WO2024071454A1 - 마이크로스트립 도파관 전이 구조를 구비한 안테나 모듈 - Google Patents

마이크로스트립 도파관 전이 구조를 구비한 안테나 모듈 Download PDF

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WO2024071454A1
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WO
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axis direction
pattern
waveguide
opening area
dielectric substrate
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PCT/KR2022/014319
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English (en)
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최우철
조일남
정병운
홍영택
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엘지전자 주식회사
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    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/02—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type with two longitudinal conductors
    • H01P3/08—Microstrips; Strip lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
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    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture

Definitions

  • This specification relates to an antenna module and an electronic device including the same. Particular implementations relate to antenna modules with microstrip waveguide transition structures and electronic devices including the same.
  • video display devices such as multimedia players with complex functions such as playing music or video files, playing games, and receiving broadcasts.
  • a video display device is a device that plays video content, and receives and plays video from various sources.
  • Video display devices are implemented in various devices such as PCs (personal computers), smartphones, tablet PCs, laptops, and TVs.
  • Video display devices such as smart TVs can provide applications for providing web content, such as web browsers.
  • a high-speed wireless interface using the terahertz band may be considered as an interface for communication services between electronic devices.
  • the terahertz (THz) band can be used in addition to the millimeter wave (mmWave) band for high-speed data transmission between electronic devices.
  • the terahertz band refers to the frequency band between 100 GHz and 10 THz. Generally, the higher the frequency band, the wider communication bandwidth can be used, making it suitable for high-speed communication required by 6G.
  • the terahertz band is being considered as a candidate frequency band for 6G communications, which aims to transmit 1Tbps (a speed of transmitting 1 trillion bits per second), which is up to 50 times faster than 5G (data transmission speed: up to 20 Gbps).
  • 1Tbps a speed of transmitting 1 trillion bits per second
  • 5G data transmission speed: up to 20 Gbps
  • advanced beamforming technology is required to integrate numerous antennas within the communication system and transmit and receive radio waves in a specific direction.
  • a waveguide type antenna can be used in the design of an RF communication module that requires high output and low loss characteristics.
  • the design of a microstrip-waveguide transition structure is required to convert signals from a transmission/reception circuit implemented on a PCB board into signals within a waveguide.
  • the microstrip-waveguide transition structure can design a signal conversion unit in the form of a cavity extending the end of the waveguide by ⁇ /4.
  • additional design space is required for this signal conversion unit, and the signal conversion unit can be designed as a cavity.
  • signal transmission characteristics have frequency-dependent characteristics depending on the length of the converter.
  • This specification aims to solve the above-mentioned problems and other problems. Additionally, another purpose is to provide an antenna module operating in the terahertz band for 6G communication and an electronic device including the same.
  • Another purpose of this specification is to propose a microstrip-waveguide transition structure that can improve signal conversion efficiency using a metamaterial-based artificial magnetic conductor.
  • Another purpose of the present specification is to propose an attachable ultra-thin microstrip-waveguide transition structure based on metamaterials.
  • Another purpose of the present specification is to minimize changes in the electrical characteristics of the antenna module due to alignment errors in the microstrip-waveguide transition structure.
  • an antenna module includes a waveguide configured to have an opening area; A transmission line including a signal pattern, a first ground pattern, and a second opening area; A conductive surface on which a plurality of conductive patterns are arranged in one axis direction and the other axis direction; and a via structure configured to vertically connect the plurality of conductive patterns of the conductive surface and a second ground pattern.
  • the first length of the area where the conductive surface is disposed in one axis direction may be more than twice the second length of the opening area in one axis direction.
  • the first width of the area where the conductive surface is disposed in the other axis direction may be more than twice the second width of the opening area in the other axis direction.
  • the waveguide may be configured to have the opening area at one end in the length direction so that signals of a specific frequency band are transmitted.
  • the waveguide may have a radiation area formed at another end in the longitudinal direction to radiate the signal.
  • the antenna module may further include a first dielectric substrate disposed in the opening region of the waveguide and a second dielectric substrate disposed in an upper region of the first dielectric substrate.
  • the transmission line may be formed on one side of the first dielectric substrate.
  • a second ground pattern may be formed on one side of the second dielectric substrate.
  • the conductive surface may include a plurality of conductive patterns arranged in one axis direction and another axis direction on the other side of the second dielectric substrate.
  • an artificial magnetic conductor (AMC) composed of the plurality of conductive patterns is formed in the electric field direction of the signal in the one axis direction with respect to a center point to which the vertical vias are connected. a first slot pattern; and a second slot pattern formed in the magnetic field direction of the signal in the other axis direction with respect to the center point where the vertical vias are connected.
  • An inductance (L) may be induced corresponding to the current formed in the second ground pattern between adjacent vertical vias of the via structure.
  • Capacitance Cg may be induced between second slot patterns of adjacent conductive patterns in the electric field direction among the plurality of conductive patterns.
  • a first capacitance (Cp1) may be induced in the first slot pattern, and a second capacitance (Cp2) may be induced in the second slot pattern.
  • the resonance frequency (fr) of the AMC can be set as shown in Equation 3.
  • one side of the first dielectric substrate may be disposed to face the second dielectric substrate on which the conductive surface is formed.
  • the other side of the first dielectric substrate may be disposed to face the opening area of the waveguide.
  • the third ground pattern formed on the other side of the first dielectric substrate may have a third opening area corresponding to the opening area of the waveguide.
  • the third length in the one axis direction may be formed to be the same.
  • the third width in the direction may be formed identically.
  • the one axis direction and the other axis direction may be formed by the electric field direction and magnetic field direction of the signal transmitted through the waveguide.
  • the antenna module may further include a second via structure configured to vertically connect the second ground pattern and the third ground pattern.
  • a plurality of vertical vias constituting the second via structure may be configured to connect the first ground pattern and the third ground pattern in an area outside the second opening area and the third opening area.
  • the first ground pattern may be disposed on one side and the other side of the signal pattern of the transmission line to be spaced apart from the signal pattern.
  • One end of the signal pattern may be electrically connected to the transceiver circuit disposed on a third dielectric substrate disposed separately from the first dielectric substrate.
  • the first ground pattern may be formed to surround the other end of the signal pattern, one side, and the other side of the signal pattern.
  • the other end of the signal pattern is formed in the second opening area, so that the signal transmitted from the transceiver circuit can be transmitted into the waveguide and radiated through the radiation area of the waveguide.
  • a unit cell of the plurality of conductive patterns may include: a conductive pattern formed in a circular shape corresponding to the circular shape of a vertical via forming the via structure; a first slot pattern formed in the conductive pattern to be symmetrical to the vertical via in the one axis direction; and a second slot pattern formed in the conductive pattern to be symmetrical to the vertical via in the other axis direction.
  • the first slot pattern may include a first sub-slot and a second sub-slot formed in upper and lower areas of the vertical via.
  • the second slot pattern may include a third sub-slot and a fourth sub-slot formed in left and right areas of the vertical via.
  • the first to fourth sub-slots may be formed to have a first to fourth length in the one axis direction and the other axis direction.
  • the first to fourth sub-slots may be formed to have a first to fourth width in one axis direction and the other axis direction.
  • the first to fourth lengths may be set to the same length.
  • the first to fourth widths may be set to the same width.
  • the first to fourth lengths may be smaller than a difference between a first radius of the conductive pattern and a second radius of a connection area of the vertical via connected to the conductive pattern.
  • one end of the first to fourth sub-slots adjacent to the vertical via may be formed in a semicircular shape.
  • a third radius of one end of the first to fourth sub-slots having the semicircular shape may be smaller than the second radius of the vertical via.
  • the first to fourth widths of the first to fourth sub slots may be smaller than the second radius of the vertical via.
  • the conductive surface may have M or more unit cells arranged in the one axis direction, and N or more unit cells may be arranged in the other axis direction.
  • M is characterized as being larger than N.
  • the first unit cell, second unit cell, and third unit cell adjacent to each other in the one-axis direction may include a first vertical via, a second vertical via, and a third vertical via, respectively.
  • a first current path may be formed along the conductive pattern of the first unit cell, the first vertical via, the second ground pattern, the second vertical via, and the conductive pattern of the second unit cell.
  • a second current path may be formed along the conductive pattern of the third unit cell, the third vertical via, the second ground pattern, the first vertical via, and the conductive pattern of the first unit cell.
  • the first direction of the first current path and the second direction of the second current path may be opposite directions.
  • first unit cell and the second unit cell adjacent to each other in the one-axis direction may be arranged to be spaced apart from each other by a first distance or more.
  • the first unit cell and the fourth unit cell adjacent to each other in the other axis direction may be arranged to be spaced apart from each other by a second distance or more.
  • first slot patterns of the first unit cell and the second unit cell in the one axis direction may be configured to be connected to each other.
  • the second slot patterns of the first unit cell and the fourth unit cell in the other axis direction may be configured to be connected to each other.
  • the size of the unit cell in one axis direction and the other axis direction may be in the range of 10 ⁇ m based on 380 ⁇ m.
  • the first unit cell and the second unit cell may be arranged to be spaced apart from each other in the range of 10 to 20 ⁇ m in the direction of the axis.
  • the first unit cell and the second unit cell may be arranged to be spaced apart from each other in the range of 10 to 20 ⁇ m in the other axis direction.
  • the signal in the specific frequency band transmitted from the waveguide to the signal pattern of the transmission line may be a signal in a frequency band between 158 GHz and 162 GHz.
  • An electronic device includes an array antenna module configured to perform beam forming by radiating signals in a specific frequency band; and a transceiver circuit operably coupled to the array antenna module and configured to transmit a signal in the specific frequency band to the array antenna module.
  • the array antenna module includes a waveguide including an opening area; A transmission line including a signal pattern, a first ground pattern, and a second opening area; A conductive surface on which a plurality of conductive patterns are arranged in one axis direction and the other axis direction; and a via structure configured to vertically connect the plurality of conductive patterns on the conductive surface and the second ground pattern.
  • the antenna module is a waveguide configured to have an opening area at one end in the length direction so that signals of a specific frequency band are transmitted - the waveguide has radiation areas at the other end in the length direction so that the signal is radiated. formed; a first dielectric substrate disposed in the opening area of the waveguide; a transmission line disposed in an upper region of the first dielectric substrate and including a signal pattern, a first ground pattern, and a second opening region; a second dielectric substrate disposed in an upper region of the first dielectric substrate - a second ground pattern is formed on one side of the second dielectric substrate; a conductive surface on which a plurality of conductive patterns are arranged in one axis direction and another axis direction on the other surface of the second dielectric substrate; and a via structure configured to vertically connect the plurality of conductive patterns on the conductive surface and the second ground pattern.
