feeding structure 1131a.
  • the first connection structure 1141a may be configured to provide electrical connection as well as to reduce the reactance of the characteristic impedance associated with the antenna element 1160 viewed from the branch of the first divider 1101a. That is, the shape 1190 of the first connection structure 1141a may function as a matching network.
  • the antenna element unit may include a second connection structure 1141b.
  • the second connection structure 1141b may be coupled to the second power feeding structure 1131b.
  • the second connection structure 1141b may be disposed between the branch of the second divider 1101b and the second power feeding structure 1131b.
  • the second connection structure 1141b may electrically connect a branch of the second divider 1101b and the second power feeding structure 1131b.
  • the second connection structure 1141b may be configured to reduce the reactance of the characteristic impedance associated with the antenna element 1160 viewed from the branch of the second divider 1101b.
  • CPR is the ratio of the co-polarization component and the cross-polarization component.
  • the CPR standard is managed at a radiation angle of 0 degrees (boresight) and ⁇ 60 degrees (sector edge) in the horizontal radiation pattern of the antenna, and in the case of an array antenna, the CPR is affected by the CPR performance of all single elements.
  • a high CPR indicates low channel correlation between signals with different polarizations.
  • signals with different polarizations pass through independent channels, polarization diversity can increase.
  • a dual polarization antenna is used for polarization diversity. As the polarization diversity increases, the signal gain can increase, which in turn causes an increase in channel capacity. Therefore, the independence between polarization components in a dual polarization antenna is used as an indicator of the performance of the dual polarization antenna. .
  • CPR performance becomes more important due to the narrow spacing between antennas.
  • 4G base stations that provide services using wide beams wider antenna spacing increases spatial separation and improves communication performance, but in 5G base stations that provide services using narrow beam widths and high power density beams, it is necessary to expand the beamforming area.
  • the antenna spacing of the array antenna must be narrowed.
  • the narrow antenna spacing of the 5G base station e.g., 5G NR gNB, NG-RAN node
  • 4G base station e.g., LTE eNB
  • inter-antenna interference increases, so technology to prevent CPR deterioration is required. It is important.
  • CPR performance is proportional to throughput and BER (bit error rate) performance, which are key indicators of communication performance, operators are demanding high CPR to improve 5G communication performance.
  • the antenna element unit according to embodiments may support 4-port using 4 signal inputs, rather than using only 2 signal inputs.
  • examples of antenna element units for 4-ports are described through FIGS. 12A to 14.
  • FIG. 12A shows an example of an antenna element unit for 4-port according to embodiments of the present disclosure.
  • the antenna element unit 1200 includes an antenna element 1260, a first feeding structure 1271a, a second feeding structure 1271b, a third feeding structure 1272a, and a fourth feeding structure. It may include a power feeding structure 1272b, a first connection structure 1281a, a second connection structure 1281b, a third connection structure 1282a, and a fourth connection structure 1282b.
  • the antenna element 1265 may refer to a radiator for radiating a fed signal into the air.
  • antenna element 1265 may include a radiating patch.
  • a square radiation patch is illustrated in FIG. 12A, embodiments of the present disclosure are not limited thereto.
  • the shape of the radiation patch may be a rectangular shape with both ends cut or a curved shape. Additionally, according to an additional embodiment, some areas of the surface of the radiation patch may be removed to improve cross-polarization ratio (CPR) performance.
  • CPR cross-polarization ratio
  • the first feeding structure 1271a, the second feeding structure 1271b, the third feeding structure 1272a, and the fourth feeding structure 1272b are components for feeding the applied signal to the antenna element 1265.
  • the first feeding structure 1271a and the third feeding structure 1272a may be arranged according to the direction of the first polarized wave.
  • the second feeding structure 1271b and the fourth feeding structure 1272b may be arranged according to the direction of the second polarized wave.
  • the first feeding structure 1271a, the second feeding structure 1271b, the third feeding structure 1272a, and the fourth feeding structure 1272b may support the antenna element through the support structure 1290.
  • Each of the first feeding structure 1271a, the second feeding structure 1271b, the third feeding structure 1272a, and the fourth feeding structure 1272b may be coupled to the support structure 1290. Meanwhile, unlike shown in FIG. 12A, each feeding structure may be configured to support the antenna element without the support structure 1290.
  • the first connection structure 1281a may be connected to the first power feeding structure 1271a.
  • the first connection structure 1281a may be connected to the first divider for the first polarization. That is, the first connection structure 1281a may be disposed between the first power feeding structure 1271a and the first divider.
  • the first connection structure 1281a may be disposed for impedance matching of the antenna element 1265. That is, the first connection structure 1281a may be configured to reduce the reactance of the characteristic impedance from the branch of the first divider to the antenna element 1265.
  • the second connection structure 1281b may be connected to the second power feeding structure 1271b.
  • the second connection structure 1281b may be connected to a second divider for second polarization. That is, the second connection structure 1281b may be disposed between the second power feeding structure 1271b and the second divider.
  • the second connection structure 1281b may be disposed for impedance matching of the antenna element 1265. That is, the second connection structure 1281b may be configured to reduce the reactance of the characteristic impedance from the branch of the second divider to the antenna element 1265.
  • the third connection structure 1282a may be connected to the third power feeding structure 1272a.
  • the third connection structure 1282a may be connected to the first divider for the first polarization. That is, the third connection structure 1282a may be disposed between the third power feeding structure 1272a and the first divider.
  • the third connection structure 1282a may be disposed for impedance matching of the antenna element 1265.
  • the first divider may include two branches for the antenna element 1265.
  • the first divider can have 2N branches for N antenna elements (N is an integer greater than or equal to 2). Two branches of the signal can be supplied to each antenna element.
  • the fourth connection structure 1282b may be connected to the fourth power feeding structure 1272b.
  • the fourth connection structure 1282b may be connected to a second divider for the second polarization. That is, the fourth connection structure 1282b may be disposed between the fourth power feeding structure 1272b and the second divider.
  • the fourth connection structure 1282b may be disposed for impedance matching of the antenna element 1265.
  • the second divider may include two branches for the antenna element 1265.
  • the second divider can have 2N branches for N antenna elements (N is an integer greater than or equal to 2). Two branches of the signal can be supplied to each antenna element.
  • connection structures 1265 A total of four connection structures are arranged for the antenna element 1265. Through four connection structures and four feed structures, two branches of signals for each polarization can be supplied to the antenna element 1265. Antenna element 1265 can radiate four input signals.
  • the difference between the phase conversion value of the first connection structure 1281a and the phase conversion value using the third connection structure 1282a may be substantially 180 degrees.
  • the first connection structure 1281a and the third connection structure 1281a are connected so that the phase difference between the same polarized waves is 180 degrees.
  • 3 connection structures 1282a may be formed. Additionally, because the signals of the first polarization are orthogonal to the signals of the second polarization through a phase difference of 180 degrees, CPR performance is improved.
  • the difference between the phase conversion value of the second connection structure 1281b and the phase conversion value using the third connection structure 1282a may be substantially 180 degrees.
  • the second connection structure 1281b and the fourth connection structure 1281b are connected so that the phase difference between the same polarized waves is 180 degrees.
  • 4 connection structures 1282b may be formed. Additionally, because the signals of the second polarization are orthogonal to the signals of the first polarization through a phase difference of 180 degrees, CPR performance is improved.
  • connection structure 1281a the shape of the connection structure for impedance matching
  • the connection structure 1281b the shape of the connection structure for impedance matching
  • the embodiments of the present disclosure are not limited thereto.
  • the shape of the connection structure can be changed in various ways as long as the technical principle of using impedance matching is the same. Examples of the shape of specific connection structures are described through FIG. 14.
  • FIG. 12B shows an example 1250 of a sub-array including antenna element units for 4-port according to embodiments of the present disclosure.
  • a 3x1 sub-array is illustrated in FIG. 12B, embodiments of the present disclosure are not limited thereto.
  • the sub-array may be a 4x1 sub-array.
  • the sub-array may be a 3x2 sub-array.
  • the sub-array may include antenna element units for three 4-ports.
  • the antenna element unit for 4-port may be referred to as a 4-port based antenna element unit.
  • the sub-array is a first 4-port based antenna element unit (1291). It may include a second 4-port based antenna element unit 1293 and a third 4-port based antenna element unit 1295.
  • the description of the antenna element unit of FIG. 12A can be applied to each antenna element unit.
  • the sub-array may include two dividers.
  • the two dividers may include a first divider 1251a for the first polarization and a second divider 1251b for the second polarization.
  • the first divider 1251a may include three branches.
  • the second divider 1251b may include three branches.
  • Figure 13 shows an example of a sub-array module including antenna element units for 4-port according to embodiments of the present disclosure.
  • a perspective view 1300 shows a sub-array module including antenna element units according to embodiments.
  • the specific structure of the second antenna element unit of the sub-array module is shown through a perspective view 1303.
  • the sub-array module may include a metal substrate 1310.
  • the sub-array module may include an antenna substrate 1320.
  • An antenna substrate 1320 may be disposed on one side of the metal substrate 1310.
  • the stacked structure of the sub-array module may be the stacked structure shown in FIG. 5 .
  • the sub-array module may include a first divider 1301a and a second divider 1301b.
  • a metal pattern may be formed on one side of the antenna substrate 1320.
  • the metal pattern may include a first divider 1301a.
  • the metal pattern may include a second divider 1301b.
  • the first divider 1301a may be used to feed a signal for the first polarization to each antenna element (eg, the antenna element 1360).
  • the second divider 1301b may be used to feed a signal for the second polarization to each antenna element (eg, the antenna element 1360).
  • the sub-array module may include an antenna element unit.
  • the antenna element unit may include an antenna element 1360.
  • the antenna element 1360 may refer to a radiator.
  • antenna element 1360 may include a radiating patch. 3, 4a, 4b, 5, 6a, 6b, 6c, 6d, 7, 8a, 8b, 9, 10a, 10b, 11, 12a, and
  • a square radiation patch is illustrated in 12b, embodiments of the present disclosure are not limited thereto.
  • the shape of the radiation patch may be a polygon such as a hexagon or an octagon in addition to a square.
  • the shape of the radiation patch may be a rectangular shape with both ends cut or a curved shape. Additionally, according to an additional embodiment, some areas of the surface of the radiation patch may be removed to improve cross-polarization ratio (CPR) performance.
  • CPR cross-polarization ratio
  • the antenna element unit may include a first power feeding structure 1331a.
  • the antenna element unit may include a second power feeding structure 1331b.
  • the antenna element unit may include a third power feeding structure 1332a.
  • the antenna element unit may include a fourth power feeding structure 1332b.
  • the antenna element unit may include a support structure 1350.
  • the first feeding structure 1331a, the second feeding structure 1331b, the third feeding structure 1332a, and the fourth feeding structure 1332b may be combined with the support structure 1350.
  • Support structure 1350 may be coupled with antenna element 1360.
  • the first power feeding structure 1331a and the third power feeding structure 1332a may be arranged to face each other.
  • the second power feeding structure 1331b and the fourth power feeding structure 1332b may be arranged to face each other.
  • Each feeding structure may support the antenna element 1360 through a support structure 1350.
  • the antenna element unit may include a first connection structure 1341a.
  • the first connection structure 1341a may be coupled to the first power feeding structure 1331a.
  • the first connection structure 1341a may be disposed between a branch of the first divider 1301a and the first power feeding structure 1331a.
  • the first connection structure 1341a may electrically connect a branch of the first divider 1301a and the first power feeding structure 1331a.
  • the first connection structure 1341a may be configured to reduce the reactance of the characteristic impedance associated with the antenna element 1360 viewed from the branch of the first divider 1301a as well as the electrical connection. That is, the shape 1390 of the first connection structure 1341a may function as a matching network.
  • the antenna element unit may include a second connection structure 1341b.
  • the second connection structure 1341b may be coupled to the second power feeding structure 1331b.
  • the second connection structure 1341b may be disposed between the branch of the second divider 1301b and the second power feeding structure 1331b.
  • the second connection structure 1341b may electrically connect a branch of the second divider 1301b to the second power feeding structure 1331b.
  • the second connection structure 1341b may be configured to reduce the reactance of the characteristic impedance associated with the antenna element 1360 viewed from the branch of the second divider 1301b.
  • the antenna element unit may include a third connection structure 1342a.
  • the third connection structure 1342a may be coupled to the third power feeding structure 1332a.
  • the third connection structure 1342a may be disposed between a branch of the first divider 1301a and the third power feeding structure 1332a.
  • the third connection structure 1342a may electrically connect a branch of the first divider 1301a to the third power feeding structure 1332a.
  • the third connection structure 1342a may be configured to reduce the reactance of the characteristic impedance associated with the antenna element 1360 viewed from the branch of the first divider 1301a as well as the electrical connection.
  • the antenna element unit may include a fourth connection structure 1342b.
  • the fourth connection structure 1342b may be coupled to the fourth power feeding structure 1332b.
  • the fourth connection structure 1342b may be disposed between the branch of the second divider 1301b and the fourth power feeding structure 1332b.
  • the fourth connection structure 1342b may electrically connect a branch of the second divider 1301b to the fourth power feeding structure 1332b.
  • the fourth connection structure 1342b may be configured to reduce the reactance of the characteristic impedance associated with the antenna element 1360 viewed from the branch of the second divider 1301b. That is, the shape 1395 of the fourth connection structure 1342b can function as a matching network.
  • 14A and 14B show examples of sub-arrays including antenna element units for 4-port according to embodiments of the present disclosure.
  • 14A and 14B show an antenna element unit and a sub-array for a 4-port, to which various examples of the shape of the connection structure mentioned in FIG. 9 are applied.
  • 14A and 14B illustrate a 3x1 sub-array, but embodiments of the present disclosure are not limited thereto.
  • the sub-array may be a 4x1 sub-array.
  • the sub-array may be a 3x2 sub-array.
  • the antenna element unit of the sub-array 1250 includes a first connection structure for the first polarization, a second connection structure for the second polarization, a third connection structure for the first polarization, and a second polarization. It may include a fourth connection structure for.
  • the description of the connection structure may be applied to all of the first connection structure, the second connection structure, the third connection structure, and the fourth connection structure.
  • connection structure of the sub-array 1250 for 4-ports may include a connection part, a linear part, a protrusion, and one or more stubs as components of the connection structure.
  • the connection structure of the sub-array 1250 for 4-port is shown in FIGS. 3, 4A, 4B, 5, 6A, 6B, 6C, 6D, 7, 8A, and 8B. It can correspond to the connection structure of the antenna element unit 331.
  • the antenna element unit 331 includes two connection structures, but the connection structure of the sub-array 1250 for 4-ports may include four connection structures. Connection structures of the same polarization may be arranged symmetrically with respect to the center of the antenna element.
  • the shape of the connection structure can be determined. Accordingly, at the design stage of the sub-array module, a suitable shape of the connection structure can be determined. Depending on the current characteristic impedance of the antenna element, at least some of the components of the connection structure may be omitted. For example, to construct the required matching circuit, at least one of the protrusions or stubs may be omitted.
  • connection structure of the sub-array 1410 for 4-ports may include a connection part, a linear part, and a protrusion as components of the connection structure.
  • the connection structure of the sub-array 1250 for 4-ports may correspond to the connection structure of the antenna element unit 910 shown in FIG. 9.
  • the antenna element unit 910 includes two connection structures, but the connection structure of the sub-array 1410 for 4-ports may include four connection structures. Connection structures of the same polarization may be arranged symmetrically with respect to the center of the antenna element.
  • connection structure of the sub-array 1420 for 4-ports may include a connection part, a linear part, and two stubs as components of the connection structure.
  • the connection structure of the sub-array 1420 for 4-ports may correspond to the connection structure of the antenna element unit 920 shown in FIG. 9.
  • the antenna element unit 920 includes two connection structures, but the connection structure of the sub-array 1420 for 4-ports may include four connection structures. Connection structures of the same polarization may be arranged symmetrically with respect to the center of the antenna element.
  • connection structure of the sub-array 1430 for 4-ports may include a connection part, a linear part, and a stub as components of the connection structure.
  • the connection structure of the sub-array 1430 for 4-ports may correspond to the connection structure of the antenna element unit 930 shown in FIG. 9.
  • the antenna element unit 930 includes two connection structures, but the connection structure of the sub-array 1430 for 4-ports may include four connection structures. Connection structures of the same polarization may be arranged symmetrically with respect to the center of the antenna element.
  • connection structure of the sub-array 1440 for 4-ports may include a connection part and a linear part as components of the connection structure.
  • the connection structure of the sub-array 1440 for 4-ports may correspond to the connection structure of the antenna element unit 940 shown in FIG. 9.
  • the antenna element unit 940 includes two connection structures, but the connection structure of the sub-array 1440 for 4-ports may include four connection structures. Connection structures of the same polarization may be arranged symmetrically with respect to the center of the antenna element.
  • connection structure of the sub-array 1450 for 4-ports may include a connection part, a linear part, and two stubs as components of the connection structure.
  • the connection structure of the sub-array 1450 for 4-ports may correspond to the connection structure of the antenna element unit 950 shown in FIG. 9.
  • the antenna element unit 950 includes two connection structures, but the connection structure of the sub-array 1450 for 4-ports may include four connection structures. Connection structures of the same polarization may be arranged symmetrically with respect to the center of the antenna element.
  • FIG. 15 illustrates the functional configuration of an electronic device including an antenna array with antenna element units according to embodiments of the present disclosure.
  • the electronic device 1510 may be the base station 110 of FIG. 1 or an MMU of the base station 110. Meanwhile, unlike shown, the present disclosure does not exclude that the antenna structure described above or the electronic device 1510 including the same may be implemented in the terminal 120 of FIG. 1. Not only the antenna structure itself mentioned through FIGS. 1 to 14B, but also electronic devices including the same are included in embodiments of the present disclosure.
  • the electronic device 1510 may include an antenna structure including a decoupling coupler disposed between power dividers electrically connected to the sub-array.
  • the electronic device 1510 may include an antenna unit 1511, a filter unit 1512, a radio frequency (RF) processing unit 1513, and a control unit 1514.
  • RF radio frequency
  • the antenna unit 1511 may include multiple antennas.
  • the antenna performs functions to transmit and receive signals through a wireless channel.
  • the antenna may include a radiator made of a conductor or a conductive pattern formed above a substrate (eg, PCB or dielectric).
  • the antenna can radiate an 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 1511 may include an antenna array in which a plurality of antenna elements form an array.
  • the antenna unit 1511 may be electrically connected to the filter unit 1512 through RF signal lines.
  • the antenna unit 1511 may be mounted on a PCB including multiple antenna elements.
  • the PCB may include a plurality of RF signal lines connecting each antenna element and the filter of the filter unit 1512. These RF signal lines may be referred to as a feeding network.
  • the antenna unit 1511 may provide the received signal to the filter unit 1512 or radiate the signal provided from the filter unit 1512 into the air.
  • the antenna unit 1511 may include one or more sub-array modules.
  • the sub-array module may include a divider and an antenna element unit.
  • additional structures may be disposed between the divider and the feed portion of the antenna element. 1, 2a, 2b, 3, 4a, 4b, 5, 6a, 6b, 6c, 6d, 7, 8a, 8b, 9, 10a, 10b ,
  • the antenna element unit includes an antenna element, a first feeding structure for the first polarization, and a first feeding structure for the second polarization.
  • the first divider is a metal pattern for the first polarization, and the first divider has a branch for each antenna element of the sub-array.
  • the second divider is a metal pattern for the second polarization, and the second divider has a branch for each antenna element of the sub-array.