  • the first length of the area where the conductive surface is disposed in one axis direction may be more than twice the second length of the opening area in one axis direction.
  • the first width of the area where the conductive surface is disposed in the other axis direction may be more than twice the second width of the opening area in the other axis direction.
  • ultra-high-speed communication of 6G wireless communication based on the terahertz band is possible through an antenna module and an electronic device equipped with the same.
  • signal conversion efficiency can be improved in a microstrip-waveguide transition structure by using a conductive planar structure in the form of a metamaterial-based artificial magnetic conductor.
  • the height of the microstrip-waveguide transition structure can be minimized by providing an attachable ultra-thin microstrip-waveguide transition structure based on a metamaterial.
  • the change in electrical characteristics of the antenna module due to the alignment error in the microstrip-waveguide transition structure can be minimized.
  • a high-output, low-loss transmission structure can be provided in a millimeter wave band or higher by forming an AMC-based unit cell structure in an array structure in one axis and the other axis.
  • FIG. 1 shows an example of an electromagnetic spectrum including millimeter and terahertz bands according to the present disclosure.
  • FIG. 2 shows an example of a THz communication application according to the present specification.
  • Figure 3 illustrates a communication system applied to the present specification and devices that perform wireless communication through it.
  • Figure 4 shows the configuration of wireless devices that perform wireless communication according to the present specification.
  • Figure 5 shows an electronic device in which a plurality of antenna modules and a transceiver circuit module are arranged according to an embodiment.
  • Figure 6a shows a configuration in which an RFIC is connected to a multilayer circuit board on which an array antenna module is disposed in relation to terahertz band communication according to the present specification.
  • Figure 6b shows a combined structure of a multilayer substrate and a main substrate according to embodiments.
  • Figure 7a shows a block diagram of a communication module that performs terahertz-based wireless communication at 100 GHz or higher.
  • FIG. 7B shows a side view of the microstrip-waveguide transition structure in the communication module performing terahertz-based wireless communication of FIG. 7A.
  • 8A and 8B show a stacked structure of an antenna module with a microstrip-waveguide transition structure.
  • FIGS. 9A and 9B show a side perspective view and internal electric field distribution of the microstrip-waveguide transition structure of FIGS. 8A and 8B.
  • FIG. 10A shows a unit cell structure of a conductive surface in the form of an artificial magnetic conductor of FIG. 8B arranged in the horizontal and vertical directions.
  • FIG. 10B shows the structure of the other and side surfaces of the conductive surface of the artificial magnetic conductor type of FIG. 8B.
  • Figure 11a shows a side perspective view of a plurality of unit cell structures constituting a conductive plane formed on a substrate.
  • FIG. 11B shows a structure in which a plurality of unit cell structures of FIG. 11A are disposed above the opening area of the waveguide.
  • Figure 12 shows an equivalent circuit of a conductive surface formed with the artificial magnetic conductor of Figure 10a.
  • FIGS. 13A and 13B show equivalent circuits to the structure in which the unit cell structure of the artificial magnetic conductor of FIG. 10A is formed in the vertical and horizontal directions.
  • Figure 13C is an equivalent circuit showing the input impedance based on the conductive surface of the artificial magnetic conductor of Figures 13A and 13B.
  • FIG. 14 shows the electric field distribution of the microstrip-waveguide transition structure of FIGS. 9A and 9B.
  • FIG. 15A compares the reflection loss and insertion loss of the microstrip-waveguide transition structures of FIGS. 9A and 9B.
  • Figure 15b shows the characteristic impedance and phase response curves of the microstrip-waveguide transition structure of Figure 9b.
  • Figure 15c shows the characteristic impedance and phase response curves according to diameter change in the unit cell structure of an artificial magnetic conductor.
  • Figure 16a compares the current distribution formed on the conductive patterns of unit cell structures with and without a slot structure.
  • FIG. 16B compares characteristic impedance values according to the shape of the unit cell structures of FIG. 16A.
  • Figure 17a shows a structure in which the unit grid of the conductive surface is offset in the vertical and horizontal directions with respect to the opening area of the waveguide.
  • Figures 17b and 17c show changes in reflection coefficient and transmission coefficient characteristics according to changes in offset intervals in the x-axis direction and y-axis direction.
  • FIG. 18A shows a transition structure where the unit cell structure within the conductive surface 1150 consists of a 5x7 array and a 3x5 array.
  • Figure 18b shows the reflection coefficient characteristics and transmission coefficient characteristics of transition structures consisting of a 7x9 array, a 5x7 array, and a 3x5 array.
  • Figure 19a shows a structure in which an antenna module in which a first type antenna and a second type antenna are formed as an array antenna is disposed in an electronic device.
  • Figure 19b is an enlarged view of a plurality of array antenna modules.
  • Figure 20 shows antenna modules combined with different coupling structures at specific locations of electronic devices according to embodiments.
  • CDMA can be implemented with wireless technologies such as Universal Terrestrial Radio Access (UTRA) or CDMA2000.
  • TDMA can be implemented with wireless technologies such as Global System for Mobile communications (GSM)/General Packet Radio Service (GPRS)/Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE).
  • EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution
  • OFDMA can be implemented with wireless technologies such as IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, Evolved UTRA (E-UTRA), etc.
  • UTRA is part of the Universal Mobile Telecommunications System (UMTS).
  • 3rd Generation Partnership Project (3GPP) Long Term Evolution (LTE) is part of Evolved UMTS (E-UMTS) using E-UTRA
  • LTE-A (Advanced)/LTE-A pro is an evolved version of 3GPP LTE
  • 3GPP NR New Radio or New Radio Access Technology
  • 3GPP 6G may be an evolved version of 3GPP NR.
  • 6G (wireless communications) systems require (i) very high data rates per device, (ii) very large number of connected devices, (iii) global connectivity, (iv) very low latency, (v) battery- The goal is to reduce the energy consumption of battery-free IoT devices, (vi) ultra-reliable connectivity, and (vii) connected intelligence with machine learning capabilities.
  • the vision of the 6G system can be four aspects such as intelligent connectivity, deep connectivity, holographic connectivity, and ubiquitous connectivity, and the 6G system can satisfy the requirements shown in Table 1 below. That is, Table 1 is a table showing an example of the requirements of a 6G system.
  • the 6G system includes Enhanced mobile broadband (eMBB), Ultra-reliable low latency communications (URLLC), massive machine-type communication (mMTC), AI integrated communication, Tactile internet, High throughput, High network capacity, High energy efficiency, Low backhaul and It can have key factors such as access network congestion and enhanced data security.
  • eMBB Enhanced mobile broadband
  • URLLC Ultra-reliable low latency communications
  • mMTC massive machine-type communication
  • AI integrated communication Tactile internet
  • High throughput High network capacity
  • High energy efficiency High energy efficiency
  • Low backhaul Low backhaul
  • Figure 1 is a diagram showing an example of a communication structure that can be provided in a 6G system.
  • the 6G system is expected to have simultaneous wireless communication connectivity that is 50 times higher than that of the 5G wireless communication system.
  • URLLC a key feature of 5G, will become an even more important technology in 6G communications by providing end-to-end delay of less than 1ms.
  • the 6G system will have much better volumetric spectral efficiency, unlike the frequently used area spectral efficiency.
  • the data transfer rate can be increased by increasing the bandwidth. This can be accomplished by using sub-THz communications with wide bandwidth and applying advanced massive MIMO technology.
  • THz waves also known as submillimeter radiation, typically represent a frequency band between 0.1 THz and 10 THz with a corresponding wavelength in the range 0.03 mm-3 mm.
  • the 100GHz-300GHz band range (Sub THz band) is considered the main part of the THz band for cellular communications. Adding the Sub-THz band to the mmWave band increases 6G cellular communication capacity.
  • 300GHz-3THz is in the far infrared (IR) frequency band.
  • the 300GHz-3THz band is part of the wideband, but it is at the border of the wideband and immediately behind the RF band. Therefore, the 300 GHz-3 THz band shows similarity to RF.
  • Figure 1 shows an example of an electromagnetic spectrum comprising millimeter and terahertz bands according to the present disclosure.
  • the THz wave is located between the RF (Radio Frequency)/millimeter (mm) and infrared bands, and (i) it penetrates non-metallic/non-polarizing materials better than visible light/infrared and has a shorter wavelength than RF/millimeter waves. Because it is short, it has high straightness and can focus the beam. In addition, since the photon energy of THz waves is only a few meV, it is harmless to the human body.
  • the frequency band expected to be used for THz wireless communication may be the D-band (110GHz to 170GHz) or H-band (220GHz to 325GHz) bands, which have small propagation loss due to absorption of molecules in the air.
  • THz wireless communication can be applied to wireless cognition, sensing, imaging, wireless communication, THz navigation, etc.
  • Key characteristics of THz communications include (i) widely available bandwidth to support very high data rates, (ii) high path loss occurring at high frequencies (highly directional antennas are indispensable).
  • the narrow beamwidth produced by a highly directional antenna reduces interference.
  • the small wavelength of THz signals allows a much larger number of antenna elements to be integrated into devices and BSs operating in this band. This enables the use of advanced adaptive array techniques that can overcome range limitations.
  • FIG. 2 shows an example of a THz communication application according to the present specification.
  • THz wireless communication scenarios can be classified into macro networks, micro networks, and nanoscale networks.
  • macro networks THz wireless communication can be applied to vehicle-to-vehicle connections and backhaul/fronthaul connections.
  • THz wireless communication has applications in indoor small cells, fixed point-to-point or multi-point connections such as wireless connections in data centers, and near-field communication such as kiosk downloading. It can be.
  • Table 2 below shows an example of technology that can be used in THz waves.
  • OWC technology is planned for 6G communications in addition to RF-based communications for all possible device-to-access networks. These networks connect to network-to-backhaul/fronthaul network connections.
  • OWC technology has already been used since 4G communication systems, but will be more widely used to meet the needs of 6G communication systems.
  • OWC technologies such as light fidelity, visible light communication, optical camera communication, and optical bandwidth-based FSO communication are already well-known technologies.
  • Communications based on optical wireless technology can provide very high data rates, low latency, and secure communications.
  • LiDAR can also be used for ultra-high-resolution 3D mapping in 6G communications based on wide bandwidth.
  • FSO The transmitter and receiver characteristics of an FSO system are similar to those of a fiber optic network. Therefore, data transmission in FSO systems is similar to fiber optic systems. Therefore, FSO can be a good technology to provide backhaul connectivity in 6G systems along with fiber optic networks. Using FSO, very long-distance communication is possible, even over distances of 10,000 km. FSO supports high-capacity backhaul connections for remote and non-remote areas such as oceans, space, underwater, and isolated islands. FSO also supports cellular BS connections.
  • MIMO technology uses multiple paths, multiplexing technology and beam generation and operation technology suitable for the THz band must be carefully considered so that data signals can be transmitted through more than one path.
  • Blockchain will become an important technology for managing large amounts of data in future communication systems.
  • Blockchain is a form of distributed ledger technology, where a distributed ledger is a database distributed across numerous nodes or computing devices. Each node replicates and stores a copy of the same ledger.
  • Blockchain is managed as a P2P network. It can exist without being managed by a centralized authority or server. Data in a blockchain is collected together and organized into blocks. Blocks are linked together and protected using encryption.
  • Blockchain is a perfect complement to large-scale IoT through its inherently improved interoperability, security, privacy, reliability, and scalability. Therefore, blockchain technology provides several features such as interoperability between devices, large-scale data traceability, autonomous interaction of other IoT systems, and large-scale connection stability in 6G communication systems.
  • the 6G system integrates terrestrial and aerial networks to support vertically expanded user communications.
  • 3D BS will be provided via low-orbit satellites and UAVs. Adding new dimensions in terms of altitude and associated degrees of freedom makes 3D connections significantly different from traditional 2D networks.
  • Unmanned Aerial Vehicles will become an important element in 6G wireless communications.
  • high-speed data wireless connectivity is provided using UAV technology.
  • the BS entity is installed on the UAV to provide cellular connectivity.
  • UAVs have certain features not found in fixed BS infrastructure, such as easy deployment, strong line-of-sight links, and controlled degrees of freedom for mobility.
  • emergency situations such as natural disasters, the deployment of terrestrial communications infrastructure is not economically feasible and sometimes cannot provide services in volatile environments.
  • UAVs can easily handle these situations.
  • UAV will become a new paradigm in the wireless communication field. This technology facilitates three basic requirements of wireless networks: eMBB, URLLC, and mMTC.
  • UAVs can also support several purposes, such as improving network connectivity, fire detection, disaster emergency services, security and surveillance, pollution monitoring, parking monitoring, accident monitoring, etc. Therefore, UAV technology is recognized as one of the most important technologies for 6G communications.
  • Tight integration of multiple frequencies and heterogeneous communication technologies is very important in 6G systems. As a result, users can seamlessly move from one network to another without having to make any manual configuration on their devices. The best network is automatically selected from the available communication technologies. This will break the limitations of the cell concept in wireless communications. Currently, user movement from one cell to another causes too many handovers in high-density networks, causing handover failures, handover delays, data loss, and ping-pong effects. 6G cell-free communication will overcome all of this and provide better QoS. Cell-free communications will be achieved through multi-connectivity and multi-tier hybrid technologies and different heterogeneous radios in devices.
  • WIET uses the same fields and waves as wireless communication systems. In particular, sensors and smartphones will be charged using wireless power transfer during communication. WIET is a promising technology for extending the life of battery-charged wireless systems. Therefore, devices without batteries will be supported in 6G communications.
  • An autonomous wireless network is the ability to continuously sense dynamically changing environmental conditions and exchange information between different nodes.
  • sensing will be tightly integrated with communications to support autonomous systems.
  • the density of access networks in 6G will be enormous.
  • Each access network is connected by backhaul connections such as fiber optics and FSO networks.
  • backhaul connections such as fiber optics and FSO networks.
  • Beamforming is a signal processing procedure that adjusts antenna arrays to transmit wireless signals in a specific direction. It is a subset of smart antennas or advanced antenna systems. Beamforming technology has several advantages, such as high call-to-noise ratio, interference prevention and rejection, and high network efficiency.
  • Holographic beamforming (HBF) is a new beamforming method that differs significantly from MIMO systems because it uses software-defined antennas. HBF will be a very effective approach for efficient and flexible transmission and reception of signals in multi-antenna communication devices in 6G.
  • Big data analytics is a complex process for analyzing various large data sets or big data. This process ensures complete data management by uncovering information such as hidden data, unknown correlations, and customer preferences. Big data is collected from various sources such as videos, social networks, images, and sensors. This technology is widely used to process massive amounts of data in 6G systems.
  • LIS is an artificial surface made of electromagnetic materials and can change the propagation of incoming and outgoing radio waves.
  • LIS can be seen as an extension of massive MIMO, but has a different array structure and operating mechanism from massive MIMO. Additionally, LIS operates as a reconfigurable reflector with passive elements, i.e., it only passively reflects signals without using an active RF chain, resulting in low power consumption. There are advantages to having one. Additionally, because each passive reflector of LIS must independently adjust the phase shift of the incident signal, this can be advantageous for wireless communication channels. By appropriately adjusting the phase shift through the LIS controller, the reflected signal can be collected at the target receiver to boost the received signal power.
  • the 6G communication technology previously identified can be applied in combination with the methods proposed in this specification, which will be described later, or can be supplemented to specify or clarify the technical features of the methods proposed in this specification.
  • the communication service proposed in this specification may be applied in combination with communication services using 3G, 4G and/or 5G communication technology as well as the 6G communication technology described above.
  • FIG. 3 illustrates a communication system applied to the present specification and devices that perform wireless communication through it.
  • the communication system 1 applied herein includes a wireless device, a base station, and a network.
  • a wireless device refers to a device that performs communication using wireless access technology (e.g., 5G NR (New RAT), LTE (Long Term Evolution)) and may be referred to as a communication/wireless/5G device.
  • wireless devices include robots (100a), vehicles (100b-1, 100b-2), XR (eXtended Reality) devices (100c), hand-held devices (100d), and home appliances (100e). ), IoT (Internet of Thing) device (100f), and AI device/server (400).
  • vehicles may include vehicles equipped with wireless communication functions, autonomous vehicles, vehicles capable of inter-vehicle communication, etc.
  • the vehicle may include an Unmanned Aerial Vehicle (UAV) (eg, a drone).
  • UAV Unmanned Aerial Vehicle
  • XR devices include AR (Augmented Reality)/VR (Virtual Reality)/MR (Mixed Reality) devices, HMD (Head-Mounted Device), HUD (Head-Up Display) installed in vehicles, televisions, smartphones, It can be implemented in the form of computers, wearable devices, home appliances, digital signage, vehicles, robots, etc.
  • Portable devices may include smartphones, smart pads, wearable devices (e.g., smartwatches, smart glasses), and computers (e.g., laptops, etc.).
  • Home appliances may include TVs, refrigerators, washing machines, etc.
  • IoT devices may include sensors, smart meters, etc.
  • a base station and network may also be implemented as wireless devices, and a specific wireless device 200a may operate as a base station/network node for other wireless devices.
  • Wireless devices 100a to 100f may be connected to the network 300 through the base station 200.
  • AI Artificial Intelligence
  • the network 300 may be configured using a 3G network, 4G (eg, LTE) network, or 5G (eg, NR) network.
  • Wireless devices 100a to 100f may communicate with each other through the base station 200/network 300, but may also communicate directly (e.g. sidelink communication) without going through the base station/network.
  • vehicles 100b-1 and 100b-2 may communicate directly (e.g.
  • V2V Vehicle to Vehicle
  • V2X Vehicle to everything
  • an IoT device eg, sensor
  • another IoT device eg, sensor
  • another wireless device 100a to 100f
  • Wireless communication/connection (150a, 150b) may be established between the wireless devices (100a ⁇ 100f)/base station (200) and the base station (200)/wireless devices (100a ⁇ 100f).
  • wireless communication/connection, uplink/downlink communication 150a and sidelink communication 150b (or D2D communication) may be achieved through various wireless access technologies (e.g., 5G NR).
  • wireless communication/connection (150a, 150b) a wireless device and a base station/wireless device can transmit/receive wireless signals to each other.
  • wireless communication/connection 150a, 150b may transmit/receive signals through various physical channels based on all/part of the process of Figure A1.
  • various configuration information setting processes for transmitting/receiving wireless signals various signal processing processes (e.g., channel encoding/decoding, modulation/demodulation, resource mapping/demapping, etc.) , at least some of the resource allocation process, etc. may be performed.
  • various signal processing processes e.g., channel encoding/decoding, modulation/demodulation, resource mapping/demapping, etc.
  • at least some of the resource allocation process, etc. may be performed.
  • Figure 4 shows the configuration of wireless devices that perform wireless communication according to the present specification.
  • the first wireless device 100 and the second wireless device 200 can transmit and receive wireless signals through various wireless access technologies (eg, LTE, NR).
  • ⁇ first wireless device 100, second wireless device 200 ⁇ refers to ⁇ wireless device 100x, base station 200 ⁇ and/or ⁇ wireless device 100x, wireless device 100x) in FIG. 19. ⁇ can be responded to.
  • the first wireless device 100 includes one or more processors 102 and one or more memories 104, and may additionally include one or more transceivers 106 and/or one or more antennas 108.
  • the processor 102 controls the memory 104 and/or the transceiver 106 and may be configured to implement the functions, procedures and/or methods described/suggested above. For example, the processor 102 may process information in the memory 104 to generate first information/signal and then transmit a wireless signal including the first information/signal through the transceiver 106. Additionally, the processor 102 may receive a wireless signal including the second information/signal through the transceiver 106 and then store information obtained from signal processing of the second information/signal in the memory 104.
  • the memory 104 may be connected to the processor 102 and may store various information related to the operation of the processor 102. For example, memory 104 may perform some or all of the processes controlled by processor 102, or may store software code including instructions for performing procedures and/or methods described/suggested above. .
  • the processor 102 and memory 104 may be part of a communication modem/circuit/chip designed to implement wireless communication technology (eg, LTE, NR).
  • Transceiver 106 may be coupled to processor 102 and may transmit and/or receive wireless signals via one or more antennas 108. Transceiver 106 may include a transmitter and/or receiver. The transceiver 106 can be used interchangeably with an RF (Radio Frequency) unit.
  • a wireless device may mean a communication modem/circuit/chip.
  • the second wireless device 200 includes one or more processors 202, one or more memories 204, and may further include one or more transceivers 206 and/or one or more antennas 208.