  • FIG. 15 the first antenna element unit 331 of FIG. 3 is illustrated as an antenna with a decoupling coupler, but in FIGS. 9, 10a, 10b, 11, 12a, 12b, 13, 14a, and FIG. Of course, the shapes of 14b can be applied in combination with the description of FIG. 15. In addition, if it is disposed between the branch of the divider and the antenna element and is a structure for a matching network for each antenna element, the descriptions described later can be applied.
  • the filter unit 1512 may perform filtering to transmit a signal of a desired frequency.
  • the filter unit 1512 may perform a function to selectively identify frequencies by forming a resonance.
  • the filter unit 1512 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 1512 may include RF circuits for obtaining signals in a frequency band for transmission or a frequency band for reception.
  • the filter unit 1512 according to various embodiments may electrically connect the antenna unit 1511 and the RF processing unit 1513.
  • the RF processing unit 1513 may include a plurality of RF paths.
  • An RF path may be a unit of a path along 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.
  • the RF chain may include multiple RF elements.
  • RF devices may include amplifiers, mixers, oscillators, DACs, ADCs, etc.
  • the RF processing unit 1513 includes an up converter that upconverts a base band digital transmission signal to a transmission frequency, and a DAC that converts the upconverted digital transmission signal into an analog RF transmission signal. (digital-to-analog converter) may be included.
  • the upconverter and DAC form part of the transmit path.
  • the transmission path may further include a power amplifier (PA) or coupler (or combiner).
  • the RF processing unit 1513 includes an analog-to-digital converter (ADC) that converts an analog RF reception signal into a digital reception signal and a down converter that converts the digital reception signal into a baseband digital reception signal. ) may include.
  • 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 coupler (or divider).
  • LNA low-noise amplifier
  • RF components of the RF processing unit can be implemented on a PCB.
  • the electronic device 1510 may include a structure in which an antenna unit 1511, a filter unit 1512, and an RF processing unit 1513 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 control unit 1514 may control overall operations of the electronic device 1510.
  • the control unit 1514 may include various modules for performing communication.
  • the control unit 1514 may include at least one processor, such as a modem.
  • the control unit 1514 may include modules for digital signal processing.
  • the control unit 1514 may include a modem.
  • When transmitting data the control unit 1514 generates complex symbols by encoding and modulating the transmission bit stream. Additionally, for example, when receiving data, the control unit 1514 restores the received bit stream by demodulating and decoding the baseband signal.
  • the control unit 1514 can perform protocol stack functions required by communication standards.
  • FIG. 15 the functional configuration of an electronic device 1510 is described as equipment in which the antenna structure of the present disclosure can be utilized.
  • the example shown in Figure 15 is similar to Figures 1, 2a, 2b, 3, 4a, 4b, 5, 6a, 6b, 6c, 6d, 7, 8a, 8b.
  • the embodiments of the present disclosure are not limited to the components of the equipment shown in FIG. 15. Accordingly, an antenna module including an antenna structure, other configurations of communication equipment, and the antenna structure itself may also be understood as embodiments of the present disclosure.
  • Embodiments of the present disclosure propose a structure of an antenna array to improve the synthesis pattern of the antenna array. Additional structures may be placed between each antenna element and a branch of the divider. The shape of the additional structure can be used for impedance matching for each antenna element. In other words, additional structures combined with antenna elements can function as a matching network.
  • the antenna element unit according to embodiments of the present disclosure can remove grating lobes in a wide band without increasing the overall size or reducing gain through a matching network added to the antenna element itself. Therefore, an antenna array including an antenna element unit according to embodiments of the present disclosure can provide high peak gain and a wide steering range in a wide bandwidth.
  • an electronic device including a sub-array module includes an antenna substrate, a plurality of antenna element units, a first divider for first polarization, And it may include a second divider for second polarization.
  • Each antenna element unit of the plurality of antenna element units includes an antenna element for radiation of a signal, a first feeding structure for the first polarization, and a first polarization structure for the second polarization. It may include a second feeding structure, a first connecting structure for branching of the first feeding structure and the first divider, and a second connecting structure for branching of the second feeding structure and the second divider. there is.
  • the first connection structure may be configured to reduce the reactance of the characteristic impedance from the branch of the first divider to the antenna element.
  • the second connection structure may be configured to reduce the reactance of the characteristic impedance from the branch of the second divider to the antenna element.
  • the first feeding structure and the second feeding structure may be arranged to support the corresponding antenna element.
  • the shape of the first connection structure may include a first connection part coupled to a branch of the first divider and a first linear part for feeding power to the first power feeding structure.
  • the shape of the second connection structure may include a second connection part coupled to a branch of the second divider and a second linear part for feeding power to the second power feeding structure.
  • the shape of the first connection structure may further include a first protrusion having a curved shape in respect to the first linear portion.
  • the shape of the second connection structure may further include a second protrusion having a curved shape with respect to the second linear portion.
  • the shape of the first connection structure may include one or more stubs arranged based on a direction perpendicular to the direction of feeding power from the first connection structure to the first power feeding structure.
  • the shape of the second connection structure may include one or more stubs arranged based on a direction perpendicular to the direction of feeding power from the second connection structure to the second feed structure.
  • the antenna element unit includes a third connection structure for branching the first divider, a fourth connection structure for branching the second divider, and a third power feeding structure connected to the third connection structure. , and may further include a fourth power feeding structure connected to the fourth connection structure.
  • the first feeding structure and the third feeding structure may be arranged based on the direction of the first polarized wave.
  • the second feeding structure and the fourth feeding structure may be arranged based on the direction of the second polarized wave.
  • another antenna element unit among the plurality of antenna element units may include another antenna element and a fifth feed structure for another branch of the first divider.
  • the other antenna element unit may include a sixth feed structure for another branch of the second divider.
  • the other antenna element unit includes a fifth connecting structure for branching the fifth feeding structure and the first divider, and a sixth connecting structure for branching the fifth feeding structure and the second divider. can do.
  • the fifth feeding structure and the sixth feeding structure may be configured to reduce the reactance of the other antenna element.
  • the electronic device may further include a metal plate for a ground.
  • the antenna substrate may be disposed on one side of the metal substrate.
  • the antenna substrate may be formed of at least a portion of a dielectric.
  • the shape of the dielectric may include one or more supports for supporting the antenna element, for each plurality of antenna element units.
  • an electronic device may include a processor, RF processing chains, a filter module, and an antenna array module including a plurality of sub-arrays.
  • Each sub-array of the plurality of sub-arrays includes an antenna substrate, a plurality of antenna element units, a first divider for first polarization, and a second divider for second polarization. May include dividers.
  • Each antenna element unit of the plurality of antenna element units includes an antenna element for radiation of a signal, a first feeding structure for the first polarization, and a first polarization structure for the second polarization. It may include a second feeding structure, a first connecting structure for branching of the first feeding structure and the first divider, and a second connecting structure for branching of the second feeding structure and the second divider. there is.
  • the first connection structure may be configured to reduce the reactance of the characteristic impedance from the branch of the first divider to the antenna element.
  • the second connection structure may be configured to reduce the reactance of the characteristic impedance from the branch of the second divider to the antenna element.
  • the first feeding structure and the second feeding structure may be arranged to support the corresponding antenna element.
  • the shape of the first connection structure may include a first connection part coupled to a branch of the first divider and a first linear part for feeding power to the first power feeding structure.
  • the shape of the second connection structure may include a second connection part coupled to a branch of the second divider and a second linear part for feeding power to the second power feeding structure.
  • the shape of the first connection structure may further include a first protrusion having a curved shape in respect to the first linear portion.
  • the shape of the second connection structure may further include a second protrusion having a curved shape with respect to the second linear portion.
  • the shape of the first connection structure may include one or more stubs arranged based on a direction perpendicular to the direction of feeding power from the first connection structure to the first power feeding structure.
  • the shape of the second connection structure may include one or more stubs arranged based on a direction perpendicular to the direction of feeding power from the second connection structure to the second feed structure.
  • the antenna element unit includes a third connection structure for branching the first divider, a fourth connection structure for branching the second divider, and a third power feeding structure connected to the third connection structure. , and may further include a fourth power feeding structure connected to the fourth connection structure.
  • the first feeding structure and the third feeding structure may be arranged based on the direction of the first polarized wave.
  • the second feeding structure and the fourth feeding structure may be arranged based on the direction of the second polarized wave.
  • another antenna element unit among the plurality of antenna element units may include another antenna element and a fifth feed structure for another branch of the first divider.
  • the other antenna element unit may include a sixth feed structure for another branch of the second divider.
  • the other antenna element unit includes a fifth connecting structure for branching the fifth feeding structure and the first divider, and a sixth connecting structure for branching the fifth feeding structure and the second divider. can do.
  • the fifth feeding structure and the sixth feeding structure may be configured to reduce the reactance of the other antenna element.
  • the electronic device may further include a metal plate for a ground.
  • the antenna substrate may be disposed on one side of the metal substrate.
  • the antenna substrate may be formed of at least a portion of a dielectric.
  • the shape of the dielectric may include one or more supports for supporting the antenna element, for each plurality of antenna element units.
  • the shape of the first connection structure may include at least one stub arranged based on a direction perpendicular to the direction of feeding power from the first connection structure to the first power feeding structure.
  • the stub is configured to adjust the characteristic impedance of the antenna stage.
  • the array of stubs functions as a capacitor.
  • a computer-readable storage medium that stores one or more programs (software modules) may be provided.
  • One or more programs stored in a computer-readable storage medium are configured to be executable by one or more processors in an electronic device (configured for execution).
  • One or more programs include instructions that cause the electronic device to execute methods according to embodiments described in the claims or specification of the present disclosure.
  • These 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 types of disk storage. It can be stored in an optical storage device or magnetic cassette. Alternatively, it may be stored in a memory consisting of a combination of some or all of these. Additionally, multiple configuration memories may be included.
  • 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 types of disk storage. It can be stored in an optical storage device or magnetic cassette. Alternatively, it may be stored in a memory consisting of a combination of some or all of these. Additionally, multiple configuration memories may
  • the program may be distributed 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 combination thereof. It may be stored on an attachable storage device that is accessible. This storage device can be connected to a device performing an embodiment of the present disclosure through an external port. Additionally, a separate storage device on a communications network may be connected to the device performing embodiments of the present disclosure.
  • 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 combination thereof. It may be stored on an attachable storage device that is accessible. This storage device can be connected to a device performing an embodiment of the present disclosure through an external port. Additionally, a separate storage device on a communications network may be connected to the device performing embodiments of the present disclosure.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

서브 어레이 모듈을 포함하는 전자 장치가 제공된다. 상기 전자 장치는, 안테나 기판(antenna substrate), 복수의 안테나 엘리멘트 유닛들(antenna element units), 제1 편파를 위한 제1 디바이더(divider), 및 제2 편파를 위한 제2 디바이더(divider)를 포함할 수 있다. 상기 복수의 안테나 엘리멘트 유닛들의 각 안테나 엘리멘트 유닛(antenna element)은 신호의 방사를 위한 안테나 엘리멘트(antenna element), 상기 제1 편파를 위한 제1 급전 구조체(feeding structure), 상기 제2 편파를 위한 제2 급전 구조체, 상기 제1 급전 구조체 및 상기 제1 디바이더의 분기를 위한 제1 연결 구조체(connecting structure), 및 상기 제2 급전 구조체 및 상기 제2 디바이더의 분기를 위한 제2 연결 구조체를 포함할 수 있다.

Description

안테나 어레이의 안테나 엘리멘트를 위한 매칭 네트워크 및 이를 포함하는 전자 장치
본 개시(disclosure)는 안테나 어레이(antenna array)에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 안테나 어레이의 안테나 엘리멘트를 위한 매칭 네트워크 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
무선 통신 시스템의 빔포밍(beamforming) 기술을 이용하는 전자 장치는 복수의 안테나 엘리멘트(antenna element)들을 포함한다. 디바이더는 입력된 신호를 안테나 엘리멘트들 각각에게 신호를 전달할 수 있다. 이 때, 안테나 엘리멘트에 인가되는 신호에 왜곡이 발생할 수 있다.
상기 정보는 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경 정보로만 제공된다. 위의 내용 중 어느 것이 개시와 관련하여 선행 기술로 적용될 수 있는지 여부에 대해 어떠한 결정도 이루어지지 않았으며 어떠한 주장도 이루어지지 않는다.
본 개시의 실시예들에 있어서, 서브 어레이 모듈을 포함하는 전자 장치가 제공된다. 상기 전자 장치는, 안테나 기판(antenna substrate), 복수의 안테나 엘리멘트 유닛들(antenna element units), 제1 편파를 위한 제1 디바이더(divider), 및 제2 편파를 위한 제2 디바이더(divider)를 포함할 수 있다. 상기 복수의 안테나 엘리멘트 유닛들의 각 안테나 엘리멘트 유닛(antenna element)은 신호의 방사를 위한 안테나 엘리멘트(antenna element), 상기 제1 편파를 위한 제1 급전 구조체(feeding structure), 상기 제2 편파를 위한 제2 급전 구조체, 상기 제1 급전 구조체 및 상기 제1 디바이더의 분기를 위한 제1 연결 구조체(connecting structure), 및 상기 제2 급전 구조체 및 상기 제2 디바이더의 분기를 위한 제2 연결 구조체를 포함할 수 있다.
본 개시의 실시예들에 있어서, 전자 장치가 제공된다. 상기 전자 장치는, 프로세서, radio frequency (RF) 처리 체인들, 필터 모듈, 및 복수의 서브 어레이들을 포함하는 안테나 어레이 모듈을 포함할 수 있다. 상기 복수의 서브 어레이들의 각 서브 어레이는, 안테나 기판(antenna substrate), 복수의 안테나 엘리멘트 유닛들(antenna element units), 제1 편파를 위한 제1 디바이더(divider), 및 제2 편파를 위한 제2 디바이더(divider)를 포함할 수 있다. 상기 복수의 안테나 엘리멘트 유닛들의 각 안테나 엘리멘트 유닛(antenna element)은 신호의 방사를 위한 안테나 엘리멘트(antenna element), 상기 제1 편파를 위한 제1 급전 구조체(feeding structure), 상기 제2 편파를 위한 제2 급전 구조체, 상기 제1 급전 구조체 및 상기 제1 디바이더의 분기를 위한 제1 연결 구조체(connecting structure), 및 상기 제2 급전 구조체 및 상기 제2 디바이더의 분기를 위한 제2 연결 구조체를 포함할 수 있다.
본 발명의 특정 실시예의 상기 및 기타 측면, 특징 및 이점은 첨부된 도면과 함께 취해진 다음의 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다:
도 1은 본 개시의 실시예에 따른 무선 통신 시스템을 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 본 개시의 실시예들에 따른 그레이팅 로브(grating lobe)의 예를 도시한다.
도 3은 본 개시의 실시예에 따른 연결 구조체(connecting structure)를 포함하는 안테나 엘리멘트 유닛(antenna element unit)의 예를 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 본 개시의 실시예들에 따른 연결 구조체의 유무에 따른 신호 왜곡(signal distortion)을 도시한다.
도 5는 본 개시의 실시예에 따른 안테나 엘리멘트 유닛을 포함하는 전자 장치의 적층 구조의 예를 도시한다.
도 6a, 도 6b, 도 6c, 및 도 6d는 본 개시의 실시예들에 따른 안테나 엘리멘트 유닛을 포함하는 전자 장치의 적층 구조의 다른 예들을 도시한다.
도 7은 본 개시의 실시예에 따른 안테나 엘리멘트 유닛을 포함하는 서브 어레이(sub-array)의 설계 절차의 예를 도시한다.
도 8a 및 도 8b 본 개시의 실시예들에 따른 안테나 엘리멘트 유닛을 포함하는 서브 어레이의 그레이팅 로브의 제거 성능을 도시한다.
도 9는 본 개시의 실시예에 따른 안테나 엘리멘트 유닛의 연결 구조체의 예시적인 형상들을 도시한다.
도 10a 및 10b는 본 개시의 실시예들에 따른 안테나 엘리멘트 유닛들을 포함하는 서브 어레이의 예들을 도시한다.
도 11은 본 개시의 실시예에 따른 안테나 엘리멘트 유닛들을 포함하는 서브 어레이 모듈의 예를 도시한다.
도 12a는 본 개시의 실시예에 따른 4-포트를 위한 안테나 엘리멘트 유닛의 예를 도시한다.
도 12b는 본 개시의 실시예에 따른 4-포트를 위한 안테나 엘리멘트 유닛들을 포함하는 서브 어레이의 예를 도시한다.
도 13은 본 개시의 실시예에 따른 4-포트를 위한 안테나 엘리멘트 유닛들을 포함하는 서브 어레이 모듈의 예를 도시한다.
도 14a 및 도 14b는 본 개시의 실시예들에 따른 4-포트를 위한 안테나 엘리멘트 유닛들을 포함하는 서브 어레이의 예들을 도시한다.
도 15는 본 개시의 실시예에 따른 안테나 엘리멘트 유닛을 갖는 안테나 어레이를 포함하는 전자 장치의 기능적 구성을 도시한다.
도면 전체에 걸쳐, 동일한 참조 번호는 동일한 부품, 구성요소 및 구조를 지칭하는 것으로 이해될 것이다.
이하의 설명 및 특허청구의 범위에 사용된 용어 및 단어는 서지적 의미로 제한되지 않으며, 발명자가 개시 내용을 명확하고 일관되게 이해하기 위해 사용하는 것일 뿐이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위 및 그 등가물에 의해 정의된 바와 같이 본 개시를 제한할 목적이 아니라 예시 목적만을 위한 개시의 다양한 실시예에 대한 다음의 설명이 당업자에게 명백해야 한다.
단수 형태 "a", "an" 및 "the"는 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한 복수 지시대상을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 예를 들어 "부품 표면"에 대한 언급은 이러한 표면 중 하나 이상에 대한 언급을 포함한다.
이하에서 설명되는 본 개시의 다양한 실시예들에서는 하드웨어적인 접근 방법을 예시로서 설명한다. 하지만, 본 개시의 다양한 실시예들에서는 하드웨어와 소프트웨어를 모두 사용하는 기술을 포함하고 있으므로, 본 개시의 다양한 실시예들이 소프트웨어 기반의 접근 방법을 제외하는 것은 아니다.
이하 설명에서 사용되는 전자 장치의 부품을 지칭하는 용어(예: 기판, PCB(print circuit board), FPCB(flexible PCB), 모듈, 안테나, 안테나 소자, 회로, 프로세서, 칩, 구성요소, 기기), 부품의 형상을 지칭하는 용어(예: 구조체, 구조물, 지지부, 접촉부, 돌출부), 구조체들 간 연결부를 지칭하는 용어(예: 연결부, 접촉부, 지지부, 컨택 구조체, 도전성 부재, 조립체(assembly)), 회로를 지칭하는 용어(예: PCB, FPCB, 신호선, 급전선(feeding line), 데이터 라인(data line), RF 신호 선, 안테나 선, RF 경로, RF 모듈, RF 회로, 스플리터(splitter), 디바이더(divider), 커플러(coupler), 컴바이너(combiner)) 등은 설명의 편의를 위해 예시된 것이다. 따라서, 본 개시가 후술되는 용어들에 한정되는 것은 아니며, 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어가 사용될 수 있다. 또한, 이하 사용되는 '...부', '...기', '...물', '...체' 등의 용어는 적어도 하나의 형상 구조를 의미하거나 또는 기능을 처리하는 단위를 의미할 수 있다.
또한, 본 개시에서, 특정 조건의 만족(satisfied), 충족(fulfilled) 여부를 판단하기 위해, 초과 또는 미만의 표현이 사용될 수 있으나, 이는 일 예를 표현하기 위한 기재일 뿐 이상 또는 이하의 기재를 배제하는 것이 아니다. '이상'으로 기재된 조건은 '초과', '이하'로 기재된 조건은 '미만', '이상 및 미만'으로 기재된 조건은 '초과 및 이하'로 대체될 수 있다. 또한, 특별히 다르게 정의하지 않는 한, 'A' 내지 'B'는 A부터(A 포함) B까지의(B 포함) 요소들 중 적어도 하나를 의미한다.