  • the processor 202 controls the memory 204 and/or the transceiver 206 and may be configured to implement the functions, procedures and/or methods described/suggested above. For example, the processor 202 may process the information in the memory 204 to generate third information/signal and then transmit a wireless signal including the third information/signal through the transceiver 206. Additionally, the processor 202 may receive a wireless signal including the fourth information/signal through the transceiver 206 and then store information obtained from signal processing of the fourth information/signal in the memory 204.
  • the memory 204 may be connected to the processor 202 and may store various information related to the operation of the processor 202. For example, memory 204 may perform some or all of the processes controlled by processor 202, or may store software code including instructions for performing procedures and/or methods described/suggested above. .
  • the processor 202 and memory 204 may be part of a communication modem/circuit/chip designed to implement wireless communication technology (eg, LTE, NR).
  • Transceiver 206 may be coupled to processor 202 and may transmit and/or receive wireless signals via one or more antennas 208. Transceiver 206 may include a transmitter and/or receiver. Transceiver 206 may be used interchangeably with an RF unit.
  • a wireless device may mean a communication modem/circuit/chip.
  • one or more protocol layers may be implemented by one or more processors 102, 202.
  • one or more processors 102, 202 may implement one or more layers (e.g., functional layers such as PHY, MAC, RLC, PDCP, RRC, SDAP).
  • One or more processors 102, 202 may generate one or more Protocol Data Units (PDUs) and/or one or more Service Data Units (SDUs) according to the functions, procedures, suggestions and/or methods disclosed herein.
  • PDUs Protocol Data Units
  • SDUs Service Data Units
  • One or more processors 102, 202 may generate messages, control information, data or information according to the functions, procedures, suggestions and/or methods disclosed herein.
  • One or more processors 102, 202 generate signals (e.g., baseband signals) containing PDUs, SDUs, messages, control information, data or information according to the functions, procedures, proposals and/or methods disclosed herein. , can be provided to one or more transceivers (106, 206).
  • One or more processors (102, 202) may receive signals (e.g., baseband signals) from one or more transceivers (106, 206) and transmit a PDU, SDU, or PDU according to the functions, procedures, suggestions, and/or methods disclosed herein. , messages, control information, data or information can be obtained.
  • One or more processors 102, 202 may be referred to as a controller, microcontroller, microprocessor, or microcomputer.
  • One or more processors 102, 202 may be implemented by hardware, firmware, software, or a combination thereof.
  • ASICs Application Specific Integrated Circuits
  • DSPs Digital Signal Processors
  • DSPDs Digital Signal Processing Devices
  • PLDs Programmable Logic Devices
  • FPGAs Field Programmable Gate Arrays
  • Firmware or software configured to perform the functions, procedures, suggestions and/or methods disclosed herein may be included in one or more processors (102, 202) or stored in one or more memories (104, 204) to enable one or more processors (102, 202). 202).
  • the functions, procedures, suggestions and or methods disclosed in this document may be implemented using firmware or software in the form of codes, instructions and/or sets of instructions.
  • One or more memories 104, 204 may be connected to one or more processors 102, 202 and may store various types of data, signals, messages, information, programs, codes, instructions, and/or instructions.
  • One or more memories 104, 204 may consist of ROM, RAM, EPROM, flash memory, hard drives, registers, cache memory, computer readable storage media, and/or combinations thereof.
  • One or more memories 104, 204 may be located internal to and/or external to one or more processors 102, 202. Additionally, one or more memories 104, 204 may be connected to one or more processors 102, 202 through various technologies, such as wired or wireless connections.
  • One or more transceivers 106, 206 may transmit user data, control information, wireless signals/channels, etc. mentioned in the methods and/or operation flowcharts of this document to one or more other devices.
  • One or more transceivers 106, 206 may receive user data, control information, wireless signals/channels, etc. mentioned in the functions, procedures, proposals, methods and/or operational flowcharts disclosed herein, etc. from one or more other devices.
  • one or more transceivers 106 and 206 may be connected to one or more processors 102 and 202 and may transmit and receive wireless signals.
  • one or more processors 102, 202 may control one or more transceivers 106, 206 to transmit user data, control information, or wireless signals to one or more other devices.
  • one or more processors 102, 202 may control one or more transceivers 106, 206 to receive user data, control information, or wireless signals from one or more other devices.
  • one or more transceivers (106, 206) may be connected to one or more antennas (108, 208), and one or more transceivers (106, 206) may perform the functions and procedures disclosed in this document through one or more antennas (108, 208). , may be set to transmit and receive user data, control information, wireless signals/channels, etc. mentioned in the proposal, method and/or operation flowchart, etc.
  • one or more antennas may be multiple physical antennas or multiple logical antennas (eg, antenna ports).
  • One or more transceivers (106, 206) process the received user data, control information, wireless signals/channels, etc. using one or more processors (102, 202), and convert the received wireless signals/channels, etc. from the RF band signal. It can be converted to a baseband signal.
  • One or more transceivers (106, 206) may convert user data, control information, wireless signals/channels, etc. processed using one or more processors (102, 202) from baseband signals to RF band signals.
  • one or more transceivers 106, 206 may comprise (analog) oscillators and/or filters.
  • 6G wireless communication services do not only apply to electronic devices such as mobile terminals or video displays. 6G wireless communication services can be applied to electronic devices that support fully autonomous vehicles, artificial intelligence (AI) robots, and augmented/virtual reality (AR/VR)-based metaverse.
  • AI artificial intelligence
  • AR/VR augmented/virtual reality
  • FIG. 5 shows an electronic device in which a plurality of antenna modules and a transceiver circuit module are arranged according to an embodiment.
  • an electronic device in which a plurality of antenna modules and a plurality of transceiver circuit modules are arranged may be an image display device, but is not limited thereto.
  • an electronic device in which a plurality of antenna modules and a plurality of transceiver circuit modules are disposed may include any electronic device or vehicle that supports communication services in the millimeter wave or terahertz band.
  • the electronic device 1000 includes a plurality of antenna modules (ANT 1 to ANT4), antenna modules (ANT 1 to ANT4), and a plurality of transceiver circuit modules (transceiver circuit modules, 1210a to 1210d). ) includes.
  • a plurality of transceiver circuit modules 1210a to 1210d may correspond to the transceiver circuit 1250 described above.
  • the plurality of transceiver circuit modules 1210a to 1210d may be part of the transceiver circuit 1250 or a part of the front-end module disposed between the antenna module and the transceiver circuit 1250.
  • the plurality of antenna modules may be configured as an array antenna in which a plurality of antenna elements are arranged.
  • the number of elements of the antenna modules (ANT 1 to ANT4) is not limited to 2, 3, or 4 as shown.
  • the number of elements of antenna modules (ANT 1 to ANT4) can be expanded to 2, 4, 8, 16, etc.
  • the elements of the antenna modules ANT 1 to ANT4 may be selected in the same number or different numbers.
  • a plurality of antenna modules (ANT 1 to ANT4) may be arranged in different areas of the display or at the bottom or side of the electronic device.
  • a plurality of antenna modules (ANT 1 to ANT4) may be disposed on the top, left, bottom, and right sides of the display, but are not limited to this arrangement structure.
  • a plurality of antenna modules (ANT 1 to ANT4) may be disposed on the upper left, upper right, lower left, and lower right of the display.
  • Antenna modules may be configured to transmit and receive signals in a specific direction in any frequency band.
  • the antenna modules may operate in any one of the 28 GHz band, 39 GHz band, 64 GHz band, or 100 GHz or higher band.
  • An electronic device may maintain a connection with another entity or perform a data transmission or reception operation through two or more of the antenna modules (ANT 1 to ANT4).
  • the electronic device corresponding to the display device can transmit or receive data with the first entity through the first antenna module (ANT1).
  • the electronic device can transmit or receive data with the second entity through the second antenna module (ANT2).
  • an electronic device may transmit or receive data to and from a mobile terminal (UE) through the first antenna module (ANT1).
  • Electronic devices can transmit or receive data with a control device such as a set-top box or AP (Access Point) through the second antenna module (ANT2).
  • Data may be transmitted or received with other entities through other antenna modules, for example, the third antenna module (ANT3) and the fourth antenna module (ANT4).
  • dual connection or multiple input/output (MIMO) may be performed through at least one of the first and second entities previously connected through the third antenna module (ANT3) and the fourth antenna module (ANT4).
  • Mobile terminals UE1 and UE2 may be placed in the front area of the electronic device, and the mobile terminals UE1 and UE2 may be configured to communicate with the first antenna module ANT1.
  • a set-top box (STB) or an AP may be placed in the lower area of the electronic device, and the set-top box (STB) or the AP may be configured to communicate with the second antenna module (ANT2), but it is limited thereto.
  • the second antenna module ANT2 may include both a first antenna that radiates to the lower area and a second antenna that radiates to the front area. Accordingly, the second antenna module (ANT2) can communicate with the set-top box (STB) or AP through the first antenna and with any one of the mobile terminals (UE1 and UE2) through the second antenna. .
  • one of the mobile terminals UE1 and UE2 may be configured to perform multiple input/output (MIMO) with an electronic device.
  • UE1 may be configured to perform MIMO while performing beamforming with an electronic device.
  • electronic devices corresponding to video display devices can perform high-speed communication with other electronic devices or set-top boxes through a WiFi wireless interface.
  • an electronic device can perform high-speed communication in a band of 100GHz or higher with another electronic device or set-top box through a 6G wireless interface.
  • the transceiver circuit modules 1210a to 1210d are operable to process transmitted signals and received signals in the RF frequency band.
  • the RF frequency band may be any frequency band among the 28 GHz band, 39 GHz band, 64 GHz band, or 100 GHz or higher band, as described above.
  • the transceiver circuit modules 1210a to 1210d may be referred to as RF SUB-MODULEs (1210a to 1210d).
  • the number of RF SUB-MODULEs (1210a to 1210d) is not limited to 4, but can be changed to any number of 2 or more depending on the application.
  • the baseband processor 1400 may be configured to control the transceiver circuit modules 1210a to 1210d.
  • Figure 6a shows a configuration in which an RFIC is connected to a multilayer circuit board on which an array antenna module is disposed in relation to terahertz band communication according to the present specification.
  • the antenna module is for mmWave band or THz band communication and is composed of an RFIC-PCB-antenna integrated type.
  • the array antenna module 1100-1 may be formed integrally with a multi-layer PCB, as shown in FIG. 6A(a).
  • An array antenna module 1100-1 may be disposed on one side of a multi-layer substrate.
  • the first beam B1 can be formed in the side area of the multilayer substrate using the array antenna module 1100-1 disposed in one side area of the multilayer substrate.
  • the array antenna module 1100-2 may be disposed on a multilayer substrate.
  • the second beam B2 can be formed in the front area of the multilayer substrate using the array antenna module 1100-2.
  • the first array antenna 1100-1 of FIG. 6A(a) can be placed on the side area of the multilayer substrate, and the second array antenna 1100-2 of FIG. 6A(b) can be placed on the side area of the multilayer substrate. there is. Accordingly, the first beam B1 can be generated through the first array antenna 1100-1, and the second beam B2 can be generated through the second array antenna 1100-2.
  • the first array antenna 1100-1 and the second array antenna 1100-2 may be configured to have the same polarization. Alternatively, the first array antenna 1100-1 and the second array antenna 1100-2 may be configured to have orthogonal polarization. It might work. In this regard, the first array antenna 1100-1 operates as a vertically polarized antenna and may also operate as a horizontally polarized antenna.
  • FIG. 6b shows a combined structure of a multilayer substrate and a main substrate according to embodiments.
  • a structure in which the RFIC 1250 and the modem 1400 are formed integrally on a multilayer substrate 1010 is shown.
  • Modem 1400 may be referred to as a baseband processor 1400.
  • the multilayer substrate 1010 is formed integrally with the main substrate. This integrated structure can be applied to a structure in which only one array antenna module is placed in an electronic device.
  • the multilayer board 1010 and the main board 10120 may be configured to be connected in a modular manner by a connector.
  • the multilayer board 1010 may be configured to interface with the main board 1020 through a connector.
  • the RFIC 1250 may be placed on the multilayer board 1010 and the modem 1400 may be placed on the main board 1020.
  • the multilayer board 1010 may be formed as a separate board from the main board 1020 and configured to be connected through a connector.
  • This modular structure can be applied to a structure in which a plurality of array antenna modules are disposed in an electronic device.
  • the multilayer substrate 1010 and the second multilayer substrate 1020 may be configured to interface with the main substrate 1020 through a connector connection.
  • the modem 1400 disposed on the main substrate 1020 is configured to be electrically coupled to the RFICs 1250 and 1250b disposed on the multilayer substrate 1010 and the second multilayer substrate 1020.
  • FIG. 7a shows a block diagram of a communication module that performs terahertz-based wireless communication above 100 GHz.
  • Figure 7b shows a side view of the microstrip-waveguide transition structure in the communication module performing terahertz-based wireless communication of Figure 7a.
  • the local oscillator (LO) may be configured to generate a signal in a frequency band of approximately 100 GHz.
  • the signal output from the local oscillator (LO) may be frequency converted to a frequency of a certain multiple, for example, 3 times the frequency.
  • the frequency converted signal may be amplified by a mid power amplifier.
  • Signals in the intermediate frequency band may be composed of an in-phase signal (IF-I) and a quadrature phase signal (IF-Q) with a phase difference of 90 degrees.
  • Signals in the mid-frequency band can be combined with the frequency-converted signal and converted into an RF signal.
  • the RF signal of a communication module that performs terahertz-based wireless communication may be a signal in a frequency band of approximately 300 GHz, but is not limited thereto.
  • RF signals in a frequency band of approximately 160 GHz may be used in this specification.
  • the RF communication module may be referred to as an antenna module.
  • the antenna module 1100 may be configured to electrically connect the transceiver circuit 1250 corresponding to the RF circuit and the dielectric substrate 1010a.
  • the transceiver circuit 1250 may be implemented in the form of an MMIC (Monolithic Microwave Integrated Chip), but is not limited thereto.
  • the transceiver circuit 1250 may be disposed on a PCB board 1010c, which is a dielectric board separate from the dielectric board 1010a.
  • the antenna module 1100 including the transceiver circuit 1250 may be packaged in the form of a dielectric mold 1010d.
  • microstrip-waveguide transition structure that can improve signal conversion efficiency using a metamaterial-based artificial magnetic conductor (AMC).
  • AMC artificial magnetic conductor
  • the microstrip-waveguide transition structure according to the present specification has the advantage of not requiring a large design space like the cavity structure transition structure.
  • the signal conversion unit 1130 is designed so that the termination portion 1140 of the waveguide 1110 extends by ⁇ /4. Accordingly, the height increases in the vertical direction.
  • the microstrip-waveguide transition structure according to the present specification can apply a metamaterial-based artificial magnetic conductor to a separate second dielectric substrate 1010b. Accordingly, there is no need to provide a signal conversion unit 1130 and an end part 1140 so that the end part 1140 of the waveguide 1110 extends by ⁇ /4. Therefore, the microstrip-waveguide transition structure according to the present specification can greatly reduce the design space. In addition, it is easy to attach a metamaterial-based artificial magnetic conductor, and has better signal conversion efficiency than when the signal conversion unit 1130 is provided without an artificial magnetic conductor.
  • FIGS. 8A and 8B show a stacked structure of an antenna module having a microstrip-waveguide transition structure.
  • Figure 8a shows a transition structure in which the signal conversion unit 1130 is applied in the vertical direction.
  • Figure 8b shows a transition structure in which an artificial magnetic conductor (AMC) is applied without a signal conversion unit.
  • Figures 9a and 9b show side perspective views and internal electric field distributions of the microstrip-waveguide transition structures of Figures 8a and 8b.
  • the antenna module 1100a may be configured to include a waveguide 1110, a transmission line 1120, a signal conversion unit 1130, and a termination portion 1140.
  • the signal conversion unit 1130 and the termination unit 1140 may be formed of a metal material.
  • a transmission line 1120 may be formed on the dielectric substrate 1010a in the upper region of the waveguide 1110.
  • a ground pattern 1160g may be formed between the waveguide 1110 and the dielectric substrate 1010a.
  • a transmission line 1120 and a ground pattern 1160g may be formed on the front and back surfaces of the dielectric substrate 1010a, respectively.
  • the RF signal transmitted along the signal pattern 1120f of the transmission line 1120 may be transmitted to an open area (OA) inside the waveguide 1110.
  • a signal conversion unit 1130 may be formed in the upper area of the transmission line 1120 in a vertical direction.
  • the signal conversion unit 1130 may be formed to have a height of ⁇ /4 in the vertical direction.
  • the opening area of the signal conversion unit 1130 may be formed to correspond to the opening area OA of the transmission line 1120.
  • An opening area OA2 may be formed in the transmission line 1120 to correspond to the opening area OA of the waveguide 1110.
  • An opening area OA3 may be formed in the ground pattern 1160g to correspond to the opening area OA of the waveguide 1110.
  • the transmission line 1120 in the form of a microstrip line can be placed at a distance of ⁇ /4 from the end portion 1140 of the waveguide 1110. Accordingly, the transition structure can be designed so that the maximum current can be induced into the transmission line 1120. Accordingly, the RF signal transmitted through the transmission line 1120 in the form of a microstrip line can be transmitted through the inside of the waveguide 1110.
  • the electric field formed through the transmission line 1120 may be formed in a vertical direction, and the electric field inside the waveguide 1110 may be formed horizontally.
  • the vertical electric field in the transmission line 1120 may be decomposed into a vertical component and a horizontal component through the signal conversion unit 1130. Accordingly, an electric field may be formed in the horizontal direction in the waveguide 1110 coupled to the signal conversion unit 1130.
  • the height of the signal converter 1130 is designed to be ⁇ /4, so that the signal transmitted through the waveguide 1110 and the signal reflected from the terminal 1140 have in-phase characteristics in the transmission line 1120.
  • additional design space is required to extend the waveguide 1110 to a certain height.
  • processes such as cutting and milling are required to extend the waveguide 1110 to form the signal conversion unit 1130, making manufacturing complicated.
  • the antenna module 1100 may be configured to include a waveguide 1110 and a transceiver circuit 1250.
  • the antenna module 1100 may be configured to radiate signals in a specific frequency band.
  • the antenna module 1100 may be configured to radiate signals in a frequency band of 28 GHz or higher, that is, signals in the mmWave band.
  • the antenna module 1100 may be configured to radiate signals in a frequency band of 100 GHz or higher or 140 GHz or higher, that is, signals in the 6G frequency band.
  • the transceiver circuit 1250 may be operably coupled to the antenna module 1100.
  • the transceiver circuit 1250 may be configured to transmit a signal in a specific frequency band to the antenna module 1100.
  • the antenna module 1100 may be configured to include a waveguide 1110, a transmission line 1120, and a conductive surface 1150.
  • the antenna module 1100 may be configured to further include a first dielectric substrate 1010a and a second dielectric substrate 1010b.
  • the waveguide 1110 may be configured to have an open area (OA) at one end in the length direction to transmit signals of a specific frequency band.
  • a radiation region (RR) may be formed at the other end of the waveguide 1110 in the length direction so that a signal in a specific frequency band is radiated.
  • the area of the radiation area RR may be the same as the area of the opening area OA or may be larger than the area of the opening area OA to have an antenna gain of a predetermined value or more.
  • a transmission line 1120 may be formed on one side of the first dielectric substrate 1010a.
  • the transmission line 1120 may be configured to include a signal pattern 1120f, a first ground pattern 1120g, and a second opening area OA2.
  • a second ground pattern 1150g may be formed on one side of the second dielectric substrate 1010b disposed in the upper region of the first dielectric substrate 1010a.
  • a third ground pattern 1160g may be formed on the other side of the first dielectric substrate 1010a.
  • the first dielectric substrate 1010a and the second dielectric substrate 1010b may be attached by an adhesive surface 1120b.
  • the thickness of the adhesive surface 1120b may be formed to be less than a predetermined thickness, for example, 5 ⁇ m or less, but is not limited thereto.
  • the first ground pattern 1120g and the third ground pattern 1160g formed on one side and the other side of the first dielectric substrate 1010a may be connected to a plurality of vias.
  • a plurality of vias are arranged at a predetermined distance from the boundary of the signal pattern 1120f and the boundary of the second opening area OA2 and form the second via structure 1160v.
  • the conductive surface 1150 may include a plurality of conductive patterns 1150c arranged in one axis direction and the other axis direction.
  • the conductive surface 1150 on which a plurality of conductive patterns are arranged in one axis direction and the other axis direction may be referred to as an artificial magnetic conductor (AMC).