본 개시(disclosure)는, 안테나 어레이를 포함하는 전자 장치에서, 안테나 엘리멘트 별 임피던스 매칭을 위한 구조물 및 이를 포함하는 전자 장치를 제공한기 위한 것이다.
본 개시는, 안테나 어레이를 포함하는 전자 장치에서 그레이팅 로브(grating lobe)로 인한 영향을 줄이기 위한 매칭 네트워크(matching network) 및 이를 포함하는 전자 장치를 제공한기 위한 것이다. 본 개시의 실시예들에 따른 매칭 네트워크(matching network) 및 이를 포함하는 전자 장치는, 안테나 엘리멘트의 급전부에(to) 추가 구조물이 연결됨으로써, 안테나 엘리멘트 별 임피던스 매칭이 가능하게 한다.
본 개시의 실시예들에 따른 매칭 네트워크(matching network) 및 이를 포함하는 전자 장치는, 안테나 엘리멘트 별 임피던스 매칭을 통해, 그레이팅 로브(grating lobe)의 영향을 줄이고, 안테나 어레이의 성능을 높일 수 있다.
본 개시에서 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 있을 것이다.
도 1은 보 개시의 실시예에 따른 무선 통신 시스템을 도시한다. 도 1의 무선 통신 환경(100)은 무선 채널을 이용하는 노드(node)들의 일부로서, 기지국(110) 및 단말(120)을 예시한다.
도 1을 참고하면, 기지국(110)은 단말(120)에게 무선 접속을 제공하는 네트워크 인프라스트럭쳐(infrastructure)이다. 기지국(110)은 신호를 송신할 수 있는 거리에 기반하여 커버리지(coverage)를 가진다. 기지국(110)은 기지국(base station) 외에 '액세스 포인트(access point, AP)', '이노드비(eNodeB, eNB)', '5G 노드(5th generation node)', '5G 노드비(5G NodeB, NB)', '무선 포인트(wireless point)', '송수신 포인트(transmission/reception point, TRP)', '액세스 유닛(access unit)', '분산 유닛(distributed unit, DU)', '송수신 포인트(transmission/reception point, TRP)', '무선 유닛(radio unit, RU), 원격 무선 장비(remote radio head, RRH) 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다. 기지국(110)은 하향링크 신호를 송신하거나 상향링크 신호를 수신할 수 있다.
단말(120-1), 단말(120-2), 또는 단말(120-3)은 사용자에 의해 사용되는 장치로서, 기지국(110)과 무선 채널을 통해 통신을 수행한다. 이하, 단말(120-1), 단말(120-2), 또는 단말(120-3)에 대한 설명은 단말(120)으로 지칭하여 서술된다. 경우에 따라, 단말(120)은 사용자의 관여 없이 운영될 수 있다. 즉, 단말(120)은 기계 타입 통신(machine type communication, MTC)을 수행하는 장치로서, 사용자에 의해 휴대되지 아니할 수 있다. 단말(120)은 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 '차량(vehicle)용 단말', '사용자 장치(user device)' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다.
전파 경로 손실을 완화하고 전파의 전달 거리를 증가시키기 위한 기술 중 하나로써, 빔포밍 기술이 이용되고 있다. 빔포밍은, 일반적으로, 다수의 안테나를 이용하여 전파의 도달 영역을 집중시키거나, 특정 방향에 대한 수신 감도의 지향성(directivity)을 증대시킨다. 따라서, 단일 안테나를 이용하여 등방성(isotropic) 패턴으로 신호를 형성하는 대신 빔포밍 커버리리를 형성하기 위해, 기지국(110)은 다수의 안테나들을 구비할 수 있다. 일 실시예에 따라, 기지국(110)은 MMU(Massive MIMO(multiple input multiple output) Unit)를 포함할 수 있다. 다수의 안테나들이 집합된 형태는 안테나 어레이(antenna array)(130), 어레이에 포함되어 있는 각 안테나는 어레이 엘리멘트(array element), 또는 안테나 엘리멘트(antenna element)라 지칭될 수 있다. 상기 안테나 어레이(130)는 선형 어레이(linear array), 평면 어레이(planar array) 등 다양한 형태로 구성될 수 있다. 안테나 어레이(130)는 매시브 안테나 어레이(massive antenna array)로 지칭될 수 있다.
5G 통신의 데이터 용량을 향상시키는 주요한 기술은 다수의 RF 경로들과 연결된 안테나 어레이를 사용하는 빔포밍 기술이다. 더 높은 데이터 용량을 위해, RF 경로들의 개수가 증가하거나 RF 경로당 전력이 증가하여야 한다. RF 경로를 늘리는 것은 제품의 사이즈가 더욱 커지게 되고, 실제 기지국 장비를 설치하는데 공간적 제약으로 인하여 현재는 더 이상 늘릴 수 없는 수준에 있다. RF 경로들의 개수는 늘리지 않으면서, 높은 출력을 통해 안테나 이득을 높이기 위하여, RF 경로에 디바이더(혹은 스플리터)를 사용하여 다수의 안테나 엘리멘트들을 연결함으로써, 안테나 이득을 증가시킬 수 있다. 여기서, RF 경로에 대응하는 안테나 엘리멘트들은 서브-어레이로 지칭될 수 있다.
통신 성능을 높이기 위해 무선 통신을 수행하는 장비(예: 기지국(110))의 안테나(또는 안테나 엘리멘트(antenna element))들의 개수는 증가하고 있다. 또한, 안테나 엘리멘트를 통해 수신되거나 송신되는 RF 신호를 처리하기 위한 RF 부품(예: 증폭기, 필터), 구성요소들(components)의 개수도 증가하게 되어 통신 장비를 구성함에 있어 통신 성능을 충족하면서 공간적 이득, 비용적 효율이 중요해진다.
이하, 본 개시의 안테나 엘리멘트의 매칭 네트워크(matching network) 및 이를 포함하는 전자 장치를 설명하기 위해, 도 1의 기지국(110)이 예로 서술되었으나, 본 개시의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 본 개시의 실시예들에 따른 매칭 네트워크 및 이를 포함하는 전자 장치로서, 기지국(110) 외에 기지국과 동등한 기능을 수행하는 무선 장비, 기지국과 연결되는 무선 장비(예: TRP), 도 1의 단말(120), 또는 기타 5G 통신을 위해 사용되는 통신 장비 모두 가능함은 물론이다.
이하, 본 개시에서는 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 환경에서 통신을 위한 복수의 안테나들의 구조로서 서브-어레이들로 구성되는 안테나 어레이를 예로 서술하나, 일부 실시예들에서 빔포밍을 위한 용이한 변경이 가능함은 물론이다.
도 2a 및 도 2b는 본 개시의 실시예들에 따른 그레이팅 로브(grating lobe)의 예를 도시한다.
도 2a를 참고하면, 그래프(201)는 주파수 별 반사 손실(return loss)을 나타낸다. 그래프(201)의 가로축은 주파수(단위: 기가헤르츠(gigahertz, GHz)), 그래프(201)의 세로축은 반사 손실(단위: 데시벨(decibel, dB))을 나타낸다. 그래프(203)는 3.7GHz에서 방사각 별 이득을 나타낸다. 그래프(203)의 가로축은 방사각(단위: 도(degree)), 그래프(203)의 세로축은 이득(단위: dB)을 나타낸다. 그래프(205)는 3.84GHz에서 방사각 별 이득을 나타낸다. 그래프(205)의 가로축은 방사각(단위: 도), 그래프(205)의 세로축은 이득을 나타낸다.
그래프(201)에 도시된 바와 같이, 중심 주파수(예: (예: 3.84GHz)에서 안테나 어레이는 다른 주파수 대비 낮은 반사 손실을 제공할 수 있다. 일정 기준(예: 15dB) 이하의 반사 손실을 갖는 주파수 범위에서, 일정한 이득이 보장될 수 있다. 낮은 반사 손실로 인해, 안테나 어레이는 광대역 통신을 수행할 수 있다. 그러나, 그래프(203)에 도시된 바와 같이, 증심 주파수에서 멀어지면 수직(vertical plane) 평면의 패턴에서, 메인 로브 외에 그레이팅 로브(grating lobe)가 발생할 수 있다.
이러한, 그레이팅 로브는 다수의 안테나 엘리멘트들이 배열되는 안테나 어레이에서 주로 발생한다. 안테나 엘리멘트들의 개수가 증가할수록, 메인 로브의 빔 폭은 작아지고, 사이드 로브로 인한 영향은 커진다. 메인 로브의 방향 이외에 특정 방향(예: 위상이 2ð의 배수가 되는 방향)에서 안테나 엘리멘트들의 신호들의 합이 최대가 될 수 있다. 상기 특정 방향에서의 패턴은 그레이팅 로브로 지칭될 수 있다. 그레이팅 로브는 반사 손실이 확보된 대역(예: 3.7GHz)이더라도 발생할 수 있다. 이러한, 그레이팅 로브는 피크 게인(peak gain) 및 조정 범위(steering range)를 악화시킨다.
도 2b를 참고하면, 안테나 어레이(230)는 복수의 서브 어레이들을 포함할 수 있다. 서브 어레이(250)는 복수의 안테나 엘리멘트들(예: 3개)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 서브 어레이(250)는 제1 안테나 엘리멘트(251), 제2 안테나 엘리멘트(252), 및 제3 안테나 엘리멘트(253)를 포함할 수 있다. 이하, 그래프(261). 그래프(263), 그래프(271), 및 그래프(273) 각각에서, 실선은 제1 안테나 엘리멘트(251)에 대한 지표를 나타낸다. 그래프(261). 그래프(263), 그래프(271), 및 그래프(273) 각각에서, 파선은 제2 안테나 엘리멘트(252)에 대한 지표를 나타낸다. 그래프(261). 그래프(263), 그래프(271), 및 그래프(273) 각각에서, 점선은 제3 안테나 엘리멘트(253)에 대한 지표를 나타낸다.
입력 신호는 제1 안테나 엘리멘트(251), 제2 안테나 엘리멘트(252), 및 제3 안테나 엘리멘트(253) 각각으로 급전될 수 있다. 각 안테나 엘리멘트는 입력된 신호를 공기 중으로 방사할 수 있다. 그래프(261)는 이상적인(ideal) 신호의 크기(magnitude)를 나타낸다. 그래프(261)의 가로축은 주파수(단위: GHz)를 나타내고, 세로축은 이득(단위: dB)을 나타낸다. 인가되는 입력 신호가 동일하므로, 방사되는 신호의 크기는 모두 동일할 수 있다. 그래프(263)는 이상적인 신호의 위상(phase)을 나타낸다. 그래프(263)의 가로축은 주파수(단위: GHz)를 나타내고, 세로축은 위상 차이(단위: 도)을 나타낸다. 방사 신호들의 위상을 다르게 하기 위하여, 인접한 안테나 엘리멘트들 사이에서 일정 간격(예: 30도)의 위상 차이가 존재한다.
그래프(261) 및 그래프(263)와 달리, 실제 신호는 왜곡의 영향으로 인해 다른 양상을 갖는다. 그래프(271)는 실제적인(realistic) 신호의 크기(magnitude)를 나타낸다. 그래프(271)의 가로축은 주파수(단위: GHz)를 나타내고, 세로축은 이득(단위: dB)을 나타낸다. 그래프(273)는 실제적인 신호의 위상(phase)을 나타낸다. 그래프(273)의 가로축은 주파수(단위: GHz)를 나타내고, 세로축은 위상 차이(단위: 도)을 나타낸다.
입력 신호가 디바이더(divider)를 통해 각 안테나 엘리멘트에게 전달될 때, 신호의 왜곡이 발생할 수 있다. 신호 왜곡은, 이상적인 신호의 크기 혹은 이상적인 신호의 위상 차이를 달라지게 한다. 그래프(271) 및 그래프(273)에 도시된 바와 같이, 요구되는 대역폭이 넓어질수록(다시 말해, 광대역 이용 시), 신호 왜곡으로 인한 영향이 커진다.
안테나 엘리멘트의 특성 임피던스는 주파수에 의존적일 수 있다. 중심 주파수에서는 임피던스 매칭을 통해 반사 손실이 작다. 그러나, 대역폭이 넓어질수록, 중심 주파수와 다른 주파수의 범위가 증가한다. 중심 주파수와 다른 주파수에서는 안테나의 리액턴스(reactance)로 인해, 특성 임피던스 크기가 달라질 수 있다. 특성 임피던스 크기의 변화는 신호의 크기를 주파수에 따라 변화시킨다.
서브 어레이의 빔 방향을 제어하기 위해, 안테나 엘리멘트들(예: 제1 안테나 엘리멘트(251), 제2 안테나 엘리멘트(252), 및 제3 안테나 엘리멘트(253))를 위한 위상이 서로 다를 수 있다. 그러나, 주파수에 따라 안테나 엘리멘트 별 전기적 길이가 달라질 수 있고, 달라진 전기적 길이는 주파수 별 위상 변화의 비선형성을 야기한다. 주파수에서 비선형성을 갖는 위상과 신호 크기는 그레이팅 로브를 야기할 수 있다.
안테나 엘리멘트들과 디바이더(들)이 결합된 서브 어레이 단위로 반사 손실이 설계된다. 이 때, 안테나 엘리멘트의 공진 주파수를 주파수 대역의 중심에 맞추는 설계만이 수행되면, 각 안테나 엘리멘트 단위의 임피던스 매칭이 이루어지기 어렵다. 즉, 각 안테나 엘리멘트 단위의 임피던스 매칭이 어렵기 때문에, 중심 주파수와 다른 주파수에서, 그레이팅 로브가 발생할 수 있다. 따라서, 본 개시는 서브 어레이 단위가 아닌, 안테나 엘리멘트 단위로 임피던스 매칭을 수행함으로써, 안테나 리액턴스로 인한 신호 왜곡의 영향을 줄이고, 그레이팅 로브를 줄이기 위한 방안을 제안한다.
도 3은 본 개시의 실시예에 따른 연결 구조체(connecting structure)를 포함하는 안테나 엘리멘트 유닛(antenna element unit)의 예를 도시한다.
도 3을 참고하면, 서브 어레이(310)는 제1 안테나 엘리멘트 유닛(331), 제2 안테나 엘리멘트 유닛(333), 및 제3 안테나 엘리멘트 유닛(335)을 포함할 수 있다. 제1 안테나 엘리멘트 유닛(331), 제2 안테나 엘리멘트 유닛(333), 및 제3 안테나 엘리멘트 유닛(335)은 제1 디바이더와 결합될 수 있다. 제1 디바이더는 제1 편파를 위한 신호를 RF 포트에서 각 안테나 엘리멘트에게 급전할 수 있다. 제1 안테나 엘리멘트 유닛(331), 제2 안테나 엘리멘트 유닛(333), 및 제3 안테나 엘리멘트 유닛(335)은 제2 디바이더와 결합될 수 있다. 제2 디바이더는 제2 편파를 위한 신호를 RF 포트에서 각 안테나 엘리멘트에게 급전할 수 있다. 예를 들어, 제1 편파는 (+)45도의 편파를 의미한다. 제2 편파는 (-)45도의 편파를 의미한다. 제1 편파와 제2 편파는 직교할 수 있다.
입력 신호(320)는 디바이더(제1 디바이더 혹은 제2 디바이더를 통해 제1 안테나 엘리멘트 유닛(331), 제2 안테나 엘리멘트 유닛(333), 및 제3 안테나 엘리멘트 유닛(335) 각각에게 전달될 수 있다. 본 개시의 실시예들은, 그레이팅 로브를 제거하기 위해, 안테나 엘리멘트 단위의 임피던스 매칭을 위한 방안을 제안한다. 안테나 엘리멘트 단위로의 임피던스 매칭을 위해, 디바이더의 분기로부터의 신호는, 안테나 엘리멘트 유닛을 통해 방사될 수 있다. 이하, 안테나 엘리멘트 유닛에 대한 설명을 위해, 제1 안테나 엘리멘트 유닛(331)이 예로 서술되나, 후술되는 설명들은 다른 안테나 엘리멘트 유닛들(예: 제2 안테나 엘리멘트 유닛(333) 제3 안테나 엘리멘트 유닛(335))에도 동일하게 적용될 수 있다.
실시예들에 따른 안테나 엘리멘트 유닛(예: 제1 안테나 엘리멘트 유닛(331))은 안테나 엘리멘트(365), 제1 급전 구조체(371a), 제2 급전 구조체(371b), 제3 급전 구조체(372a), 제4 급전 구조체(372b), 제1 연결 구조체(381a), 및 제2 연결 구조체(381b)를 포함할 수 있다.
안테나 엘리멘트(365)는 급전된 신호를 공기중으로 방사하기 위한 방사체를 의미할 수 있다. 일 실시예에 따라, 안테나 엘리멘트(365)는 방사 패치를 포함할 수 있다.
제1 급전 구조체(371a), 제2 급전 구조체(371b), 제3 급전 구조체(372a), 제4 급전 구조체(372b)는 인가된 신호를 안테나 엘리멘트(365)에게 급전하기 위한 구성요소이다. 일 실시예에 따라, 제1 급전 구조체(371a) 및 제3 급전 구조체(372a)는 제1 편파의 방향에 따라 배치될 수 있다. 일 실시예에 따라, 제2 급전 구조체(371b) 및 제4 급전 구조체(372d)는 제2 편파의 방향에 따라 배치될 수 있다.
제1 급전 구조체(371a), 제2 급전 구조체(371b), 제3 급전 구조체(372a), 제4 급전 구조체(372b)는 지지 구조물(390)을 통해 안테나 엘리멘트를 지지할 수 있다. 제1 급전 구조체(371a), 제2 급전 구조체(371b), 제3 급전 구조체(372a), 및 제4 급전 구조체(372b) 각각은 지지 구조물(390)과 결합될 수 있다. 한편, 도 3에 도시된 바와 달리, 지지 구조물(390) 없이, 각 급전 구조체가 안테나 엘리멘트를 지지하도록 구성될 수도 있다.
제1 연결 구조체(381a)는 제1 급전 구조체(371a)와 연결될 수 있다. 제1 연결 구조체(381a)는 제1 편파를 위한 제1 디바이더와 연결될 수 있다. 즉, 제1 연결 구조체(381a)는 제1 급전 구조체(371a) 및 제1 디바이더 사이에 배치될 수 있다. 제1 연결 구조체(381a)는 안테나 엘리멘트(365)의 임피던스 매칭을 위해 배치될 수 있다. 즉, 제1 연결 구조체(381a)는 상기 제1 디바이더의 분기에서 안테나 엘리멘트(365)로의 특성 임피던스의 리액턴스를 줄이도록 구성될 수 있다.
제2 연결 구조체(381b)는 제2 급전 구조체(371b)와 연결될 수 있다. 제2 연결 구조체(381b)는 제2 편파를 위한 제2 디바이더와 연결될 수 있다. 즉, 제2 연결 구조체(381b)는 제2 급전 구조체(371b) 및 제2 디바이더 사이에 배치될 수 있다. 제2 연결 구조체(381b)는 안테나 엘리멘트(365)의 임피던스 매칭을 위해 배치될 수 있다. 즉, 제2 연결 구조체(381b)는 상기 제2 디바이더의 분기에서 안테나 엘리멘트(365)로의 특성 임피던스의 리액턴스를 줄이도록 구성될 수 있다.
도 3에서는 임피던스 매칭을 위한 연결 구조체(예: 제1 연결 구조체(381a) 및 제2 연결 구조체(381b))의 형상이 예시되었으나, 본 개시의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 연결 구조체의 형상은 임피던스 매칭을 이용하는 기술적 원리가 동일하다면 다양한 방식으로 변경될 수 있다. 구체적인 연결 구조체의 형상의 예시들은 도 9를 통해 서술된다.
도 4a 및 도 4b는 본 개시의 실시예들에 따른 연결 구조체의 유무에 따른 신호 왜곡(signal distortion)을 도시한다. 연결 구조체가 없는 서브 어레이를 설명하기 위해, 도 2b의 서브 어레이(250)가 예시된다. 연결 구조체를 포함하는 서브 어레이를 설명하기 위해, 도 3의 서브 어레이(310)가 예시된다.
도 4a를 참고하면, 그래프(410) 및 그래프(415) 각각에서, 실선은 제1 안테나 엘리멘트(251)에 대한 지표를 나타낸다. 그래프(410) 및 그래프(415) 각각에서, 파선은 제2 안테나 엘리멘트(252)에 대한 지표를 나타낸다. 그래프(410) 및 그래프(415) 각각에서, 점선은 제3 안테나 엘리멘트(253)에 대한 지표를 나타낸다.
그래프(410)는 서브 어레이(250)의 각 안테나 엘리멘트 별 신호의 크기(magnitude)를 나타낸다. 그래프(410)의 가로축은 주파수(단위: GHz)를 나타내고, 세로축은 이득(단위: dB)을 나타낸다. 그래프(415)는 서브 어레이(250)의 각 안테나 엘리멘트 별 신호의 위상(phase)을 나타낸다. 그래프(415)의 가로축은 주파수(단위: GHz)를 나타내고, 세로축은 위상 차이(단위: 도)을 나타낸다.
도 4b를 참고하면, 그래프(420) 및 그래프(425) 각각에서, 실선은 제1 안테나 엘리멘트 유닛(331)에 대한 지표를 나타낸다. 그래프(420) 및 그래프(425) 각각에서, 파선은 제2 안테나 엘리멘트 유닛 (333)에 대한 지표를 나타낸다. 그래프(420) 및 그래프(425) 각각에서, 점선은 제3 안테나 엘리멘트 유닛(335)에 대한 지표를 나타낸다.
그래프(420)는 서브 어레이(310)의 각 안테나 엘리멘트 별 신호의 크기(magnitude)를 나타낸다. 그래프(420)의 가로축은 주파수(단위: GHz)를 나타내고, 세로축은 이득(단위: dB)을 나타낸다. 그래프(425)는 서브 어레이(310)의 각 안테나 엘리멘트 별 신호의 위상(phase)을 나타낸다. 그래프(425)의 가로축은 주파수(단위: GHz)를 나타내고, 세로축은 위상 차이(단위: 도)을 나타낸다.
그래프(410) 및 그래프(420)를 비교하면, 안테나 엘리멘트 유닛을 이용하는 서브 어레이(310)의 신호의 크기 변화가 서브 어레이(250)의 신호의 크기 변화보다 상대적으로 더 선형적임이 확인된다. 안테나 엘리멘트 유닛을 이용하는 서브 어레이(310)를 통해, 주파수에 대한 크기의 비선형성이 완화될 수 있다.
그래프(415) 및 그래프(425)를 비교하면, 안테나 엘리멘트 유닛을 이용하는 서브 어레이(310)의 신호의 위상 변화가 서브 어레이(250)의 신호의 위상 변화보다 상대적으로 더 선형적임이 확인된다. 안테나 엘리멘트 유닛을 이용하는 서브 어레이(310)를 통해, 주파수에 대한 위상의 비선형성이 완화될 수 있다.
도 3, 도 4a, 및 도 4b를 통해 서술된 바와 같이, 안테나 엘리멘트와 디바이더의 분기 사이에 추가 구조물이 배치됨으로써, 안테나 엘리멘트 단위의 임피던스 매칭의 설계가 가능하다. 즉, 추가 구조물은 매칭 네트워크로 기능할 수 있다. 이러한, 추가 구조물은 도 3의 연결 구조체 외에도, 연결 구조물, 매칭 구조물, 매칭 회로, 외부 구조물, 연결부, 매칭 네트워크, 외부 매칭 네트워크와 같은 용어들로 지칭될 수 있다. 디바이더 분기의 출력 신호가 안테나 엘리멘트로 급전될 때, 추가 구조물은 지정된 주파수 범위 내에서 임계값(예: 20dB) 이하의 반사 손실을 갖도록 설계될 수 있다. 광대역에서 그레이팅 로브 제거를 줄이기 위해, 정해진 주파수 범위의 모든 주파수들에서 임계값(예: 20dB) 이하의 반사 손실이 제공되도록 각 구조물은 하드 매칭(hard matching)을 통해 설계될 수 있다. 안테나 엘리멘트 별 구조물의 배치 및 설계를 통해, 비선형성이 완화될 수 있다. 이러한 비선형성의 완화는 도 2a 및 도 2b를 통해 서술된 바와 같이, 그레이팅 로브로 인한 영향을 줄일 수 있다.
도 5는 본 개시의 실시예에 따른 안테나 엘리멘트 유닛을 포함하는 전자 장치의 적층 구조의 예를 도시한다. 도 5에 도시된 적층 구조는, 전자 장치의 서브 어레이 모듈의 단면을 의미한다. 전자 장치의 서브 어레이 모듈은 서브 어레이가 배치된 기판을 포함할 수 있다. 전자 장치의 서브 어레이는 복수의 안테나 엘리멘트 유닛들과 디바이더(들)을 포함할 수 있다.
도 5를 참고하면, 전자 장치는 금속 기판(metal plate)(510)을 포함할 수 있다. 금속 기판(510)은 서브 어레이를 위한 그라운드(ground)를 제공할 수 있다. 금속 기판(510)의 일 면 위에 안테나 기판(antenna substrate)(520)이 배치될 수 있다. 일 실시예에 따라, 안테나 기판(520)은 PCB일 수 있다. 또한, 일 실시예에 따라, 안테나 기판(520)은 유전체(dielectric) 기판일 수 있다. 안테나 기판(520)의 일 면 위에 디바이더(530)가 실장될 수 있다. 상기 일면과 반대되는 면에서 안테나 기판(520)은 금속 기판과 결합될 수 있다.
디바이더(530)는 복수의 분기들을 포함할 수 있다. RF 포트로부터 입력되는 신호는 디바이더(530)를 통해, 각 안테나 엘리멘트에게 급전될 수 있다. 디바이더(530)의 복수의 분기들의 개수는 안테나 엘리멘트들의 개수에 대응한다. 도 5는 단면으로써, 하나의 디바이더가 도시되었으나, 본 개시의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 안테나 기판(520)의 동일 면 위의 다른 영역에서 다른 편파를 갖는 디바이더가 추가적으로 배치될 수 있다. 디바이더(530)의 분기는 연결 구조체(535)와 연결될 수 있다.
연결 구조체(535)는 안테나 기판(520)의 일 면에 배치될 수 있다. 연결 구조체(535)는 디바이더(530)와 동일한 면 상에 연속적으로 배치될 수 있다. 연결 구조체(535)는 제1 급전 구조체(541)와 연결될 수 있다. 연결 구조체(535)는 상기 디바이더(530)의 분기에 대응하는 안테나 엘리멘트(560) 및 상기 디바이더(530)의 분기 사이에 배치될 수 있다. 연결 구조체(535)는 상기 디바이더(530)의 분기로부터 수신된 신호를 상기 디바이더(530)의 분기에 대응하는 안테나 엘리멘트(560)에게 전송할 수 있다. 연결 구조체(535)는, 안테나 엘리멘트(560)를 위한 매칭 네트워크로 기능할 수 있다. 연결 구조체(535)는, 상기 디바이더(530)의 분기에서 바라보는 상기 안테나 엘리멘트(560)와 관련된 특성 임피던스의 리액턴스를 줄이도록 구성될 수 있다. 연결 구조체(535)를 포함하는 안테나 엘리멘트 유닛(570)은 대역폭 내의 각 주파수에 대한 반사 손실이 임계값 이하가 되도록, 특성 임피던스를 제공할 수 있다.
제1 급전 구조체(541) 및 제3 급전 구조체(543)는 안테나 기판(520)의 일 면에 배치될 수 있다. 일 실시예에 따라, 제1 급전 구조체(541)는 안테나 엘리멘트(560)를 지지하도록 배치될 수 있다. 제3 급전 구조체(543)는 안테나 엘리멘트(560)를 지지하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 급전 구조체(541)의 형상은 펄스(pulse)일 수 있다. 제3 급전 구조체(543)의 형상은 펄스일 수 있다. 제1 급전 구조체(541) 및 제3 급전 구조체(543)는 지지 구조체(550)를 통해 안테나 엘리멘트(560)와 결합될 수 있다. 지지 구조체(550)는 안테나 엘리멘트(560)의 일 면과 접촉할(contact) 수 있다. 제1 급전 구조체(541)는 커플링을 통해 안테나 엘리멘트(560)에게 신호를 급전할 수 있다. 도 5에서는, 제1 급전 구조체(541)는 안테나 엘리멘트(560)와 직접 닿지 않으므로, 커플링 급전이 예시되었으나, 본 개시의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 도 5에 도시된 바와 달리, 다른 일 실시예에 따라, 제1 급전 구조체(541)는 안테나 엘리멘트(560)와 접촉하도록 배치될 수 있다. 급전 구조체(541)는 안테나 엘리멘트(560)에게 신호를 직접 급전할 수도 있다.
도 5에서는 금속 기판(510)의 면과 안테나 기판(520)의 면이 결합되는 서브 어레이 모듈의 단면이 예시되었다. 그러나, 본 개시의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 안테나 기판과 금속 기판 사이에 공기 층이 위치할 수 있다. 유전체의 적어도 일부는 금속 기판과 결합되기 위한 기둥 형상을 포함할 수 있다. 기둥 형상을 통해, 유전체의 일 면은 금속 기판과 일정한 간격을 형성할 수 있다. 이하, 도 6a 내지 도 6d를 통해, 금속 기판과 갭을 형성하는 유전체를 포함하는 서브 어레이 모듈의 단면의 예들이 서술된다.
도 6a, 도 6b, 도 6c, 및 도 6d는 본 개시의 실시예들에 따른 안테나 엘리멘트 유닛을 포함하는 전자 장치의 적층 구조의 다른 예들을 도시한다.
도 6a를 참고하면, 전자 장치는 금속 기판(metal plate)(601)을 포함할 수 있다. 금속 기판(601)은 서브 어레이를 위한 그라운드(ground)를 제공할 수 있다. 금속 기판(601)의 일 면 위에 유전체(603)가 배치될 수 있다.
유전체(603)는 결합부를 포함할 수 있다. 유전체(603)의 결합부는 금속 기판(601)의 상기 일 면과 결합될 수 있다. 유전체(603)의 결합부의 형상은 금속 기판(601)으로부터 상기 유전체(603)를 지지하기 위한 구조를 포함할 수 있다. 유전체(603)의 결합부를 통해, 유전체(603)의 기판부는 금속 기판(601)과 갭(615)을 형성한다.
유전체(603)는 기판부를 포함할 수 있다. 유전체(603)의 기판부는 전송 선로(미도시), 디바이더(605), 연결 구조체(607)가 배치될 수 있는 면을 포함하는 영역을 의미한다. 유전체(603)의 형상은 판형 구조를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 디바이더(605), 연결 구조체(607), 제1 급전 구조체(613a), 및 제2 급전 구조체(613b)는, 유전체(603)의 일 면을 따라, 배치될 수 있다. 도 5와 달리, 상술된 급전 소자들이 배치되는 상기 유전체(603)의 일 면은 금속 기판(601)의 일 면을 향할(face to) 수 있다. 상기 금속 기판(601)의 일 면은 상기 유전체(603)의 결합부와 결합되는 면이다.
유전체(603)는 지지부(611a), 지지부(611b), 및 지지부(611c)를 포함할 수 있다. 지지부(611a), 지지부(611b), 및 지지부(611c)의 형상은 안테나 엘리멘트(609)를 지지하기 위한 구조를 포함할 수 있다. 유전체(603)는 안테나 기판의 역할(role) 뿐만 아니라, 안테나 엘리멘트(609)의 지지대의 역할을 수행할 수 있다.
유전체(603)는 하나 이상의 돌출부들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 돌출부들은, 금속 기판(601)을 기준으로, 안테나 엘리멘트(609)로의 급전이 가까운 거리에서 수행되도록, 유전체(603)의 기판부보다 높은 위치에 형성될 수 있다. 제1 급전 구조체(613a), 및 제2 급전 구조체(613b)는, 유전체(603)의 일 면을 따라, 배치되기 때문에, 제1 급전 구조체(613a)의 급전 위치 및 제2 급전 구조체(613b)의 급전 위치는 안테나 엘리멘트(609)와 보다 가까워질 수 있다. 이를 통해, 서브 어레이 모듈의 이득이 증가한다.
디바이더(605)를 통해 연결 구조체(607)에 급전된 신호는, 제1 급전 구조체(613a)를 통해, 안테나 엘리멘트(609)에게 전달될 수 있다. 일 실시예에 따라, 제1 급전 구조체(613a) 및 안테나 엘리멘트(609) 사이에 갭이 존재한다. 제1 급전 구조체(613a)에 인가된 신호는 공기중으로 안테나 엘리멘트(609)에게 급전될 수 있다. 공기층으로 인해, 신호가 전달되는 영역에서의 유전율이 낮아진다. 낮은 유전율은 주파수 변화에 따른 안테나 특성 변화를 줄이기 때문에, 공기층을 포함하는 적층 구조는 광대역에서 안정적인 주파수 특성을 제공할 수 있다. 도 6a에 도시되지 않았으나, 다른 편파에 대응하는 신호는, 제2 급전 구조체(613b)를 통해, 안테나 엘리멘트(609)에게 전달될 수 있다.
도 6b에서는 연결 구조체가 디바이더의 금속 패턴과 유전체의 동일한 면에 배치되는 것으로 도시되었으나, 본 개시의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 다른 일 실시예에 따라, 연결 구조체는 디바이더의 금속 패턴이 배치되는 유전체의 면과 다른 면에 배치될 수 있다. 이하, 도 6b를 통해, 연결 구조체가 디바이더와 다른 면에 배치되는 서브 어레이 모듈의 단면이 서술된다.
도 6b를 참고하면, 전자 장치는 금속 기판(metal plate)(621)을 포함할 수 있다. 금속 기판(621)은 서브 어레이를 위한 그라운드(ground)를 제공할 수 있다. 금속 기판(621)의 일 면 위에 유전체(623)가 배치될 수 있다.
유전체(623)는 결합부를 포함할 수 있다. 유전체(623)의 결합부는 금속 기판(621)의 상기 일 면과 결합될 수 있다. 유전체(623)의 결합부의 형상은 금속 기판(621)으로부터 상기 유전체(623)를 지지하기 위한 구조를 포함할 수 있다. 유전체(623)의 결합부를 통해, 유전체(623)의 기판부는 금속 기판(621)과 갭(635)을 형성한다.
유전체(623)는 기판부를 포함할 수 있다. 유전체(623)의 기판부는 전송 선로(미도시), 디바이더(625), 연결 구조체(627)가 배치될 수 있는 면을 포함하는 영역을 의미한다. 유전체(623)의 형상은 판형 구조를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 디바이더(625), 제1 급전 구조체(633a), 및 제2 급전 구조체(633b)는, 유전체(623)의 일 면을 따라, 배치될 수 있다. 그러나, 연결 구조체(627)는 상기 유전체(623)의 일 면과 다른 면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 연결 구조체(627)는 상기 유전체(623)의 일 면의 반대(opposite) 면에 배치될 수 있다. 디바이더(625)의 분기와 연결 구조체(627)는 서로 다른 면에 배치되는 바, 연결 구조체(627)는 비아(via)를 통해 디바이더(625)의 분기와 연결될 수 있다.
유전체(623)는 지지부(631a), 지지부(631b), 및 지지부(631c)를 포함할 수 있다. 지지부(631a), 지지부(631b), 및 지지부(631c)의 형상은 안테나 엘리멘트(629)를 지지하기 위한 구조를 포함할 수 있다. 유전체(623)는 안테나 기판의 역할(role) 뿐만 아니라, 안테나 엘리멘트(629)의 지지대의 역할을 수행할 수 있다.
유전체(623)는 하나 이상의 돌출부들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 돌출부들은, 금속 기판(621)을 기준으로, 안테나 엘리멘트(629)로의 급전이 가까운 거리에서 수행되도록, 유전체(623)의 기판부보다 높은 위치에 형성될 수 있다. 제1 급전 구조체(633a), 및 제2 급전 구조체(633b)는, 유전체(623)의 일 면을 따라, 배치되기 때문에, 제1 급전 구조체(633a)의 급전 위치 및 제2 급전 구조체(633b)의 급전 위치는 안테나 엘리멘트(629)와 보다 가까워질 수 있다. 이를 통해, 서브 어레이 모듈의 이득이 증가한다.
디바이더(625)를 통해 연결 구조체(627)에 급전된 신호는, 제1 급전 구조체(633a)를 통해, 안테나 엘리멘트(629)에게 전달될 수 있다. 연결 구조체(627)와 제1 급전 구조체(633a) 간 전기적 연결을 위해, 수직 비아가 이용될 수 있다. 연결 구조체(627)는 수직 비아를 통해, 반대면에 배치되는 제1 급전 구조체(633a)에게 신호를 급전할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제1 급전 구조체(633a) 및 안테나 엘리멘트(629) 사이에 갭이 존재한다. 제1 급전 구조체(633a)에 인가된 신호는 공기중으로 안테나 엘리멘트(629)에게 급전될 수 있다. 공기층으로 인해, 신호가 전달되는 영역에서의 유전율이 낮아진다. 낮은 유전율은 주파수 변화에 따른 안테나 특성 변화를 줄이기 때문에, 공기층을 포함하는 적층 구조는 광대역에서 안정적인 주파수 특성을 제공할 수 있다. 도 6b에 도시되지 않았으나, 다른 편파에 대응하는 신호는, 제2 급전 구조체(633b)를 통해, 안테나 엘리멘트(629)에게 전달될 수 있다.
도 6a 및 도 6b에서는 금속 기판을 바라보는 유전체의 면 위에 디바이더 및 급전 구조체들이 배치되는 것으로 도시되었으나, 본 개시의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 이하, 도 6c 및 도 6d를 통해, 디바이더 및 급전 구조체들이 금속 기판을 향하는 면과 다른 면에 배치되는 서브 어레이 모듈의 단면이 서술된다.
도 6c를 참고하면, 전자 장치는 금속 기판(metal plate)(641)을 포함할 수 있다. 금속 기판(641)은 서브 어레이를 위한 그라운드(ground)를 제공할 수 있다. 금속 기판(641)의 일 면 위에 유전체(643)가 배치될 수 있다.
유전체(643)는 결합부를 포함할 수 있다. 유전체(643)의 결합부는 금속 기판(641)의 상기 일 면과 결합될 수 있다. 유전체(643)의 결합부의 형상은 금속 기판(641)으로부터 상기 유전체(643)를 지지하기 위한 구조를 포함할 수 있다. 유전체(643)의 결합부를 통해, 유전체(643)의 기판부는 금속 기판(641)과 갭(655)을 형성한다.
유전체(643)는 기판부를 포함할 수 있다. 유전체(643)의 기판부는 전송 선로(미도시), 디바이더(645), 연결 구조체(647)가 배치될 수 있는 면을 포함하는 영역을 의미한다. 유전체(643)의 형상은 판형 구조를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 디바이더(645), 연결 구조체(647), 제1 급전 구조체(653a), 및 제2 급전 구조체(653b)는, 유전체(643)의 일 면을 따라, 배치될 수 있다.