  • AMC artificial magnetic conductor
  • the conductive surface 1150 may be implemented with an impedance greater than a threshold value in a specific frequency band. It may be implemented with an impedance greater than a threshold value in a specific frequency band so that signals in a specific frequency band are not radiated to the upper area of the conductive surface 1150.
  • the conductive surface 1150 is disposed in the upper region of the transmission line 1120, so that signals in a specific frequency band transmitted through the transmission line 1120 may be transmitted to the lower region rather than to the upper region. Accordingly, a signal in a specific frequency band transmitted through the transmission line 1120 may be transmitted into the inside of the waveguide 1110, which is a lower area of the transmission line 1120, and radiated through the radiation region RR.
  • a vertical electric field may be formed through the transmission line 1120 in the form of a microstrip line.
  • the conductive surface 1150 in the form of an artificial magnetic conductor (AMC) may be comprised of a perfect magnetic conductor (PMC).
  • the phase of the signal reflected from the conductive surface 1150 is in phase with the phase of the incident signal. Accordingly, the signal transmitted through the transmission line 1120 can be transmitted to the inside of the waveguide 1110 without loss by the conductive surface 1150 in the form of an artificial magnetic conductor (AMC) without a signal conversion unit having a predetermined height.
  • an ultra-thin microstrip-waveguide transition structure using metamaterials such as artificial magnetic conductors (AMC).
  • AMC artificial magnetic conductors
  • the conductive surface 1150 and the transmission line 1120 in the form of a microstrip line can theoretically transmit a maximum current into the waveguide 1110 at a spacing of zero.
  • an adhesive surface 1120 of a predetermined thickness may be disposed to prevent short circuit between the conductor of the conductive surface 1150 and the conductor of the waveguide 1110.
  • the adhesive surface 1120 may be disposed between the transmission line 1120 on the first dielectric substrate 1010a and the conductive surface 1150 on the second dielectric substrate 1010b.
  • the adhesive surface 1120 may be formed of an adhesive with a thickness within a predetermined range based on approximately 50 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • the adhesive surface 1120 is inserted between the open area OA of the waveguide 1110 and the transmission line 1120 and the conductive surface 1150.
  • the adhesive surface 1120 can attach the waveguide 1110 and the conductive surface 1150 while minimizing the design space of the microstrip-waveguide transition structure.
  • higher signal transmission efficiency can be obtained because there is no additional path loss for the extended waveguide or loss due to signal reflection.
  • a cavity transition structure including a signal conversion unit has a signal loss value of about 0.63B at 160GHz.
  • the transition structure with the conductive surface 1150 has a signal loss value of about 0.3 dB at 160 GHz, resulting in an improvement in signal conversion efficiency of about 0.33 dB.
  • the first dielectric substrate 1010a on which the transmission line 1120 is formed may be disposed in the opening area OA of the waveguide 1110.
  • Figure 10 shows a structure in which a transmission line and a conductive surface implemented with an artificial magnetic conductor are overlapped.
  • a transmission line 1120 may be formed on one side of the first dielectric substrate 1010a.
  • the second dielectric substrate 1010b may be disposed in an upper area of the first dielectric substrate 1010a.
  • the second dielectric substrate 1010b may be arranged to be stacked with the first dielectric substrate 1010a.
  • the second dielectric substrate 1010b may be arranged to overlap the first dielectric substrate 1010a in a vertical direction.
  • a conductive surface 1150 in the form of an artificial magnetic conductor (AMC) constituting a microstrip-waveguide transition structure may be formed on the second dielectric substrate 1010b.
  • AMC artificial magnetic conductor
  • the conductive surface 1150 in the form of an artificial magnetic conductor (AMC) constituting the microstrip-waveguide transition structure according to the present specification may be formed in a structure in which a plurality of unit cell structures are arranged in the horizontal and vertical directions.
  • FIG. 10A shows a unit cell structure of a conductive surface in the form of an artificial magnetic conductor of FIG. 8B arranged in the horizontal and vertical directions.
  • FIG. 10B shows the structure of the other and side surfaces of the conductive surface of the artificial magnetic conductor type of FIG. 8B.
  • FIG. 10b(a) shows a structure in which a ground pattern is disposed on one side and an upper region of the conductive surface 1150 of FIG. 8.
  • FIG. 10B(b) shows a structure in which a plurality of conductive patterns and a ground pattern of the conductive surface 1150 of FIG. 8B are connected by vertical vias from the side.
  • a second ground pattern 1150g may be formed on one side of the second dielectric substrate 1010b.
  • the conductive surface 1150 may include a plurality of conductive patterns 1150c disposed in one axis direction and the other axis direction on the other surface of the second dielectric substrate 1010b.
  • the unit cell structure constituting the plurality of conductive patterns 1150c may be formed to have a predetermined length and width or less in the RF frequency band.
  • the unit cell structure can be formed within a predetermined range based on 400um x 400um at 160GHz.
  • the length and width of the conductive pattern of the unit cell structure may be formed within a predetermined range based on 380um x 380um.
  • the antenna module 1100 may be configured to further include a via structure 1150v.
  • the via structure 1150v may be configured to vertically connect the plurality of conductive patterns 1150c of the conductive surface 1150 and the second ground pattern 1150g.
  • the first length of the area where the conductive surface 1150 is disposed in one axis direction may be more than twice the second length of the opening area OA in one axis direction.
  • the first width of the area where the conductive surface 1150 is disposed in the other axis direction may be more than twice the second width of the opening area OA in the other axis direction.
  • one axis direction of the area where the conductive surface 1150 is disposed may be the E-plane direction, which coincides with the direction of the electric field inside the waveguide 1110.
  • the other axis direction of the area where the conductive surface 1150 is disposed may be the H-plane direction perpendicular to the electric field direction inside the waveguide 1110.
  • an artificial magnetic conductor (AMC) composed of a plurality of conductive patterns 1150c may be composed of a plurality of unit grids.
  • An artificial magnetic conductor (AMC) may be composed of a plurality of slot patterns.
  • Figure 11a shows a side perspective view in which a plurality of unit cell structures constituting a conductive plane are formed on a substrate.
  • FIG. 11B shows a structure in which a plurality of unit cell structures of FIG. 11A are disposed above the opening area of the waveguide.
  • a second ground pattern 1150g may be formed on one side of the second dielectric substrate 1010b.
  • a plurality of conductive patterns 1150c in the form of an artificial magnetic conductor (AMC) may be formed on the other surface of the second dielectric substrate 1010b.
  • the second dielectric substrate 1010b may be formed to have a predetermined length, width, and thickness (h).
  • the first length of the area where the conductive surface 1150 is disposed in one axis direction may be more than twice the second length of the opening area OA in one axis direction.
  • the first width of the area where the conductive surface 1150 is disposed in the other axis direction may be more than twice the second width of the opening area OA in the other axis direction.
  • the conductive surface 1150 may be formed in a unit cell structure of M or more conductive patterns in the horizontal direction, which is one axis, and N or more conductive patterns, in the vertical direction, which is the other axis.
  • the conductive surface 1150 may be formed into a 9 and 7 unit cell structure in the horizontal and vertical directions, respectively.
  • the unit cell structure of the conductive pattern may be formed to be 400um x 400um, and the length and width of the conductive surface 1150 may be formed to be 3600um x 2800um, respectively.
  • a microstrip-waveguide transition structure can be formed by capacitance and inductance values formed between adjacent unit cells of the conductive surface 1150 in the form of an artificial magnetic conductor (AMC) according to the present specification.
  • Figure 12 shows an equivalent circuit of the conductive surface on which the artificial magnetic conductor of Figure 10a is formed.
  • FIGS. 13A and 13B show equivalent circuits to the structure in which the unit cell structure of the artificial magnetic conductor of FIG. 10A is formed in the vertical and horizontal directions.
  • Figure 13C is an equivalent circuit showing the input impedance based on the conductive surface of the artificial magnetic conductor of Figures 13A and 13B.
  • conductive patterns 1151c, 1152c, and 1153c of a unit cell structure arranged in the vertical direction may be implemented as an artificial magnetic conductor (AMC).
  • conductive patterns 1151c, 1154c, and 1153c of a unit cell structure arranged in the horizontal direction may be implemented with an artificial magnetic conductor (AMC).
  • the conductive surface 1150 implemented with an artificial magnetic conductor may include a first slot pattern (S1) and a second slot pattern (S2). .
  • the first slot pattern S1 may be formed in the electric field direction of the signal in one axis direction with respect to the center point where the vertical vias are connected.
  • the second slot pattern S2 may be formed in the magnetic field direction of the signal in the other axis direction based on the center point where the vertical vias are connected.
  • Inductance L may be induced corresponding to the current formed in the second ground pattern 1150g between adjacent vertical vias of the via structure 1150v.
  • Capacitance Cg may be induced between the second slot patterns S2 of adjacent conductive patterns in the electric field direction among the plurality of conductive patterns 1150c.
  • a first capacitance Cp1 may be induced in the first slot pattern S1.
  • a second capacitance Cp2 may be induced in the second slot pattern S2.
  • a unit cell of the plurality of conductive patterns 1150c constituting the conductive plane 1150 will be configured to include a conductive pattern 1151c, a first slot pattern S1, and a second slot pattern S2.
  • the conductive pattern 1151c may be formed in a circular shape to correspond to the circular shape of the vertical via forming the via structure 1150v.
  • the first slot pattern S1 may be formed in the conductive pattern 1151c to be symmetrical to the vertical via in one axis direction.
  • the second slot pattern S2 may be formed in the conductive pattern 1151c to be symmetrical to the vertical via in the other axis direction.
  • the first slot pattern S1 may include a first sub-slot SS1 and a second sub-slot SS2 formed in upper and lower areas of the vertical via.
  • the second slot pattern S2 may include a third sub-slot SS3 and a fourth sub-slot SS4 formed in the left and right areas of the vertical via.
  • the first to fourth sub-slots SS1 to SS4 may be formed to have a first length L1 to a fourth length L4 in one axis direction.
  • the first to fourth sub-slots SS1 to SS4 may be formed to have a first width W1 to a fourth width W4 in the other axis direction.
  • the first to fourth lengths L1 to L4 in one axis direction and the other axis direction may be set to the same length or may be set to have a difference within a predetermined range.
  • the first to fourth widths W1 to W4 in one axis direction and the other axis direction may be set to the same width or may be set to have a difference within a predetermined range.
  • the first to fourth lengths L1 to L4 of the first to fourth sub slots SS1 to SS4 may be formed to be smaller than the difference in radius between the conductive pattern 1151c and the vertical via 1151v. there is.