유전체(643)는 지지부(651a), 지지부(651b), 및 지지부(651c)를 포함할 수 있다. 지지부(651a), 지지부(651b), 및 지지부(651c)의 형상은 안테나 엘리멘트(649)를 지지하기 위한 구조를 포함할 수 있다. 유전체(643)는 안테나 기판의 역할(role) 뿐만 아니라, 안테나 엘리멘트(649)의 지지대의 역할을 수행할 수 있다.
유전체(643)는 하나 이상의 돌출부들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 돌출부들은, 금속 기판(641)을 기준으로, 안테나 엘리멘트(649)로의 급전이 가까운 거리에서 수행되도록, 유전체(643)의 기판부보다 높은 위치에 형성될 수 있다. 제1 급전 구조체(653a), 및 제2 급전 구조체(653b)는, 유전체(643)의 일 면을 따라, 배치되기 때문에, 제1 급전 구조체(653a)의 급전 위치 및 제2 급전 구조체(653b)의 급전 위치는 안테나 엘리멘트(649)와 보다 가까워질 수 있다. 이를 통해, 서브 어레이 모듈의 이득이 증가한다.
디바이더(645)를 통해 연결 구조체(647)에 급전된 신호는, 제1 급전 구조체(653a)를 통해, 안테나 엘리멘트(649)에게 전달될 수 있다. 일 실시예에 따라, 제1 급전 구조체(653a) 및 안테나 엘리멘트(649) 사이에 갭이 존재한다. 제1 급전 구조체(653a)에 인가된 신호는 공기중으로 안테나 엘리멘트(649)에게 급전될 수 있다. 공기층으로 인해, 신호가 전달되는 영역에서의 유전율이 낮아진다. 낮은 유전율은 주파수 변화에 따른 안테나 특성 변화를 줄이기 때문에, 공기층을 포함하는 적층 구조는 광대역에서 안정적인 주파수 특성을 제공할 수 있다. 도 6c에 도시되지 않았으나, 다른 편파에 대응하는 신호는, 제2 급전 구조체(653b)를 통해, 안테나 엘리멘트(649)에게 전달될 수 있다.
도 6b와 같이, 연결 구조체는, 디바이더 및 급전 구조체가 배치되는 면과 반대되는, 유전체 기판의 면에 배치될 수 있다. 이하, 도 6d를 통해, 연결 구조체가 디바이더와 다른 면에 배치되는 서브 어레이 모듈의 단면이 서술된다.
도 6d를 참고하면, 전자 장치는 금속 기판(metal plate)(661)을 포함할 수 있다. 금속 기판(661)은 서브 어레이를 위한 그라운드(ground)를 제공할 수 있다. 금속 기판(661)의 일 면 위에 유전체(663)가 배치될 수 있다.
유전체(663)는 결합부를 포함할 수 있다. 유전체(663)의 결합부는 금속 기판(661)의 상기 일 면과 결합될 수 있다. 유전체(663)의 결합부의 형상은 금속 기판(661)으로부터 상기 유전체(663)를 지지하기 위한 구조를 포함할 수 있다. 유전체(663)의 결합부를 통해, 유전체(663)의 기판부는 금속 기판(661)과 갭(675)을 형성한다.
유전체(663)는 기판부를 포함할 수 있다. 유전체(663)의 기판부는 전송 선로(미도시), 디바이더(665), 연결 구조체(667)가 배치될 수 있는 면을 포함하는 영역을 의미한다. 유전체(663)의 형상은 판형 구조를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 디바이더(665), 제1 급전 구조체(673a), 및 제2 급전 구조체(673b)는, 유전체(663)의 일 면을 따라, 배치될 수 있다. 그러나, 연결 구조체(667)는 상기 유전체(663)의 일 면과 다른 면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 연결 구조체(667)는 상기 유전체(663)의 일 면의 반대(opposite) 면에 배치될 수 있다. 디바이더(665)의 분기와 연결 구조체(667)는 서로 다른 면에 배치되는 바, 연결 구조체(667)는 비아(via)를 통해 디바이더(665)의 분기와 연결될 수 있다.
유전체(663)는 지지부(671a), 지지부(671b), 및 지지부(671c)를 포함할 수 있다. 지지부(671a), 지지부(671b), 및 지지부(671c)의 형상은 안테나 엘리멘트(669)를 지지하기 위한 구조를 포함할 수 있다. 유전체(663)는 안테나 기판의 역할(role) 뿐만 아니라, 안테나 엘리멘트(669)의 지지대의 역할을 수행할 수 있다.
유전체(663)는 하나 이상의 돌출부들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 돌출부들은, 금속 기판(661)을 기준으로, 안테나 엘리멘트(669)로의 급전이 가까운 거리에서 수행되도록, 유전체(663)의 기판부보다 높은 위치에 형성될 수 있다. 제1 급전 구조체(673a), 및 제2 급전 구조체(673b)는, 유전체(663)의 일 면을 따라, 배치되기 때문에, 제1 급전 구조체(673a)의 급전 위치 및 제2 급전 구조체(673b)의 급전 위치는 안테나 엘리멘트(669)와 보다 가까워질 수 있다. 이를 통해, 서브 어레이 모듈의 이득이 증가한다.
디바이더(665)를 통해 연결 구조체(667)에 급전된 신호는, 제1 급전 구조체(673a)를 통해, 안테나 엘리멘트(669)에게 전달될 수 있다. 연결 구조체(667)와 제1 급전 구조체(673a) 간 전기적 연결을 위해, 수직 비아가 이용될 수 있다. 연결 구조체(667)는 수직 비아를 통해, 반대면에 배치되는 제1 급전 구조체(673a)에게 신호를 급전할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제1 급전 구조체(673a) 및 안테나 엘리멘트(669) 사이에 갭이 존재한다. 제1 급전 구조체(673a)에 인가된 신호는 공기중으로 안테나 엘리멘트(669)에게 급전될 수 있다. 공기층으로 인해, 신호가 전달되는 영역에서의 유전율이 낮아진다. 낮은 유전율은 주파수 변화에 따른 안테나 특성 변화를 줄이기 때문에, 공기층을 포함하는 적층 구조는 광대역에서 안정적인 주파수 특성을 제공할 수 있다. 도 6d에 도시되지 않았으나, 다른 편파에 대응하는 신호는, 제2 급전 구조체(673b)를 통해, 안테나 엘리멘트(669)에게 전달될 수 있다.
도 5, 도 6a, 도 6b, 도 6c, 및 도 6d를 통해 서술된 바와 같이, 본 개시의 실시예들은 안테나 엘리멘트의 급전부와 디바이더 사이에 배치되는 추가 구조물을 통해, 상기 안테나 엘리멘트를 위한 매칭 네트워크를 제공할 수 있다. 실시예들에 따를 때, PCB 나 유전체(예: 플라스틱) 기판 위에 배치되는 서브 어레이 모듈은, 일 면에 실장되는 추가 구조물을 통해 안테나 엘리멘트 단위의 임피던스 매칭이 가능하게 한다. 서브 어레이들 내의 안테나 엘리멘트들 간의 편차를 줄임으로써, 비선형성이 보완되므로, 그레이팅 로브로 인한 영향이 감소할 수 있다.
도 7은 본 개시의 실시예들에 따른 안테나 엘리멘트 유닛을 포함하는 서브 어레이(sub-array)의 설계 절차의 예를 도시한다.
도 7을 참고하면, 동작(701)에서, 안테나 엘리멘트에 급전 구조체들이 결합될 수 있다. 동작(703)에서, 안테나 엘리멘트의 급전 구조체들 중 적어도 일부에 연결 구조체가 결합될 수 있다. 동작(705)에서, 서브 어레이 내의 각 안테나 엘리멘트에 대한 연결 구조체는 디바이더의 분기와 연결될 수 있다. 디바이더의 N개(N은 2 이상의 정수)의 분기들은 N개의 안테나 엘리멘트들과 각각 연결될 수 있다. 연결 구조체는, 디바이더의 분기와 급전 구조체를 전기적으로 연결할 수 있다. 안테나 엘리멘트 당 하나 이상의 연결 구조체들이 결합될 수 있다. 일 실시예에 따라, 지정된 임계값(예: -20dB) 이하의 매칭이 수행되도록, 연결 구조체들이 형성될 수 있다. 연결 구조체의 형상 및 기능은 도 9를 통해 구체적으로 서술된다.
기존 서브 어레이는 안테나 엘리멘트의 설계, 디바이더의 위상 설계, 디바이더의 위상 설계 검사, 임피던스 매칭의 절차를 통해 제작되었다. 본 개시의 실시예들에 따를 때, 안테나 엘리멘트 유닛의 임피던스 매칭을 위한 연결 구조물은 디바이더와의 결합 전에 안테나 엘리멘트와 연결되므로, 디바이더의 위상 설계 및 검사가 생략될 수 있다. 안테나 엘리멘트와 디바이더가 결합된 후, 임피던스 매칭이 수행되는 것이 아니라, 안테나 엘리멘트가 디바이더와 결합되기 전에 안테나 엘리멘트 단위로 임피던스 매칭이 수행된다. 따라서, 같은 서브 어레이 내의 안테나 엘리멘트들 간의 주파수 관련 특성의 비선형성이 감소한다. 비선형성의 감소는, 방사되는 신호의 위상이나 크기의 왜곡을 줄이기 때문에, 그레이팅 로브로 인한 문제가 향상될 수 있다. 즉, 모든 안테나 엘리멘트들 각각에서 안테나 리액턴스가 충분히 제거되므로, 선형성이 높아져 그레이팅 로브로 인한 문제가 감소한다. 실시예들에 따른 서브 어레이 모듈은 광대역에서도 충분한 조정 범위(steering range)를 제공할 수 있다.
도 8a 및 도 8b 본 개시의 실시예들에 따른 안테나 엘리멘트 유닛을 포함하는 서브 어레이의 그레이팅 로브의 제거 성능을 도시한다.
도 8a를 참고하면, 그래프(800)는 안테나 엘리멘트 기반 서브 어레이를 포함하는 MMU 장치의 방사각 별 이득을 나타낸다. 그래프(800)의 가로축은 방사각(단위: 도(degree)), 그래프(850)의 세로축은 이득(단위: dB)을 나타낸다. 그래프(800)를 참조하면, 메인 로브에 인접한 그레이팅 로브(810)가 발생한다.
도 8b를 참고하면, 그래프(850)는 안테나 엘리멘트 유닛 기반 서브 어레이를 포함하는 MMU 장치의 방사각 별 이득을 나타낸다. 그래프(850)의 가로축은 방사각(단위: 도(degree)), 그래프(850)의 세로축은 이득(단위: dB)을 나타낸다. 그래프(850)를 참조하면, 메인 로브에 인접한 그레이팅 로브의 제거(860)가 확인된다.
도 9는 본 개시의 실시예들에 따른 안테나 엘리멘트 유닛의 연결 구조체의 예시적인 형상들을 도시한다.
도 9를 참고하면, 도 3 내지 도 8에서 서술된 안테나 엘리멘트 유닛(331)은 제1 편파를 위한 제1 연결 구조체와 제2 편파를 위한 제2 연결 구조체를 포함할 수 있다. 이하, 연결 구조체에 대한 설명은 제1 연결 구조체 및 제2 연결 구조체 모두에 적용될 수 있다. 일 실시예에 따라, 안테나 엘리멘트 유닛(331)의 연결 구조체는 연결부, 선형부, 돌출부, 및 하나 이상의 스터브들(stubs)을 포함할 수 있다. 이하, 연결 구조체의 구성요소들(components)에 대한 설명은 안테나 엘리멘트 유닛(331) 뿐만 아니라, 후술되는 안테나 엘리멘트 유닛(910), 안테나 엘리멘트 유닛(920), 안테나 엘리멘트 유닛(930), 안테나 엘리멘트 유닛(940), 및 안테나 엘리멘트 유닛(950)에도 동일하게 적용된다.
안테나 엘리멘트 유닛(331)의 연결부는, 디바이더의 분기로부터 RF 신호를 선형부에 전달할 수 있다. 연결부는 외부로부터 선형부의 일 지점을 향하도록 굽어진 형상을 가질 수 있다. 즉, 연결부는 선형부의 방향을 기준으로 굽어진 형상을 가질 수 있다.
안테나 엘리멘트 유닛(331)의 선형부는, RF 신호를 안테나 엘리멘트의 급전 구조체에 전달할 수 있다. 선형부는 특정 방향(이하, 선로 방향)을 향하는 선(line)의 형상을 가질 수 있다. 여기서, 선로 방향은 방사 신호의 편파에 따라 정해질 수 있다. 예를 들어, 선로 방향은 도 9에 도시된 바와 같이, (+)45도 방향 혹은 (-)45도 방향일 수 있다.
안테나 엘리멘트 유닛(331)의 돌출부는 선형부와 연결부가 결합되는 지점을 기준으로, 선형부의 급전 방향과 반대에 배치될 수 있다. 일 실시예에 따라, 돌출부는 선형부의 선로 방향을 기준으로 굽어진 형상을 가질 수 있다. 도 9에는 도시되지 않았으나, 다른 일 실시예에 따라 돌출부는 선형부의 선로 방향을 기준으로 선형부가 연장된 형상을 가질 수 있다. 돌출부는 안테나 단의 특성 임피던스의 조정을 위해 이용될 수 있다. 돌출부의 배치는 임피던스 매칭을 위한 커패시터(capacitor) 또는 인덕터(inductor)로 기능할 수 있다.
안테나 엘리멘트 유닛(331)의 스터브는 선형부에 병렬로 배치될 수 있다. 도 9에서는 선로 방향을 기준으로, 하나의 스터브가 입력부의 방향과 반대의 위치에서 병렬로 배치되는 예가 도시되었으나, 본 개시의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 다른 일 실시예에 따라, 복수의 스터브들이 병렬로 배치될 수 있다. 또 다른 일 실시예에 따라, 복수의 스터브들이 선로 방향을 기준으로 서로 다른 위치에 배치될 수 있다. 스터브는 안테나 단의 특성 임피던스의 조정을 위해 이용될 수 있다. 스터브의 배치는 임피던스 매칭을 위한 커패시터 또는 인덕터로 기능할 수 있다.
안테나 엘리멘트 별 매칭 네트워크를 위해, 연결 구조체의 형상이 결정될 수 있다. 따라서, 서브 어레이 모듈의 설계 단계에서, 적합한 연결 구조체의 형상이 결정될 수 있다. 안테나 엘리멘트의 현재 특성 임피던스에 따라, 연결 구조체의 구성요소들 중에서 적어도 일부는 생략될 수 있다. 예를 들어, 요구되는 매칭 회로를 구성하기 위해서, 돌출부 또는 스터브 중 적어도 하나는 생략될 수 있다. 다른 예를 들어, 요구되는 매칭 회로를 구성하기 위해서, 안테나 엘리멘트 유닛(331)의 돌출부의 형상과는 다른, 형상이 요구될 수 있다. 또 다른 예를 들어, 요구되는 매칭 회로를 구성하기 위해서, 안테나 엘리멘트 유닛(331)의 스터브 외에 추가적인 적어도 하나의 스터브가 요구될 수 있다.
일 실시예에 따를 때, 안테나 엘리멘트 유닛(910)의 연결 구조체는 연결부, 선형부, 돌출부를 포함할 수 있다. 안테나 엘리멘트 유닛(331)과 달리, 안테나 엘리멘트 유닛(910)은 스터브를 포함하지 않을 수 있다.
일 실시예에 따를 때, 안테나 엘리멘트 유닛(920)의 연결 구조체는 연결부, 선형부, 및 두 개의 스터브들을 포함할 수 있다. 안테나 엘리멘트 유닛(331)과 달리, 안테나 엘리멘트 유닛(920)은 돌출부를 포함하지 않을 수 있다. 대신, 안테나 엘리멘트 유닛(920)은 두 개의 스터브들을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따를 때, 안테나 엘리멘트 유닛(930)의 연결 구조체는 연결부, 선형부, 스터브를 포함할 수 있다. 안테나 엘리멘트 유닛(331)과 달리, 안테나 엘리멘트 유닛(930)은 돌출부를 포함하지 않을 수 있다. 또한, 안테나 엘리멘트 유닛(930)은, 안테나 엘리멘트 유닛(331)의 스터브와 다른 스터브를 포함할 수 있다. 안테나 엘리멘트 유닛(930)의 스터브의 위치, 굵기, 및 길이는, 안테나 엘리멘트 유닛(331)의 스터브의 위치, 굵기 및 길이와 각각 다를 수 있다.
일 실시예에 따를 때, 안테나 엘리멘트 유닛(940)의 연결 구조체는 연결부, 선형부를 포함할 수 있다. 안테나 엘리멘트 유닛(331)과 달리, 안테나 엘리멘트 유닛(940)은 스터브 및 돌출부를 포함하지 않을 수 있다.
일 실시예에 따를 때, 안테나 엘리멘트 유닛(950)의 연결 구조체는 연결부, 선형부, 및 두 개의 스터브들을 포함할 수 있다. 안테나 엘리멘트 유닛(331)과 달리, 안테나 엘리멘트 유닛(950)은 돌출부를 포함하지 않을 수 있다. 안테나 엘리멘트 유닛(950)은 선로 방향을 기준으로 양 방향에 배치되는 두 개의 스터브들을 포함할 수 있다.
도 9에 도시된 예시들은 예시적인 것이며, 도 9에 서술된 기술적 원리를 이용하는 형상을 갖는 연결 구조체 또한 본 개시의 일 실시예로써 이해될 수 있다.
서브 어레이는 상술된 안테나 엘리멘트 유닛들을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 서브 어레의 안테나 엘리멘트 유닛들의 형상은 동일할 수 있다. 다른 일 실시예에 따라, 서브 어레의 안테나 엘리멘트 유닛들의 형상은 다를 수 있다. 또 다른 일 실시예에 따라, 서브 어레의 안테나 엘리멘트 유닛들 중 적어도 일부는 동일한 형상을 갖고, 다른 적어도 일부는 다른 형상을 가질 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 본 개시의 실시예들에 따른 안테나 엘리멘트 유닛들을 포함하는 서브 어레이의 예들을 도시한다.
도 10a를 참고하면, 서브 어레이는 3x1 서브 어레이일 수 있다. 서브 어레이는 3개의 안테나 엘리멘트 유닛들을 포함할 수 있다. 서브 어레이는 3개의 안테나 엘리멘트 유닛들을 포함할 수 있다. 서브 어레이는 제1 안테나 엘리멘트 유닛, 제2 안테나 엘리멘트 유닛, 및 제3 안테나 엘리멘트 유닛을 포함할 수 있다. 제1 안테나 엘리멘트 유닛은 제1 안테나 엘리멘트(1031), 제1 연결 구조체(1041a), 및 제2 연결 구조체(1041b)를 포함할 수 있다. 제2 안테나 엘리멘트 유닛은 제2 안테나 엘리멘트(1033), 제3 연결 구조체(1043a), 및 제4 연결 구조체(1043b)를 포함할 수 있다. 제3 안테나 엘리멘트 유닛은 제3 안테나 엘리멘트(1035), 제5 연결 구조체(1045a), 및 제6 연결 구조체(1045b)를 포함할 수 있다.
서브 어레이는 2개의 디바이더들을 포함할 수 있다. 2개의 디바이더들은 제1 편파를 위한 제1 디바이더(1001a) 및 제2 편파를 위한 제2 디바이더(1001b)를 포함할 수 있다. 제1 디바이더(1001a)는 3개의 분기들을 포함할 수 있다. 제2 디바이더(1001b)는 3개의 분기들을 포함할 수 있다.
도 10b를 참고하면, 서브 어레이는 4x1 서브 어레이일 수 있다. 서브 어레이는 4개의 안테나 엘리멘트 유닛들과 2개의 디바이더들을 포함할 수 있다.
서브 어레이는 4개의 안테나 엘리멘트 유닛들을 포함할 수 있다. 서브 어레이는 제1 안테나 엘리멘트 유닛, 제2 안테나 엘리멘트 유닛, 제3 안테나 엘리멘트 유닛, 및 제4 안테나 엘리멘트 유닛을 포함할 수 있다. 제1 안테나 엘리멘트 유닛은 제1 안테나 엘리멘트(1081), 제1 연결 구조체(1091a), 및 제2 연결 구조체(1091b)를 포함할 수 있다. 제2 안테나 엘리멘트 유닛은 제2 안테나 엘리멘트(1083), 제3 연결 구조체(1093a), 및 제4 연결 구조체(1093b)를 포함할 수 있다. 제3 안테나 엘리멘트 유닛은 제3 안테나 엘리멘트(1085), 제5 연결 구조체(1095a), 및 제6 연결 구조체(1095b)를 포함할 수 있다. 제4 안테나 엘리멘트 유닛은 제4 안테나 엘리멘트(1087), 제7 연결 구조체(1097a), 및 제8 연결 구조체(1097b)를 포함할 수 있다.
2개의 디바이더들은 제1 편파를 위한 제1 디바이더(1051a) 및 제2 편파를 위한 제2 디바이더(1051b)를 포함할 수 있다. 제1 디바이더(1051a)는 4개의 분기들을 포함할 수 있다. 제2 디바이더(1051b)는 4개의 분기들을 포함할 수 있다.
도 10a 및 도 10b를 참고하면 안테나 엘리멘트 유닛의 형상으로써, 도 3의 제1 안테나 엘리멘트 유닛(331)이 예시되나, 본 개시의 실시예들은 이에 한정도지 않는다. 도 9를 통해 도시된 안테나 엘리멘트 유닛들 중 적어도 하나는 제1 안테나 엘리멘트 유닛(331)을 대체할 수 있다.
도 11은 본 개시의 실시예들에 따른 안테나 엘리멘트 유닛들을 포함하는 서브 어레이 모듈의 예를 도시한다.
도 11을 참고하면, 사시도(1100)는 실시예들에 따른 안테나 엘리멘트 유닛들을 포함하는 서브 어레이 모듈을 나타낸다. 서브 어레이 모듈의 두 번째 안테나 엘리멘트 유닛에 대한 구체적인 구조는 사시도(1103)를 통해 도시된다.
서브 어레이 모듈은 금속 기판(1110)을 포함할 수 있다. 서브 어레이 모듈은 안테나 기판(1120)을 포함할 수 있다. 금속 기판(1110)의 일 면 위에 안테나 기판(1120)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 서브 어레이 모듈의 적층 구조는 도 5의 적층 구조일 수 있다.
서브 어레이 모듈은 제1 디바이더(1101a) 및 제2 디바이더(1101b)를 포함할 수 있다. 안테나 기판(1120)의 일 면 위에 금속 패턴이 형성될 수 있다. 상기 금속 패턴은 제1 디바이더(1101a)를 포함할 수 있다. 상기 금속 패턴은 제2 디바이더(1101b)를 포함할 수 있다. 제1 디바이더(1101a)는 제1 편파를 위한 신호를 각 안테나 엘리멘트(예: 안테나 엘리멘트(1160))에게 급전하도록 이용될 수 있다. 제2 디바이더(1101b)는 제2 편파를 위한 신호를 각 안테나 엘리멘트(예: 안테나 엘리멘트(1160))에게 급전하도록 이용될 수 있다.
서브 어레이 모듈은 안테나 엘리멘트 유닛을 포함할 수 있다. 안테나 엘리멘트 유닛은 안테나 엘리멘트(1160)를 포함할 수 있다. 안테나 엘리멘트(1160)는 방사체를 의미할 수 있다. 예를 들어, 안테나 엘리멘트(1160)는 방사 패치를 포함할 수 있다. 도 3 내지 도 11에서는 사각형의 방사 패치가 예시되었으나, 본 개시의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 다른 일 실시예에 따라, 방사 패치의 형상은 사각형 외에 육각형, 팔각형 등의 다각형일 수 있다. 다른 일 실시예에 따라, 방사 패치의 형상은 사각형 외에 양 끝이 절단되거나 곡선으로 이루어진 도형일 수 있다. 또한, 추가적인 일 실시예에 따라, 방사 패치의 면의 일부 영역은, CPR(cross-polarization ratio) 성능의 향상을 위해, 제거될 수도 있다.
안테나 엘리멘트 유닛은 제1 급전 구조체(1131a)를 포함할 수 있다. 안테나 엘리멘트 유닛은 제2 급전 구조체(1131b)를 포함할 수 있다. 안테나 엘리멘트 유닛은 제3 급전 구조체(1132a)를 포함할 수 있다. 안테나 엘리멘트 유닛은 제4 급전 구조체(1132b)를 포함할 수 있다. 안테나 엘리멘트 유닛은 지지 구조체(1150)를 포함할 수 있다. 제1 급전 구조체(1131a), 제2 급전 구조체(1131b), 제3 급전 구조체(1132a), 및 제4 급전 구조체(1132b)는 지지 구조체(1150)와 결합될 수 있다. 지지 구조체(1150)는 안테나 엘리멘트(1160)와 결합될 수 있다. 제1 급전 구조체(1131a)와 제3 급전 구조체(1132a)는 마주보도록 배치될 수 있다. 제2 급전 구조체(1131b)와 제4 급전 구조체(1132b)는 마주보도록 배치될 수 있다. 각 급전 구조체는 지지 구조체(1150)를 통해 안테나 엘리멘트(1160)를 지지할 수 있다.
안테나 엘리멘트 유닛은 제1 연결 구조체(1141a)를 포함할 수 있다. 제1 연결 구조체(1141a)는 제1 급전 구조체(1131a)와 결합될 수 있다. 제1 연결 구조체(1141a)는 제1 디바이더(1101a)의 분기와 제1 급전 구조체(1131a) 사이에 배치될 수 있다. 제1 연결 구조체(1141a)는 제1 디바이더(1101a)의 분기와 제1 급전 구조체(1131a)를 전기적으로 연결할 수 있다. 제1 연결 구조체(1141a)는 전기적인 연결을 제공하는 것 뿐만 아니라, 상기 제1 디바이더(1101a)의 분기에서 바라보는 상기 안테나 엘리멘트(1160)와 관련된 특성 임피던스의 리액턴스를 줄이도록 구성될 수 있다. 즉, 제1 연결 구조체(1141a)의 형상(1190)은 매칭 네트워크로 기능할 수 있다.
안테나 엘리멘트 유닛은 제2 연결 구조체(1141b)를 포함할 수 있다. 제2 연결 구조체(1141b)는 제2 급전 구조체(1131b)와 결합될 수 있다. 제2 연결 구조체(1141b)는 제2 디바이더(1101b)의 분기와 제2 급전 구조체(1131b) 사이에 배치될 수 있다. 제2 연결 구조체(1141b)는 제2 디바이더(1101b)의 분기와 제2 급전 구조체(1131b)를 전기적으로 연결할 수 있다. 제2 연결 구조체(1141b)도 제1 연결 구조체(1141a)와 마찬가지로, 상기 제2 디바이더(1101b)의 분기에서 바라보는 상기 안테나 엘리멘트(1160)와 관련된 특성 임피던스의 리액턴스를 줄이도록 구성될 수 있다.
CPR은 동-편파(Co-polarization) 성분과 교차-편파(Cross-polarization) 성분의 비(ratio)이다. 일 예로, CPR 규격은 안테나의 수평 방사 패턴에서 방사 각도 0도(boresight), ±60도(Sector edge)에서 관리하며, 배열 안테나의 경우 CPR은 모든 단일 소자들의 CPR성능에 영향을 받는다. CPR이 높은 것은, 서로 다른 편파를 갖는 신호들 간 채널 상관이 낮음을 나타낸다. 서로 다른 편파를 갖는 신호들이 독립적인 채널을 겪을수록, 편파 다이버시티(polarization diversity)는 높아질 수 있다. 편파 다이버시티를 위하여 이중 편파 안테나가 활용된다. 편파 다이버시티가 높아질수록 신호 이득이 증가할 수 있고, 이는 곧 채널 용량(channel capacity)의 증가를 야기하기 때문에, 이중 편파 안테나에서 편파 성분들 간 독립성은 이중 편파 안테나의 성능을 나타내는 지표로 활용된다.
4G 기지국 안테나 대비 5G 기지국 안테나의 경우, 안테나 간 좁은 간격으로 인하여 CPR 성능이 더욱 중요해진다. 넓은 빔을 사용하여 서비스하는 4G 기지국에서는 안테나 간격이 넓을수록 공간 분리도가 높아져 통신 성능이 향상되지만, 빔 폭이 좁고 전력 밀도가 높은 빔을 사용하여 서비스를 제공하는 5G 기지국에서는 빔포밍 영역을 넓히기 위해서 배열 안테나의 안테나 간격이 좁아져야만 한다. 이처럼, 4G 기지국(예: LTE의 eNB) 안테나 대비 5G 기지국(예: 5G NR의 gNB, NG-RAN node) 안테나의 좁은 안테나 간격으로 인하여, 안테나 간 간섭이 증가하기 때문에 CPR 열화를 막기 위한 기술이 중요하다. CPR 성능은, 통신 성능의 주요 지표인 처리량(throughput) 및 BER(bit error rate) 성능과도 비례하기 때문에 5G 통신 성능 향상을 위해 사업자들은 높은 CPR 요구하고 있다.
상술된 CPR 성능의 개선을 위해, 실시예들에 따른 안테나 엘리멘트 유닛은, 2개의 신호 입력들만을 이용하는 것이 아니라, 4개의 신호 입력들을 이용하는 4-포트를 지원할 수 있다. 이하, 도 12a 내지 도 14를 통해 4-포트를 위한 안테나 엘리멘트 유닛의 예들이 서술된다.
도 12a는 본 개시의 실시예들에 따른 4-포트를 위한 안테나 엘리멘트 유닛의 예를 도시한다.
도 12a를 참고하면, 실시예들에 따른 안테나 엘리멘트 유닛(1200)은 안테나 엘리멘트(1260), 제1 급전 구조체(1271a), 제2 급전 구조체(1271b), 제3 급전 구조체(1272a), 제4 급전 구조체(1272b), 제1 연결 구조체(1281a), 제2 연결 구조체(1281b), 제3 연결 구조체(1282a), 및 제4 연결 구조체(1282b)를 포함할 수 있다.
안테나 엘리멘트(1265)는 급전된 신호를 공기중으로 방사하기 위한 방사체를 의미할 수 있다. 일 실시예에 따라, 안테나 엘리멘트(1265)는 방사 패치를 포함할 수 있다. 도 12a에서는 사각형의 방사 패치가 예시되었으나, 본 개시의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 다른 일 실시예에 따라, 방사 패치의 형상은 사각형 외에 양 끝이 절단되거나 곡선으로 이루어진 도형일 수 있다. 또한, 추가적인 일 실시예에 따라, 방사 패치의 면의 일부 영역은, CPR(cross-polarization ratio) 성능의 향상을 위해, 제거될 수도 있다.
제1 급전 구조체(1271a), 제2 급전 구조체(1271b), 제3 급전 구조체(1272a), 제4 급전 구조체(1272b)는 인가된 신호를 안테나 엘리멘트(1265)에게 급전하기 위한 구성요소이다. 일 실시예에 따라, 제1 급전 구조체(1271a) 및 제3 급전 구조체(1272a)는 제1 편파의 방향에 따라 배치될 수 있다. 일 실시예에 따라, 제2 급전 구조체(1271b) 및 제4 급전 구조체(1272b)는 제2 편파의 방향에 따라 배치될 수 있다.
제1 급전 구조체(1271a), 제2 급전 구조체(1271b), 제3 급전 구조체(1272a), 제4 급전 구조체(1272b)는 지지 구조물(1290)을 통해 안테나 엘리멘트를 지지할 수 있다. 제1 급전 구조체(1271a), 제2 급전 구조체(1271b), 제3 급전 구조체(1272a), 및 제4 급전 구조체(1272b) 각각은 지지 구조물(1290)과 결합될 수 있다. 한편, 도 12a에 도시된 바와 달리, 지지 구조물(1290) 없이, 각 급전 구조체가 안테나 엘리멘트를 지지하도록 구성될 수도 있다.
제1 연결 구조체(1281a)는 제1 급전 구조체(1271a)와 연결될 수 있다. 제1 연결 구조체(1281a)는 제1 편파를 위한 제1 디바이더와 연결될 수 있다. 즉, 제1 연결 구조체(1281a)는 제1 급전 구조체(1271a) 및 제1 디바이더 사이에 배치될 수 있다. 제1 연결 구조체(1281a)는 안테나 엘리멘트(1265)의 임피던스 매칭을 위해 배치될 수 있다. 즉, 제1 연결 구조체(1281a)는 상기 제1 디바이더의 분기에서 안테나 엘리멘트(1265)로의 특성 임피던스의 리액턴스를 줄이도록 구성될 수 있다.
제2 연결 구조체(1281b)는 제2 급전 구조체(1271b)와 연결될 수 있다. 제2 연결 구조체(1281b)는 제2 편파를 위한 제2 디바이더와 연결될 수 있다. 즉, 제2 연결 구조체(1281b)는 제2 급전 구조체(1271b) 및 제2 디바이더 사이에 배치될 수 있다. 제2 연결 구조체(1281b)는 안테나 엘리멘트(1265)의 임피던스 매칭을 위해 배치될 수 있다. 즉, 제2 연결 구조체(1281b)는 상기 제2 디바이더의 분기에서 안테나 엘리멘트(1265)로의 특성 임피던스의 리액턴스를 줄이도록 구성될 수 있다.
제3 연결 구조체(1282a)는 제3 급전 구조체(1272a)와 연결될 수 있다. 일 실시예에 따라, 제3 연결 구조체(1282a)는 제1 편파를 위한 제1 디바이더와 연결될 수 있다. 즉, 제3 연결 구조체(1282a)는 제3 급전 구조체(1272a) 및 제1 디바이더 사이에 배치될 수 있다. 제3 연결 구조체(1282a)는 안테나 엘리멘트(1265)의 임피던스 매칭을 위해 배치될 수 있다. 제1 디바이더는 안테나 엘리멘트(1265)를 위한 두 개의 분기들을 포함할 수 있다. 제1 디바이더는 N개(N은 2 이상의 정수)의 안테나 엘리멘트들을 위해, 2N개의 분기들은 가질 수 있다. 각 안테나 엘리멘트에 2개의 분기들의 신호가 공급될 수 있다.
제4 연결 구조체(1282b)는 제4 급전 구조체(1272b)와 연결될 수 있다. 제4 연결 구조체(1282b)는 제2 편파를 위한 제2 디바이더와 연결될 수 있다. 즉, 제4 연결 구조체(1282b)는 제4 급전 구조체(1272b) 및 제2 디바이더 사이에 배치될 수 있다. 제4 연결 구조체(1282b)는 안테나 엘리멘트(1265)의 임피던스 매칭을 위해 배치될 수 있다. 제2 디바이더는 안테나 엘리멘트(1265)를 위한 두 개의 분기들을 포함할 수 있다. 제2 디바이더는 N개(N은 2 이상의 정수)의 안테나 엘리멘트들을 위해, 2N개의 분기들은 가질 수 있다. 각 안테나 엘리멘트에 2개의 분기들의 신호가 공급될 수 있다.
총 4개의 연결 구조체들이 안테나 엘리멘트(1265)를 위해 배치된다. 4개의 연결 구조체들 및 4개의 급전 구조체들을 통해, 각 편파에 대한 2개의 분기들의 신호들이 안테나 엘리멘트(1265)에게 공급될 수 있다. 안테나 엘리멘트(1265)는 4개의 입력 신호들을 방사할 수 있다.
동일 편파에 대해 서로 다른 급전 라인들을 이용함으로써, 서브 어레이의 CPR 성능, 아이솔레이션 성능, 및 반사 성능이 개선될 수 있다. 일 실시예에 따라, 제1 연결 구조체(1281a)의 위상 변환 값과 제3 연결 구조체(1282a)를 이용하는 위상 변환 값의 차이는 실질적으로 180도일 수 있다. 제1 연결 구조체(1281a)를 통해 급전되는 신호와 제3 연결 구조체(1282a)를 통해 급전되는 신호를 구별하기 위해, 동일 편파들 간의 위상 차이가 180도를 갖도록 제1 연결 구조체(1281a) 및 제3 연결 구조체(1282a)가 형성될 수 있다. 또한, 180도의 위상 차이를 통해 제1 편파의 신호들은 제2 편파의 신호들과 직교하므로, CPR 성능이 향상된다.
일 실시예에 따라, 제2 연결 구조체(1281b)의 위상 변환 값과 제3 연결 구조체(1282a)를 이용하는 위상 변환 값의 차이는 실질적으로 180도일 수 있다. 제2 연결 구조체(1281b)를 통해 급전되는 신호와 제4 연결 구조체(1282b)를 통해 급전되는 신호를 구별하기 위해, 동일 편파들 간의 위상 차이가 180도를 갖도록 제2 연결 구조체(1281b) 및 제4 연결 구조체(1282b)가 형성될 수 있다. 또한, 180도의 위상 차이를 통해 제2 편파의 신호들은 제1 편파의 신호들과 직교하므로, CPR 성능이 향상된다.
도 12a에서는 임피던스 매칭을 위한 연결 구조체(예: 제1 연결 구조체(1281a), 제2 연결 구조체(1281b), 제3 연결 구조체(1282a), 및 제4 연결 구조체(1282b))의 형상이 예시되었으나, 본 개시의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 연결 구조체의 형상은 임피던스 매칭을 이용하는 기술적 원리가 동일하다면 다양한 방식으로 변경될 수 있다. 구체적인 연결 구조체의 형상의 예시들은 도 14를 통해 서술된다.
도 12b는 본 개시의 실시예들에 따른 4-포트를 위한 안테나 엘리멘트 유닛들을 포함하는 서브 어레이의 예(1250)를 도시한다. 도 12b에서는 3x1 서브 어레이가 예시되나, 본 개시의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 다른 일 예로, 서브 어레이는 4x1 서브 어레이일 수 있다. 또 다른 일 예로, 서브 어레이는 3x2 서브 어레이일 수 있다.
도 12b를 참고하면, 서브 어레이는 3개의 4-포트를 위한 안테나 엘리멘트 유닛들을 포함할 수 있다. 4-포트를 위한 안테나 엘리멘트 유닛은 4-포트 기반 안테나 엘리멘트 유닛으로 지칭될 수 있다. 서브 어레이는 제1 4-포트 기반 안테나 엘리멘트 유닛(1291). 제2 4-포트 기반 안테나 엘리멘트 유닛(1293), 제3 4-포트 기반 안테나 엘리멘트 유닛(1295)을 포함할 수 있다. 도 12a의 안테나 엘리멘트 유닛에 대한 설명이 각 안테나 엘리멘트 유닛들에게 적용될 수 있다.
서브 어레이는 2개의 디바이더들을 포함할 수 있다. 2개의 디바이더들은 제1 편파를 위한 제1 디바이더(1251a) 및 제2 편파를 위한 제2 디바이더(1251b)를 포함할 수 있다. 제1 디바이더(1251a)는 3개의 분기들을 포함할 수 있다. 제2 디바이더(1251b)는 3개의 분기들을 포함할 수 있다.
도 13은 본 개시의 실시예들에 따른 4-포트를 위한 안테나 엘리멘트 유닛들을 포함하는 서브 어레이 모듈의 예를 도시한다.