  • the first length L1 to the fourth length L4 may be formed to be smaller than the difference between the first radius of the conductive pattern 1151c and the second radius of the connection area of the vertical via 1151v connected to the conductive pattern 1151c. You can.
  • the shapes of the ends of the first to fourth sub-slots SS1 to SS4 may also be formed to correspond to or be similar to the circular shape of the conductive pattern 1151c.
  • One end of the first to fourth sub-slots SS1 to SS4 adjacent to the vertical via 1151v may be formed in a semicircular shape.
  • the third radius of one end of the first to fourth sub-slots SS1 to SS4 having a semicircular shape may be smaller than the second radius of the vertical via 1151v.
  • the first to fourth widths W1 to W4 of the first to fourth sub slots SS1 to SS4 may also be smaller than the second radius of the vertical via 1151v.
  • the number (M) of unit cells in one axis direction may be larger than the number (N) of unit cells in the other axis direction.
  • the conductive surface 1150 may have M or more unit cells arranged in one axis direction.
  • the conductive surface 1150 may have N or more unit cells arranged in the other axis direction. Since the length of the opening area (OA) of the waveguide 1110 is formed to be larger than the width, M is characterized as being larger than N.
  • First and second current paths may be formed in opposite directions for each adjacent unit cell.
  • the first unit cell 1151, the second unit cell 1152, and the third unit cell 1153 adjacent in one axis direction include a first vertical via 1151v, a second vertical via 1152v, and a third vertical via, respectively. (1153v) can be provided.
  • a first current path may be formed along.
  • a second current path may be formed along.
  • the first direction of the first current path and the second direction of the second current path may be formed in opposite directions.
  • first unit cell 1151, the fourth unit cell 1154, and the fifth unit cell 1155 adjacent to each other in the other axis direction have a first vertical via 1151v, a fourth vertical via 1154v, and a first vertical via 1154v, respectively.
  • 5 Vertical vias (1155v) may be provided.
  • the first direction of the first current path and the third direction of the third current path in the other axis direction may also be formed in opposite directions.
  • the first unit cell 1151 and the second unit cell 1152 adjacent in one axis direction may be arranged to be spaced apart from each other by a first distance or more.
  • the first unit cell 1151 and the fourth unit cell 1154 adjacent to each other in the other axis direction may be arranged to be spaced apart from each other by a second distance or more.
  • Adjacent unit cells implemented with artificial magnetic conductors (AMC) may share some of the slot patterns or may be formed such that the slot patterns are interconnected.
  • the first slot pattern S1 of the first unit cell 1151 and the second unit cell 1152 in one axis direction may be configured to be connected to each other.
  • the second slot patterns S2 of the first unit cell 1151 and the fourth unit cell 1154 in the other axis direction may be configured to be connected to each other.
  • the size of the unit cell in one axis direction and the other axis direction may be in the range of 10 ⁇ m based on 380 ⁇ m.
  • the first unit cell 1151 and the second unit cell 1152 may be arranged to be spaced apart from each other by 10 to 20 ⁇ m in one axis direction.
  • the first unit cell 1151 and the second unit cell 1152 may be arranged to be spaced apart from each other by 10 to 20 ⁇ m in the other axis direction.
  • a signal in a specific frequency band transmitted from the waveguide 1110 to the signal pattern of the transmission line 1120 may be a signal in a frequency band between 158 GHz and 162 GHz, but is not limited thereto.
  • the inductance (L) and capacitance (Cg) of the conductive surface 1150 implemented with an artificial magnetic conductor (AMC) can be set as shown in Equation 1.
  • Equation 2 the impedance (Z AMC ) of the conductive surface 1150 implemented with an artificial magnetic conductor (AMC) can be set as in Equation 2. Meanwhile, the resonant frequency (fr) of the conductive surface 1150 implemented with an artificial magnetic conductor (AMC) can be set as shown in Equation 3.
  • AMC R represents the diameter of the AMC unit structure
  • h represents the substrate thickness (AMC unit structure-ground plane distance)
  • g represents the spacing between adjacent AMC unit structures.
  • L represents the inductance corresponding to the adjacent AMC unit structure-ground plane current path in the E-field vector direction
  • C g represents the capacitance corresponding to the gap between adjacent AMC unit structures in the E-field vector direction.
  • C p1 represents the parasitic capacitance caused by unnecessary polarization occurring between AMC unit structure slots
  • C p2 represents the parasitic capacitance caused by unnecessary polarization between adjacent AMC unit structures in the H-field vector direction.
  • ⁇ 0 is the free space permittivity
  • ⁇ r is the substrate effective permittivity
  • ⁇ 0 is the free space permeability
  • f r is the resonant frequency of the proposed artificial magnetic conductor.
  • Z C represents the capacitance impedance of the proposed artificial magnetic conductor
  • Z L represents the inductance impedance of the proposed artificial magnetic conductor
  • Z AMC represents the characteristic impedance of the proposed artificial magnetic conductor.
  • the opening areas may be implemented to face each other in the same shape.
  • One side of the first dielectric substrate 1010a may be disposed to face the second dielectric substrate 1010b on which the conductive surface 1150 is formed.
  • the other side of the first dielectric substrate 1010a may be disposed to face the opening area OA of the waveguide 1110.
  • the third ground pattern 1160g formed on the other side of the first dielectric substrate 1010a may have a third opening area OA3 formed to correspond to the opening area OA of the waveguide 1110.
  • opening areas having the same shape and area may be implemented to face each other.
  • the length and width of the opening regions can be formed to be the same.
  • the first length of the opening area OA of the waveguide 1110 in one axis direction and the second length of the second opening area OA2 of the transmission line 1120 in one axis direction may be formed to be the same.
  • the third length of the third opening area OA3 of the first dielectric substrate 1010a in one axis direction may be formed to be the same as the first length and the second length.
  • the first width of the opening area OA of the waveguide 1110 in the other axis direction and the second width of the second opening area OA2 of the transmission line 1120 in the other axis direction may be formed to be the same.
  • the third width of the third opening area OA3 of the first dielectric substrate 1010a in the other axis direction may be formed to be equal to the first width and the second width.
  • One axis direction and the other axis direction may be formed by the electric field direction and magnetic field direction of the signal transmitted through the waveguide 1110.
  • the signal transmitted from the transmitter/receiver circuit 1250 through the transmission line 1120 is transmitted inside the waveguide 1110 to cover the radiation area (RR) of the waveguide 1110. It can be radiated through
  • the first ground pattern 1120g may be disposed on one side and the other side of the signal pattern 1120f of the transmission line 1120 to be spaced apart from the signal pattern 1120f. Since the signal pattern 1120f feeds a signal to the waveguide 1110 of the antenna module 1100, it may be referred to as a feeding pattern. Since the first ground pattern 1120g is formed on the same plane as the signal pattern 1120f and on both sides of the signal pattern 1120f, a CPW (CO-Planar Waveguide) power supply structure can be formed.
  • One end of the signal pattern 1120f may be electrically connected to the transceiver circuit 1250 disposed on the third dielectric substrate 1010c of FIG. 7C, which is disposed separately from the first dielectric substrate 1010a.
  • the first ground pattern 1120g may be formed to surround the other end of the signal pattern 1110f and one side and the other side of the signal pattern 1110f.
  • the first ground pattern 1120g is formed to surround the signal pattern 1110f, thereby minimizing signal loss in a high frequency band of 140 GHz or higher.
  • the other end of the signal pattern 1110f may be formed in the second opening area OA2 of the transmission line 1120. Accordingly, the signal transmitted from the transceiver circuit 1250 through the transmission line 1120 may be transmitted into the waveguide 1110 and radiated through the radiation region RR of the waveguide 1110.
  • FIG. 15A compares the reflection loss and insertion loss of the microstrip-waveguide transition structures of FIGS. 9A and 9B.
  • Figure 15b shows the characteristic impedance and phase response curves of the microstrip-waveguide transition structure of Figure 9b.
  • Figure 15c shows the characteristic impedance and phase response curves according to diameter change in the unit cell structure of an artificial magnetic conductor.
  • the electric field on the transmission line 1120 is formed vertically in the upper and lower directions. Meanwhile, the electric field transmitted into the waveguide 1110 through the transmission line 1120 and the signal conversion unit 1130 may peak at a predetermined period and be formed in the horizontal direction. Accordingly, the RF signal transmitted inside the waveguide 1110 may be transmitted to the lower area in the vertical direction.
  • the electric field on the transmission line 1120 is formed vertically downward. Meanwhile, the electric field transmitted into the waveguide 1110 through the transmission line 1120 and the conductive surface 1150 may peak at a predetermined period and be formed in the horizontal direction. Accordingly, the RF signal transmitted inside the waveguide 1110 may be transmitted to the lower area in the vertical direction.
  • a certain level of RF signal may be received on the transmission line 1120.
  • a certain level of electric field is formed in the vertical direction on the transmission line 1120.
  • electric field peaks inside the waveguide 1110 may be formed differently.
  • the electric field peak inside the waveguide 1110 of the antenna module 1100 on which the conductive surface 1150 is formed is formed to be lower. Therefore, the signal transmission characteristics of the antenna module 1100 on which the conductive surface 1150 of FIG. 14(b) is formed are better than the signal transmission characteristics of the antenna module 1100 on which the signal conversion unit 1130 of FIG. 14(a) is formed. great.
  • the antenna module 1100a including the signal conversion unit 1130 has a signal loss value of approximately 0.63B at 160 GHz.
  • the antenna module 1100 with the conductive surface 1150 has a signal loss value of about 0.3 dB at 160 GHz. Accordingly, the signal transmission characteristics of the antenna module 1100 including the conductive surface 1150 are improved by about 0.33 dB compared to the antenna module 1100a including the signal conversion unit 1130.
  • the antenna module 1100 including the conductive surface 1150 has a high impedance characteristic of 69615 ⁇ at 159GHz.
  • the antenna module 1100 having a conductive surface 1150 conducts the waveguide 1100 at a predetermined bandwidth, for example, 2 GHz, based on about 160 GHz. It is configured so that signals are not transmitted in the upper direction. Accordingly, the antenna module 1100 having the conductive surface 1150 is configured to transmit a signal toward the bottom of the waveguide 1100 at a predetermined bandwidth based on about 160 GHz.