도 13을 참고하면, 사시도(1300)는 실시예들에 따른 안테나 엘리멘트 유닛들을 포함하는 서브 어레이 모듈을 나타낸다. 서브 어레이 모듈의 두 번째 안테나 엘리멘트 유닛에 대한 구체적인 구조는 사시도(1303)를 통해 도시된다.
서브 어레이 모듈은 금속 기판(1310)을 포함할 수 있다. 서브 어레이 모듈은 안테나 기판(1320)을 포함할 수 있다. 금속 기판(1310)의 일 면 위에 안테나 기판(1320)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 서브 어레이 모듈의 적층 구조는 도 5의 적층 구조일 수 있다.
서브 어레이 모듈은 제1 디바이더(1301a) 및 제2 디바이더(1301b)를 포함할 수 있다. 안테나 기판(1320)의 일 면 위에 금속 패턴이 형성될 수 있다. 상기 금속 패턴은 제1 디바이더(1301a)를 포함할 수 있다. 상기 금속 패턴은 제2 디바이더(1301b)를 포함할 수 있다. 제1 디바이더(1301a)는 제1 편파를 위한 신호를 각 안테나 엘리멘트(예: 안테나 엘리멘트(1360))에게 급전하도록 이용될 수 있다. 제2 디바이더(1301b)는 제2 편파를 위한 신호를 각 안테나 엘리멘트(예: 안테나 엘리멘트(1360))에게 급전하도록 이용될 수 있다.
서브 어레이 모듈은 안테나 엘리멘트 유닛을 포함할 수 있다. 안테나 엘리멘트 유닛은 안테나 엘리멘트(1360)를 포함할 수 있다. 안테나 엘리멘트(1360)는 방사체를 의미할 수 있다. 예를 들어, 안테나 엘리멘트(1360)는 방사 패치를 포함할 수 있다. 도 3, 도 4a, 도 4b, 도 5, 도 6a, 도 6b, 도 6c, 도 6d, 도 7, 도 8a, 도 8b, 도 9, 도 10a, 도 10b, 도 11, 도 12a, 및 도 12b에서는 사각형의 방사 패치가 예시되었으나, 본 개시의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 다른 일 실시예에 따라, 방사 패치의 형상은 사각형 외에 육각형, 팔각형 등의 다각형일 수 있다. 다른 일 실시예에 따라, 방사 패치의 형상은 사각형 외에 양 끝이 절단되거나 곡선으로 이루어진 도형일 수 있다. 또한, 추가적인 일 실시예에 따라, 방사 패치의 면의 일부 영역은, CPR(cross-polarization ratio) 성능의 향상을 위해, 제거될 수도 있다.
안테나 엘리멘트 유닛은 제1 급전 구조체(1331a)를 포함할 수 있다. 안테나 엘리멘트 유닛은 제2 급전 구조체(1331b)를 포함할 수 있다. 안테나 엘리멘트 유닛은 제3 급전 구조체(1332a)를 포함할 수 있다. 안테나 엘리멘트 유닛은 제4 급전 구조체(1332b)를 포함할 수 있다. 안테나 엘리멘트 유닛은 지지 구조체(1350)를 포함할 수 있다. 제1 급전 구조체(1331a), 제2 급전 구조체(1331b), 제3 급전 구조체(1332a), 및 제4 급전 구조체(1332b)는 지지 구조체(1350)와 결합될 수 있다. 지지 구조체(1350)는 안테나 엘리멘트(1360)와 결합될 수 있다. 제1 급전 구조체(1331a)와 제3 급전 구조체(1332a)는 마주보도록 배치될 수 있다. 제2 급전 구조체(1331b)와 제4 급전 구조체(1332b)는 마주보도록 배치될 수 있다. 각 급전 구조체는 지지 구조체(1350)를 통해 안테나 엘리멘트(1360)를 지지할 수 있다.
안테나 엘리멘트 유닛은 제1 연결 구조체(1341a)를 포함할 수 있다. 제1 연결 구조체(1341a)는 제1 급전 구조체(1331a)와 결합될 수 있다. 제1 연결 구조체(1341a)는 제1 디바이더(1301a)의 분기와 제1 급전 구조체(1331a) 사이에 배치될 수 있다. 제1 연결 구조체(1341a)는 제1 디바이더(1301a)의 분기와 제1 급전 구조체(1331a)를 전기적으로 연결할 수 있다. 제1 연결 구조체(1341a)는 전기적인 연결뿐만 아니라, 상기 제1 디바이더(1301a)의 분기에서 바라보는 상기 안테나 엘리멘트(1360)와 관련된 특성 임피던스의 리액턴스를 줄이도록 구성될 수 있다. 즉, 제1 연결 구조체(1341a)의 형상(1390)은 매칭 네트워크로 기능할 수 있다.
안테나 엘리멘트 유닛은 제2 연결 구조체(1341b)를 포함할 수 있다. 제2 연결 구조체(1341b)는 제2 급전 구조체(1331b)와 결합될 수 있다. 제2 연결 구조체(1341b)는 제2 디바이더(1301b)의 분기와 제2 급전 구조체(1331b) 사이에 배치될 수 있다. 제2 연결 구조체(1341b)는 제2 디바이더(1301b)의 분기와 제2 급전 구조체(1331b)를 전기적으로 연결할 수 있다. 제2 연결 구조체(1341b)도 제1 연결 구조체(1341a)와 마찬가지로, 상기 제2 디바이더(1301b)의 분기에서 바라보는 상기 안테나 엘리멘트(1360)와 관련된 특성 임피던스의 리액턴스를 줄이도록 구성될 수 있다.
안테나 엘리멘트 유닛은 제3 연결 구조체(1342a)를 포함할 수 있다. 제3 연결 구조체(1342a)는 제3 급전 구조체(1332a)와 결합될 수 있다. 제3 연결 구조체(1342a)는 제1 디바이더(1301a)의 분기와 제3 급전 구조체(1332a) 사이에 배치될 수 있다. 제3 연결 구조체(1342a)는 제1 디바이더(1301a)의 분기와 제3 급전 구조체(1332a)를 전기적으로 연결할 수 있다. 제3 연결 구조체(1342a)는 전기적인 연결뿐만 아니라, 상기 제1 디바이더(1301a)의 분기에서 바라보는 상기 안테나 엘리멘트(1360)와 관련된 특성 임피던스의 리액턴스를 줄이도록 구성될 수 있다.
안테나 엘리멘트 유닛은 제4 연결 구조체(1342b)를 포함할 수 있다. 제4 연결 구조체(1342b)는 제4 급전 구조체(1332b)와 결합될 수 있다. 제4 연결 구조체(1342b)는 제2 디바이더(1301b)의 분기와 제4 급전 구조체(1332b) 사이에 배치될 수 있다. 제4 연결 구조체(1342b)는 제2 디바이더(1301b)의 분기와 제4 급전 구조체(1332b)를 전기적으로 연결할 수 있다. 제4 연결 구조체(1342b)도 제3 연결 구조체(1342a)와 마찬가지로, 상기 제2 디바이더(1301b)의 분기에서 바라보는 상기 안테나 엘리멘트(1360)와 관련된 특성 임피던스의 리액턴스를 줄이도록 구성될 수 있다. 즉, 제4 연결 구조체(1342b)의 형상(1395)은 매칭 네트워크로 기능할 수 있다.
도 14a 및 도 14b는 본 개시의 실시예들에 따른 4-포트를 위한 안테나 엘리멘트 유닛들을 포함하는 서브 어레이의 예들을 도시한다. 도 14a 및 도 14b에서는 도 9에서 언급된 연결 구조체의 형상의 다양한 예시들이 적용된, 4-포트를 위한 안테나 엘리멘트 유닛 및 서브 어레이가 도시된다. 도 14a 및 도 14b에서는 3x1 서브 어레이가 예시되나, 본 개시의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 다른 일 예로, 서브 어레이는 4x1 서브 어레이일 수 있다. 또 다른 일 예로, 서브 어레이는 3x2 서브 어레이일 수 있다.
도 14a를 참고하면, 서브 어레이(1250)의 안테나 엘리멘트 유닛은 제1 편파를 위한 제1 연결 구조체, 제2 편파를 위한 제2 연결 구조체, 제1 편파를 위한 제3 연결 구조체, 및 제2 편파를 위한 제4 연결 구조체를 포함할 수 있다. 이하, 연결 구조체에 대한 설명은 제1 연결 구조체, 제2 연결 구조체, 제3 연결 구조체, 제4 연결 구조체 모두에 적용될 수 있다.
일 실시예에 따를 때, 4-포트를 위한 서브 어레이(1250)의 연결 구조체는, 연결 구조체의 구성요소로서, 연결부, 선형부, 돌출부, 및 하나 이상의 스터브들(stubs)을 포함할 수 있다. 4-포트를 위한 서브 어레이(1250)의 연결 구조체는 도 3, 도 4a, 도 4b, 도 5, 도 6a, 도 6b, 도 6c, 도 6d, 도 7, 도 8a, 및 도 8b를 통해 도시된 안테나 엘리멘트 유닛(331)의 연결 구조체에 대응할 수 있다. 단, 안테나 엘리멘트 유닛(331)은 두 개의 연결 구조체들을 포함하지만, 4-포트를 위한 서브 어레이(1250)의 연결 구조체는 4개의 연결 구조체들을 포함할 수 있다. 같은 편파의 연결 구조체들은 안테나 엘리멘트의 중심을 기준으로 대칭적으로 배치될 수 있다.
안테나 엘리멘트 별 매칭 네트워크를 위해, 연결 구조체의 형상이 결정될 수 있다. 따라서, 서브 어레이 모듈의 설계 단계에서, 적합한 연결 구조체의 형상이 결정될 수 있다. 안테나 엘리멘트의 현재 특성 임피던스에 따라, 연결 구조체의 구성요소들 중에서 적어도 일부는 생략될 수 있다. 예를 들어, 요구되는 매칭 회로를 구성하기 위해서, 돌출부 또는 스터브 중 적어도 하나는 생략될 수 있다.
일 실시예에 따를 때, 4-포트를 위한 서브 어레이(1410)의 연결 구조체는, 연결 구조체의 구성요소로서, 연결부, 선형부, 돌출부를 포함할 수 있다. 4-포트를 위한 서브 어레이(1250)의 연결 구조체는 도 9를 통해 도시된 안테나 엘리멘트 유닛(910)의 연결 구조체에 대응할 수 있다. 단, 안테나 엘리멘트 유닛(910)은 두 개의 연결 구조체들을 포함하지만, 4-포트를 위한 서브 어레이(1410)의 연결 구조체는 4개의 연결 구조체들을 포함할 수 있다. 같은 편파의 연결 구조체들은 안테나 엘리멘트의 중심을 기준으로 대칭적으로 배치될 수 있다.
일 실시예에 따를 때, 4-포트를 위한 서브 어레이(1420)의 연결 구조체는, 연결 구조체의 구성요소로서, 연결부, 선형부, 및 두 개의 스터브들을 포함할 수 있다. 4-포트를 위한 서브 어레이(1420)의 연결 구조체는 도 9를 통해 도시된 안테나 엘리멘트 유닛(920)의 연결 구조체에 대응할 수 있다. 단, 안테나 엘리멘트 유닛(920)은 두 개의 연결 구조체들을 포함하지만, 4-포트를 위한 서브 어레이(1420)의 연결 구조체는 4개의 연결 구조체들을 포함할 수 있다. 같은 편파의 연결 구조체들은 안테나 엘리멘트의 중심을 기준으로 대칭적으로 배치될 수 있다.
도 14b를 참고하면, 일 실시예에 따를 때, 4-포트를 위한 서브 어레이(1430)의 연결 구조체는, 연결 구조체의 구성요소로서, 연결부, 선형부, 스터브를 포함할 수 있다. 4-포트를 위한 서브 어레이(1430)의 연결 구조체는 도 9를 통해 도시된 안테나 엘리멘트 유닛(930)의 연결 구조체에 대응할 수 있다. 단, 안테나 엘리멘트 유닛(930)은 두 개의 연결 구조체들을 포함하지만, 4-포트를 위한 서브 어레이(1430)의 연결 구조체는 4개의 연결 구조체들을 포함할 수 있다. 같은 편파의 연결 구조체들은 안테나 엘리멘트의 중심을 기준으로 대칭적으로 배치될 수 있다.
일 실시예에 따를 때, 4-포트를 위한 서브 어레이(1440)의 연결 구조체는, 연결 구조체의 구성요소로서, 연결부, 선형부를 포함할 수 있다. 4-포트를 위한 서브 어레이(1440)의 연결 구조체는 도 9를 통해 도시된 안테나 엘리멘트 유닛(940)의 연결 구조체에 대응할 수 있다. 단, 안테나 엘리멘트 유닛(940)은 두 개의 연결 구조체들을 포함하지만, 4-포트를 위한 서브 어레이(1440)의 연결 구조체는 4개의 연결 구조체들을 포함할 수 있다. 같은 편파의 연결 구조체들은 안테나 엘리멘트의 중심을 기준으로 대칭적으로 배치될 수 있다.
일 실시예에 따를 때, 4-포트를 위한 서브 어레이(1450)의 연결 구조체는, 연결 구조체의 구성요소로서, 연결부, 선형부, 및 두 개의 스터브들을 포함할 수 있다. 4-포트를 위한 서브 어레이(1450)의 연결 구조체는 도 9를 통해 도시된 안테나 엘리멘트 유닛(950)의 연결 구조체에 대응할 수 있다. 단, 안테나 엘리멘트 유닛(950)은 두 개의 연결 구조체들을 포함하지만, 4-포트를 위한 서브 어레이(1450)의 연결 구조체는 4개의 연결 구조체들을 포함할 수 있다. 같은 편파의 연결 구조체들은 안테나 엘리멘트의 중심을 기준으로 대칭적으로 배치될 수 있다.
도 15는 본 개시의 실시예들에 따른 안테나 엘리멘트 유닛을 갖는 안테나 어레이를 포함하는 전자 장치의 기능적 구성을 도시한다. 전자 장치(1510)는, 도 1의 기지국(110) 혹은 기지국(110)의 MMU일 수 있다. 한편, 도시된 바와 달리, 본 개시는 상술된 안테나 구조 혹은 이를 포함하는 전자 장치(1510)가 도 1의 단말(120)에 구현될 수도 있음을 배제하지 않는다. 도 1 내지 도 14b를 통해 언급된 안테나 구조 자체뿐만 아니라, 이를 포함하는 전자 장치 또한 본 개시의 실시예들에 포함된다. 전자 장치(1510)는, 서브 어레이와 전기적으로 연결되는 전력 디바이더들 사이에 배치되는 디커플링 커플러를 포함하는 안테나 구조를 포함할 수 있다.
도 15를 참고하면, 전자 장치(1510)의 예시적인 기능적 구성이 도시된다. 전자 장치(1510)는 안테나부(1511), 필터부(1512), RF(radio frequency) 처리부(1513), 제어부(1514)를 포함할 수 있다.
안테나부(1511)는 다수의 안테나들을 포함할 수 있다. 안테나는 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능들을 수행한다. 안테나는 기판(substrate)(예: PCB 또는 유전체(dielectric))의 위에(above) 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 엘리멘트 또는 안테나 소자로 지칭될 수 있다. 일부 실시예들에서, 안테나부(1511)는 복수의 안테나 엘리멘트들이 열(array)을 이루는 안테나 어레이(antenna array)를 포함할 수 있다. 안테나부(1511)는 RF 신호선들을 통해 필터부(1512)와 전기적으로 연결될 수 있다. 안테나부(1511)는 다수의 안테나 엘리멘트들을 포함하는 PCB에 실장될 수 있다. PCB는 각 안테나 엘리멘트와 필터부(1512)의 필터를 연결하는 복수의 RF 신호선들을 포함할 수 있다. 이러한 RF 신호선들은 급전 네트워크(feeding network)로 지칭될 수 있다. 안테나부(1511)는 수신된 신호를 필터부(1512)에 제공하거나 필터부(1512)로부터 제공된 신호를 공기중으로 방사할 수 있다.
본 개시의 실시예들에 따른 안테나부(1511)는 하나 이상의 서브 어레이 모듈들을 포함할 수 있다. 서브 어레이 모듈은 디바이더와 안테나 엘리멘트 유닛을 포함할 수 있다. 실시예들에 따라, 디바이더와 안테나 엘리멘트의 급전부 사이에 추가 구조물이 배치될 수 있다. 도 1, 도 2a, 도 2b, 도 3, 도 4a, 도 4b, 도 5, 도 6a, 도 6b, 도 6c, 도 6d, 도 7, 도 8a, 도 8b, 도 9, 도 10a, 도 10b, 도 11, 도 12a, 도 12b, 도 13, 도 14a, 및 도 14b를 통해 서술된 바와 같이, 안테나 엘리멘트 유닛이란, 안테나 엘리멘트, 제1 편파를 위한 제1 급전 구조체, 제2 편파를 위한 제2 급전 구조체, 상기 제1 급전 구조체와 디바이더 분기의 연결을 위한 제1 연결 구조체, 및 상기 제1 급전 구조체와 제2 디바이더 분기의 연결을 위한 제2 연결 구조체를 포함할 수 있다. 제1 디바이더는 제1 편파를 위한 금속 패턴이고, 제1 디바이더는 서브 어레이의 각 안테나 엘리멘트를 위한 분기를 갖는다. 제2 디바이더는 제2 편파를 위한 금속 패턴이고, 제2 디바이더는 서브 어레이의 각 안테나 엘리멘트를 위한 분기를 갖는다.
추가 구조물, 즉 연결 구조체는, 각 경로에서 안테나 엘리멘트를 위한 매칭 네트워크로 기능한다. 도 15에서는 디커플링 커플러를 갖는 안테나로서 도 3의 제1 안테나 엘리멘트 유닛(331)이 예시되었으나, 도 9, 도 10a, 도 10b, 도 11, 도 12a, 도 12b, 도 13, 도 14a, 및 도 14b의 형상들이 도 15의 설명과 함께 결합되어 적용될 수 있음은 물론이다. 뿐만 아니라, 디바이더의 분기와 안테나 엘리멘트 사이에서 배치되고, 안테나 엘리멘트 별 매칭 네트워크를 위한 구조물이라면, 후술되는 설명들이 적용될 수 있다.
필터부(1512)는 원하는 주파수의 신호를 전달하기 위해, 필터링을 수행할 수 있다. 필터부(1512)는 공진(resonance)을 형성함으로써 주파수를 선택적으로 식별하기 위한 기능을 수행할 수 있다. 필터부(1512)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(1512)는 송신을 위한 주파수 대역 또는 수신을 위한 주파수 대역의 신호를 얻기 위한 RF 회로들을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따른 필터부(1512)는 안테나부(1511)와 RF 처리부(1513)를 전기적으로 연결할 수 있다.
RF 처리부(1513)는 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 소자들을 포함할 수 있다. RF 소자들은 증폭기, 믹서, 오실레이터, DAC, ADC 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, RF 처리부(1513)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(1513)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 저전력 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(1510)(예: 기지국)은 안테나 부(1511)-필터부(1512)-RF 처리부(1513) 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(1514)는 전자 장치(1510)의 전반적인 동작들을 제어할 수 있다. 제어부(1514)는 통신을 수행하기 위한 다양한 모듈들을 포함할 수 있다. 제어부(1514)는 모뎀(modem)과 같은 적어도 하나의 프로세서(processor)를 포함할 수 있다. 제어부(1514)는 디지털 신호 처리(digital signal processing)을 위한 모듈들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어부(1514)는 모뎀을 포함할 수 있다. 데이터 송신 시, 제어부(1514)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 예를 들어, 데이터 수신 시, 제어부(1514)은 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 제어부(1514)는 통신 규격에서 요구하는 프로토콜 스택(protocol stack)의 기능들을 수행할 수 있다.
도 15를 참고하면, 본 개시의 안테나 구조가 활용될 수 있는 장비로서, 전자 장치 (1510)의 기능적 구성을 서술하였다. 그러나, 도 15에 도시된 예는 도 1, 도 2a, 도 2b, 도 3, 도 4a, 도 4b, 도 5, 도 6a, 도 6b, 도 6c, 도 6d, 도 7, 도 8a, 도 8b, 도 9, 도 10a, 도 10b, 도 11, 도 12a, 도 12b, 도 13, 도 14a, 및 도 14b를 통해 서술된 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 안테나 구조의 활용을 위한 예시적인 구성일 뿐, 본 개시의 실시예들이 도 15에 도시된 장비의 구성 요소들에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 안테나 구조를 포함하는 안테나 모듈, 다른 구성의 통신 장비, 안테나 구조물 자체 또한 본 개시의 실시예로써 이해될 수 있다.
본 개시의 실시예들은 안테나 어레이의 합성 패턴을 개선하기 위한 안테나 어레이의 구조를 제안한다. 각 안테나 엘리멘트와 디바이더의 분기 사이에 추가 구조물이 배치될 수 있다. 추가 구조물의 형상은, 해당 안테나 엘리멘트 별 임피던스 매칭을 위해 이용될 수 있다. 다시 말해, 안테나 엘리멘트와 결합되는 추가 구조물은 매칭 네트워크로 기능할 수 있다.
안테나 엘리멘트 단위의 임피던스 매칭을 통해, 서브 어레이 내 안테나 엘리멘트들 간 왜곡이 줄어든다. 감소된 왜곡은 주파수 특성의 비선형성을 감소시킨다. 예를 들어, 감소된 왜곡은, 광대역의 주파수 범위에 걸쳐 서브 어레이 내 안테나 엘리멘트들 간 신호 크기를 동일하거나, 동일한 값에 가깝게 한다. 또한, 예를 들어, 감소된 왜곡은, 광대역의 주파수 범위에 걸쳐 서브 어레이 내 안테나 엘리멘트들 간 선형적인 위상 차이를 제공한다. 이러한, 비선형성의 감소는 광대역에서의 그레이팅 로브를 제거한다. 본 개시의 실시예들에 따른 안테나 엘리멘트 유닛은 안테나 소자 자체에 추가되는 매칭 네트워크를 통해, 전체적인 사이즈 증가나 이득 저감 없이, 광대역에서의 그레이팅 로브를 제거할 수 있다. 따라서, 본 개시의 실시예들에 따른 안테나 엘리멘트 유닛을 포함하는 안테나 어레이는, 광대역에서 높은 피크 게인(peak gain) 및 넓은 조정 범위(steering range)를 제공할 수 있다.
본 개시의 실시예들에 있어서, 서브 어레이 모듈을 포함하는 전자 장치는, 안테나 기판(antenna substrate), 복수의 안테나 엘리멘트 유닛들(antenna element units), 제1 편파를 위한 제1 디바이더(divider), 및 제2 편파를 위한 제2 디바이더(divider)를 포함할 수 있다. 상기 복수의 안테나 엘리멘트 유닛들의 각 안테나 엘리멘트 유닛(antenna element)은 신호의 방사를 위한 안테나 엘리멘트(antenna element), 상기 제1 편파를 위한 제1 급전 구조체(feeding structure), 상기 제2 편파를 위한 제2 급전 구조체, 상기 제1 급전 구조체 및 상기 제1 디바이더의 분기를 위한 제1 연결 구조체(connecting structure), 및 상기 제2 급전 구조체 및 상기 제2 디바이더의 분기를 위한 제2 연결 구조체를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 연결 구조체는, 상기 제1 디바이더의 분기에서 안테나 엘리멘트로의 특성 임피던스의 리액턴스를 줄이도록 구성될 수 있다. 상기 제2 연결 구조체는, 상기 제2 디바이더의 분기에서 상기 안테나 엘리멘트로의 특성 임피던스의 리액턴스를 줄이도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 급전 구조체 및 상기 제2 급전 구조체는 해당 안테나 엘리멘트를 지지하도록 배치될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 연결 구조체의 형상은, 상기 제1 디바이더의 분기와 결합되는 제1 연결부 및 상기 제1 급전 구조체로의 급전을 위한 제1 선형부를 포함할 수 있다. 상기 제2 연결 구조체의 형상은, 상기 제2 디바이더의 분기와 결합되는 제2 연결부 및 상기 제2 급전 구조체로의 급전을 위한 제2 선형부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 연결 구조체의 형상은, 상기 제1 선형부에 관하여(in respect to) 굽어진 형상을 갖는 제1 돌출부를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 연결 구조체의 형상은, 상기 제2 선형부에 관하여 굽어진 형상을 갖는 제2 돌출부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 연결 구조체의 형상은 상기 제1 연결 구조체에서 상기 제1 급전 구조체로의 급전 방향과 수직인 방향에 기반하여 배치되는 하나 이상의 스터브들을 포함할 수 있다. 상기 제2 연결 구조체의 형상은 상기 제2 연결 구조체에서 상기 제2 급전 구조체로의 급전 방향과 수직인 방향에 기반하여 배치되는 하나 이상의 스터브들을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 안테나 엘리멘트 유닛은, 상기 제1 디바이더의 분기를 위한 제3 연결 구조체, 상기 제2 디바이더의 분기를 위한 제4 연결 구조체, 상기 제3 연결 구조체와 연결되는 제3 급전 구조체, 및 상기 제4 연결 구조체와 연결되는 제4 급전 구조체를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 급전 구조체와 상기 제3 급전 구조체는, 상기 제1 편파의 방향에 기반하여 배치될 수 있다. 상기 제2 급전 구조체와 상기 제4 급전 구조체는 상기 제2 편파의 방향에 기반하여 배치될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 복수의 안테나 엘리멘트들 유닛 중에서 다른 안테나 엘리멘트 유닛은 다른 안테나 엘리멘트, 및 상기 제1 디바이더의 다른 분기를 위한 제5 급전 구조체를 포함할 수 있다. 상기 다른 안테나 엘리멘트 유닛은 상기 제2 디바이더의 다른 분기를 위한 제6 급전 구조체를 포함할 수 있다. 상기 다른 안테나 엘리멘트 유닛은 상기 제5 급전 구조체 및 상기 제1 디바이더의 분기를 위한 제5 연결 구조체(connecting structure), 및 상기 제5 급전 구조체 및 상기 제2 디바이더의 분기를 위한 제6 연결 구조체를 포함할 수 있다. 상기 제5 급전 구조체 및 상기 제6 급전 구조체는 상기 다른 안테나 엘리멘트의 리액턴스를 줄이도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 전자 장치는 그라운드를 위한 금속 기판(metal plate)을 더 포함할 수 있다. 상기 안테나 기판은 상기 금속 기판의 일 면 위에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 안테나 기판은 유전체의 적어도 일부에 의해 형성될 수 있다. 상기 유전체의 형상은, 각 복수의 안테나 엘리멘트 유닛에 대한, 안테나 엘리멘트를 지지하기 위한 하나 이상의 지지부들을 포함할 수 있다.
본 개시의 실시예들에 있어서, 전자 장치는, 프로세서, RF 처리 체인들, 필터 모듈, 및 복수의 서브 어레이들을 포함하는 안테나 어레이 모듈을 포함할 수 있다. 상기 복수의 서브 어레이들의 각 서브 어레이는, 안테나 기판(antenna substrate), 복수의 안테나 엘리멘트 유닛들(antenna element units), 제1 편파를 위한 제1 디바이더(divider), 및 제2 편파를 위한 제2 디바이더(divider)를 포함할 수 있다. 상기 복수의 안테나 엘리멘트 유닛들의 각 안테나 엘리멘트 유닛(antenna element)은 신호의 방사를 위한 안테나 엘리멘트(antenna element), 상기 제1 편파를 위한 제1 급전 구조체(feeding structure), 상기 제2 편파를 위한 제2 급전 구조체, 상기 제1 급전 구조체 및 상기 제1 디바이더의 분기를 위한 제1 연결 구조체(connecting structure), 및 상기 제2 급전 구조체 및 상기 제2 디바이더의 분기를 위한 제2 연결 구조체를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 연결 구조체는, 상기 제1 디바이더의 분기에서 안테나 엘리멘트로의 특성 임피던스의 리액턴스를 줄이도록 구성될 수 있다. 상기 제2 연결 구조체는, 상기 제2 디바이더의 분기에서 상기 안테나 엘리멘트로의 특성 임피던스의 리액턴스를 줄이도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 급전 구조체 및 상기 제2 급전 구조체는 해당 안테나 엘리멘트를 지지하도록 배치될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 연결 구조체의 형상은, 상기 제1 디바이더의 분기와 결합되는 제1 연결부 및 상기 제1 급전 구조체로의 급전을 위한 제1 선형부를 포함할 수 있다. 상기 제2 연결 구조체의 형상은, 상기 제2 디바이더의 분기와 결합되는 제2 연결부 및 상기 제2 급전 구조체로의 급전을 위한 제2 선형부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 연결 구조체의 형상은, 상기 제1 선형부에 관하여(in respect to) 굽어진 형상을 갖는 제1 돌출부를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 연결 구조체의 형상은, 상기 제2 선형부에 관하여 굽어진 형상을 갖는 제2 돌출부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 연결 구조체의 형상은 상기 제1 연결 구조체에서 상기 제1 급전 구조체로의 급전 방향과 수직인 방향에 기반하여 배치되는 하나 이상의 스터브들을 포함할 수 있다. 상기 제2 연결 구조체의 형상은 상기 제2 연결 구조체에서 상기 제2 급전 구조체로의 급전 방향과 수직인 방향에 기반하여 배치되는 하나 이상의 스터브들을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 안테나 엘리멘트 유닛은, 상기 제1 디바이더의 분기를 위한 제3 연결 구조체, 상기 제2 디바이더의 분기를 위한 제4 연결 구조체, 상기 제3 연결 구조체와 연결되는 제3 급전 구조체, 및 상기 제4 연결 구조체와 연결되는 제4 급전 구조체를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 급전 구조체와 상기 제3 급전 구조체는, 상기 제1 편파의 방향에 기반하여 배치될 수 있다. 상기 제2 급전 구조체와 상기 제4 급전 구조체는 상기 제2 편파의 방향에 기반하여 배치될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 복수의 안테나 엘리멘트들 유닛 중에서 다른 안테나 엘리멘트 유닛은 다른 안테나 엘리멘트, 및 상기 제1 디바이더의 다른 분기를 위한 제5 급전 구조체를 포함할 수 있다. 상기 다른 안테나 엘리멘트 유닛은 상기 제2 디바이더의 다른 분기를 위한 제6 급전 구조체를 포함할 수 있다. 상기 다른 안테나 엘리멘트 유닛은 상기 제5 급전 구조체 및 상기 제1 디바이더의 분기를 위한 제5 연결 구조체(connecting structure), 및 상기 제5 급전 구조체 및 상기 제2 디바이더의 분기를 위한 제6 연결 구조체를 포함할 수 있다. 상기 제5 급전 구조체 및 상기 제6 급전 구조체는 상기 다른 안테나 엘리멘트의 리액턴스를 줄이도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 전자 장치는 그라운드를 위한 금속 기판(metal plate)을 더 포함할 수 있다. 상기 안테나 기판은 상기 금속 기판의 일 면 위에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 안테나 기판은 유전체의 적어도 일부에 의해 형성될 수 있다. 상기 유전체의 형상은, 각 복수의 안테나 엘리멘트 유닛에 대한, 안테나 엘리멘트를 지지하기 위한 하나 이상의 지지부들을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 연결 구조의 형상은 제1 연결 구조에서 제1 급전 구조로의 급전 방향에 수직한 방향을 기준으로 배치된 적어도 하나의 스터브를 포함할 수 있다. 상기 스터브는 안테나 단의 특성 임피던스를 조절하도록 구된다.
일 실시예에 따라, 상기 스터브의 배열은 커패시터로서 기능한다.
본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시예들에 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 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시예들에 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. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다.
또한, 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 실시예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 본 개시의 실시예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.
상술한 본 개시의 구체적인 실시예들에서, 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 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.
한편 본 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (15)

  1. 서브 어레이 모듈을 포함하는 전자 장치에 있어서,
    안테나 기판(antenna substrate);
    복수의 안테나 엘리멘트 유닛들(antenna element units);
    제1 편파를 위한 제1 디바이더(divider); 및
    제2 편파를 위한 제2 디바이더(divider)를 포함하고,
    상기 복수의 안테나 엘리멘트 유닛들의 각 안테나 엘리멘트 유닛(antenna element)은:
    신호의 방사를 위한 안테나 엘리멘트(antenna element);
    상기 제1 편파를 위한 제1 급전 구조체(feeding structure);
    상기 제2 편파를 위한 제2 급전 구조체;
    상기 제1 급전 구조체 및 상기 제1 디바이더의 분기를 위한 제1 연결 구조체(connecting structure); 및
    상기 제2 급전 구조체 및 상기 제2 디바이더의 분기를 위한 제2 연결 구조체를 포함하는 전자 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 연결 구조체는, 상기 제1 디바이더의 분기에서 안테나 엘리멘트로의 특성 임피던스의 리액턴스를 줄이도록 구성되고,
    상기 제2 연결 구조체는, 상기 제2 디바이더의 분기에서 상기 안테나 엘리멘트로의 특성 임피던스의 리액턴스를 줄이도록 구성되는 전자 장치.
  3. 청구항 1 내지 2에 있어서,
    상기 제1 급전 구조체 및 상기 제2 급전 구조체는 해당 안테나 엘리멘트를 지지하도록 배치되는 전자 장치.
  4. 청구항 1 내지 3에 있어서,
    상기 제1 연결 구조체의 형상은, 상기 제1 디바이더의 분기와 결합되는 제1 연결부 및 상기 제1 급전 구조체로의 급전을 위한 제1 선형부를 포함하고,
    상기 제2 연결 구조체의 형상은, 상기 제2 디바이더의 분기와 결합되는 제2 연결부 및 상기 제2 급전 구조체로의 급전을 위한 제2 선형부를 포함하는 전자 장치.
  5. 청구항 1 내지 4에 있어서,
    상기 제1 연결 구조체의 형상은, 상기 제1 선형부에 관하여(in respect to) 굽어진 형상을 갖는 제1 돌출부를 더 포함하고,
    상기 제2 연결 구조체의 형상은, 상기 제2 선형부에 관하여 굽어진 형상을 갖는 제2 돌출부를 더 포함하는 전자 장치.
  6. 청구항 1 내지 5에 있어서,
    상기 제1 연결 구조체의 형상은 상기 제1 연결 구조체에서 상기 제1 급전 구조체로의 급전 방향과 수직인 방향에 기반하여 배치되는 하나 이상의 스터브들을 포함하고,
    상기 제2 연결 구조체의 형상은 상기 제2 연결 구조체에서 상기 제2 급전 구조체로의 급전 방향과 수직인 방향에 기반하여 배치되는 하나 이상의 스터브들을 포함하는 전자 장치.
  7. 청구항 1 내지 6에 있어서,
    상기 안테나 엘리멘트 유닛은,
    상기 제1 디바이더의 분기를 위한 제3 연결 구조체;
    상기 제2 디바이더의 분기를 위한 제4 연결 구조체;
    상기 제3 연결 구조체와 연결되는 제3 급전 구조체; 및
    상기 제4 연결 구조체와 연결되는 제4 급전 구조체를 더 포함하고,
    상기 제1 급전 구조체와 상기 제3 급전 구조체는, 상기 제1 편파의 방향에 기반하여 배치되고,
    상기 제2 급전 구조체와 상기 제4 급전 구조체는 상기 제2 편파의 방향에 기반하여 배치되는 전자 장치.
  8. 청구항 1 내지 7에 있어서, 상기 복수의 안테나 엘리멘트들 유닛 중에서 다른 안테나 엘리멘트 유닛은:
    다른 안테나 엘리멘트; 및
    상기 제1 디바이더의 다른 분기를 위한 제5 급전 구조체를 포함하고,
    상기 제2 디바이더의 다른 분기를 위한 제6 급전 구조체를 포함하고,
    상기 제5 급전 구조체 및 상기 제1 디바이더의 분기를 위한 제5 연결 구조체(connecting structure); 및
    상기 제5 급전 구조체 및 상기 제2 디바이더의 분기를 위한 제6 연결 구조체를 포함하고,
    상기 제5 급전 구조체 및 상기 제6 급전 구조체는 상기 다른 안테나 엘리멘트의 리액턴스를 줄이도록 구성되는 전자 장치.
  9. 청구항 1 내지 8에 있어서,
    그라운드를 위한 금속 기판(metal plate)을 더 포함하고,
    상기 안테나 기판은 상기 금속 기판의 일 면 위에 배치되는 전자 장치.
  10. 청구항 1 내지 9에 있어서,
    상기 안테나 기판은 유전체의 적어도 일부에 의해 형성되고,
    상기 유전체의 형상은, 각 복수의 안테나 엘리멘트 유닛에 대한, 안테나 엘리멘트를 지지하기 위한 하나 이상의 지지부들을 포함하는 전자 장치.
  11. 전자 장치에 있어서,
    프로세서;
    RF(radio frequency) 처리 체인들;
    필터; 및
    복수의 서브 어레이 모듈들을 포함하는 안테나 어레이 모듈을 포함하고,
    상기 복수의 서브 어레이 모듇들의 각 서브 어레이 모듈은,
    안테나 기판(antenna substrate),
    복수의 안테나 엘리멘트 유닛들(antenna element units),
    제1 편파를 위한 제1 디바이더(divider), 및
    제2 편파를 위한 제2 디바이더(divider)를 포함하고,
    상기 복수의 안테나 엘리멘트 유닛들의 각 안테나 엘리멘트 유닛(antenna element)은:
    신호의 방사를 위한 안테나 엘리멘트(antenna element);
    상기 제1 편파를 위한 제1 급전 구조체(feeding structure);
    상기 제2 편파를 위한 제2 급전 구조체;
    상기 제1 급전 구조체 및 상기 제1 디바이더의 분기를 위한 제1 연결 구조체(connecting structure); 및
    상기 제2 급전 구조체 및 상기 제2 디바이더의 분기를 위한 제2 연결 구조체를 포함하는 전자 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 연결 구조체는, 상기 제1 디바이더의 분기에서 안테나 엘리멘트로의 특성 임피던스의 리액턴스를 줄이도록 구성되고,
    상기 제2 연결 구조체는, 상기 제2 디바이더의 분기에서 상기 안테나 엘리멘트로의 특성 임피던스의 리액턴스를 줄이도록 구성되는 전자 장치.
  13. 청구항 11 내지 12에 있어서,
    상기 제1 급전 구조체 및 상기 제2 급전 구조체는 해당 안테나 엘리멘트를 지지하도록 배치되는 전자 장치.
  14. 청구항 11 내지 13에 있어서,
    상기 제1 연결 구조체의 형상은, 상기 제1 디바이더의 분기와 결합되는 제1 연결부 및 상기 제1 급전 구조체로의 급전을 위한 제1 선형부를 포함하고,
    상기 제2 연결 구조체의 형상은, 상기 제2 디바이더의 분기와 결합되는 제2 연결부 및 상기 제2 급전 구조체로의 급전을 위한 제2 선형부를 포함하는 전자 장치.
  15. 청구항 11 내지 14에 있어서,
    상기 제1 연결 구조체의 형상은, 상기 제1 선형부에 관하여(in respect to) 굽어진 형상을 갖는 제1 돌출부를 더 포함하고,
    상기 제2 연결 구조체의 형상은, 상기 제2 선형부에 관하여 굽어진 형상을 갖는 제2 돌출부를 더 포함하는 전자 장치.
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