  • antenna module 1100 with conductive surface 1150 has a phase value of 0 degrees at 159 GHz. Accordingly, the signal incident on the conductive surface 1150 and the signal reflected from the conductive surface 1150 have an in-phase value, and the conductive surface 1150 may be composed of a perfect magnetic conductor (PMC). Accordingly, it is possible to construct a microstrip-waveguide transition structure using only the conductive surface 1150 of a predetermined thickness or less without separately arranging a signal conversion unit in the upper region of the waveguide 1100.
  • PMC perfect magnetic conductor
  • the diameter (AMC R ) of the unit cell of the artificial magnetic conductor corresponding to any one of the plurality of conductive patterns 1150c is in the range of 365um to 395um based on 380um. It can have a value.
  • a unit cell of an artificial magnetic conductor having a diameter (AMC R ) between 365 um and 395 um has a peak characteristic impedance value between about 143 GHz and 178 GHz.
  • a unit cell of an artificial magnetic conductor having a diameter (AMC R ) between 365 um and 395 um has a phase difference between the incident signal and the reflected signal on the conductive surface 1150 between about 143 GHz and 178 GHz of 0. It has a value of degrees.
  • a unit cell of an artificial magnetic conductor having a diameter (AMC R ) between 365 um and 395 um can be implemented to have a resonance frequency of about 143 GHz to 178 GHz.
  • the diameter of the unit cell (AMC R ) has a significant impact on the change in capacitance (Cg) value between adjacent conductive patterns.
  • the capacitance (Cg) value increases, thereby reducing the resonance frequency. Therefore, the diameter (AMC R ) of the unit cell can be adjusted according to the target resonance frequency.
  • the conductive surface 1150 is manufactured by attaching it to the waveguide, so that it can be replaced and reused with a conductive surface 1150 having a different diameter (AMC R ) when the RF frequency used changes.
  • a microstrip-waveguide transition structure can be designed in a wider frequency band by stacking a plurality of conductive patterns with different diameters (AMC R ) at predetermined intervals.
  • AMC R diameters
  • Figure 16a compares the current distribution formed on the conductive patterns of unit cell structures depending on the presence or absence of a slot structure.
  • FIG. 16B compares characteristic impedance values according to the shape of the unit cell structures of FIG. 16A.
  • the conductive pattern 1150a is configured so that no slot structure is formed therein.
  • the conductive pattern 1150a formed on one side may be connected to the ground pattern formed on the other side through a via structure 1150v.
  • a peak area of current distribution may be formed along the outer boundary of the conductive pattern 1150a.
  • the conductive pattern 1150c is configured to have a slot structure, for example, first and second slot patterns S1 and S2 formed therein.
  • the diameter of the conductive pattern 1150c may be formed within a predetermined range of 380 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • the width and length of the first and second slot patterns S1 and S2 may be formed within a predetermined range of 50um and within a predetermined range of 130um, but are not limited thereto.
  • the conductive pattern 1150c formed on one side may be connected to the ground pattern formed on the other side through a via structure 1150v.
  • the conductive pattern 1150c may have first to fourth sub-slots SS1, SS2, SS3, and SS4 formed on the top, bottom, one side, and the other side of the via structure 1150v.
  • a peak area of the current distribution may be formed along the boundaries of the first to fourth sub-slots SS1, SS2, SS3, and SS4. Accordingly, a peak area of the current distribution may be formed in the center area of the conductive pattern 1150c adjacent to the boundary of the first to fourth sub-slots SS1, SS2, SS3, and SS4.
  • AMC R represents the diameter of the unit cell structure of AMC
  • B represents the magnetic field intensity per unit area (Magnetic flux density, Wb/m2).
  • ⁇ 0 represents the permeability in free space
  • I represents the current intensity flowing in the conductor pattern
  • r represents the distance from the center of the conductor pattern.
  • the stronger the magnetic flux is formed on the conductor surface of the AMC the stronger the current can be induced on the conductor surface. Therefore, a slot shape can be arranged on the conductor surface of the AMC so that a strong magnetic flux is formed on the conductor surface. Accordingly, the inductance component in the unit cell structure is increased, making it possible to implement higher impedance. In other words, the higher the characteristic impedance, the lower the leakage current and the higher the signal conversion efficiency.
  • the characteristic impedance value of the unit cell structure of the conductive pattern 1150a without a slot formed therein has a value of 61306 W/sq at the resonance frequency of 160GHz.
  • the characteristic impedance value of the unit cell structure of the conductive pattern 1150c with the first and second slots S1 and S2 formed therein is 69615 at the resonance frequency of 159 GHz. It has a value of W/sq.
  • the characteristic impedance value of the conductive pattern 1150c with the first and second slots S1 and S2 formed therein is greater than the characteristic impedance value of the conductive pattern 1150 without slots.
  • Figure 17a shows a structure in which the unit grid of the conductive surface is offset in the vertical and horizontal directions with respect to the opening area of the waveguide.
  • Figures 17b and 17c show changes in reflection coefficient and transmission coefficient characteristics according to changes in offset intervals in the x-axis direction and y-axis direction.
  • the conductive surface 1150 may be arranged to be offset by a predetermined distance (Ox) in the x-axis direction.
  • the conductive surface 1150 may be arranged to be offset by a predetermined distance Oy in the y-axis direction.
  • the conductive surface 1150 may be disposed to overlap the upper region of the waveguide 1110 by being offset by up to 150 ⁇ m in the x-axis direction or the y-axis direction.
  • the conductive surface 1150 of a very thin artificial magnetic conductor is used by attaching it to the area where the signal pattern 1120f of the microstrip-type transmission line and the waveguide 1110 come into contact. Therefore, when adhering the conductive surface 1150 and the waveguide 1110, performance deviation due to mis-alignment must be maintained below a certain level.
  • the resonance frequency remains constant at 160GHz.
  • the reflection coefficient value at the resonance frequency changes within a predetermined range. Accordingly, even if the offset interval (Ox) is changed from -150um to +150um, the signal can be transmitted from the signal pattern (1120f) of the microstrip-type transmission line to the internal opening area of the waveguide (1110) through the conductive surface (1150). there is.
  • the resonance frequency remains constant at 160GHz.
  • the transmission coefficient value at the resonance frequency has a value within a predetermined range, for example, between -0.31dB and -0.53dB. Accordingly, even if the offset interval (Ox) is changed from -150um to +150um, the signal can be transmitted from the signal pattern (1120f) of the microstrip-type transmission line to the internal opening area of the waveguide (1110) through the conductive surface (1150). there is.
  • the resonance frequency remains constant at 160 GHz.
  • the offset interval (Ox) changes from -150um to +150um
  • the reflection coefficient value at the resonance frequency changes within a predetermined range. Accordingly, even if the offset interval (Oy) is changed to 150 ⁇ m, a signal can be transmitted from the signal pattern 1120f of the microstrip-shaped transmission line to the internal opening area of the waveguide 1110 through the conductive surface 1150.
  • the resonance frequency remains constant at 160GHz.
  • the transmission coefficient value at the resonance frequency has a value within a predetermined range, for example, between -0.31dB and -0.46dB. Accordingly, even if the offset interval (Oy) is changed to 150 ⁇ m, a signal can be transmitted from the signal pattern 1120f of the microstrip-shaped transmission line to the internal opening area of the waveguide 1110 through the conductive surface 1150.
  • FIG. 18A shows a transition structure where the unit cell structure within the conductive surface 1150 consists of a 5x7 array and a 3x5 array.
  • the unit cell structure within conductive surface 1150 of Figure 11B may be configured in a 7x9 array.
  • Figure 18b shows the reflection coefficient characteristics and transmission coefficient characteristics of transition structures consisting of a 7x9 array, a 5x7 array, and a 3x5 array.
  • the first length in one axis direction of the area where the conductive surface 1150 is disposed may be formed to be at least twice the second length in one axis direction of the opening area OA. You can.
  • the first width of the area where the conductive surface 1150 is disposed in the other axis direction may be more than twice the second width of the opening area OA in the other axis direction.
  • one axis direction of the area where the conductive surface 1150 is disposed may be the E-plane direction, which coincides with the direction of the electric field inside the waveguide 1110.
  • the other axis direction of the area where the conductive surface 1150 is disposed may be the H-plane direction perpendicular to the electric field direction inside the waveguide 1110.
  • the unit cell structure within the conductive surface 1150 may be configured in a 7x9 array.
  • the size of the conductive surface 1150 consisting of a 7x9 array can be implemented as 2.8 x 3.6 mm.
  • the unit cell structure within the conductive surface 1150 may be configured in a 5x7 array.
  • the size of the conductive surface 1150 in a 5x7 array can be implemented as 2.0 x 2.8 mm.
  • the number of arrays of the unit cell structure of the artificial magnetic conductor (AMC) can be selected to have a length that is more than twice the length of the E-plane and H-plane of the waveguide opening area. Accordingly, the artificial magnetic conductor (AMC) within the conductive surface 1150 can be designed to have stable electrical characteristics, that is, signal transmission characteristics.
  • the waveguide 1110 may be WR-06, a standard waveguide of D-band, a terahertz (THz) band.
  • a conductive surface 1150 of an artificial magnetic conductor (AMC) may be applied to the D-band waveguide 1110.
  • the size of the opening area (OA) on the E-plane/H-plane of the D-band waveguide 1110 may be set to 0.8255x1.651mm, but is not limited thereto. Additionally, the number of arrays of a certain length or more covering the opening area (OA) of the waveguide may be determined depending on the number of arrays in the unit cell structure.
  • the 5x7 array in Figure 18a(a) has a length more than twice that of the opening area (OA) of the waveguide. If the number of unit cell structures is less than that of a 5x7 array, signal conversion efficiency may rapidly decrease. On the other hand, when the number of arrays of the conductive surfaces 1150 is set to the size of a 5x7 array or more, stable signal conversion efficiency is achieved at a similar performance level.
  • the first length in one axis direction of the area where the conductive surface 1150 is disposed is greater than the second length in one axis direction of the opening area OA and is less than twice the second length.
  • the first width of the area where the conductive surface 1150 is disposed in the other axis direction may be larger than the second width of the opening area OA in the other axis direction and may be less than twice the second width.
  • the unit cell structure within conductive surface 1150 may be configured in a 3x5 array.
  • the size of the conductive surface 1150 formed in a 3x5 array can be implemented as 1.2 x 2.0 mm.
  • the antenna module having a 7x9 array and a 5x7 array of conductive surfaces 1150 has a reflection coefficient characteristic of -15dB or less at a center frequency of 160GHz.
  • an antenna module with a 3x5 array of conductive surfaces 1150 has a reflection coefficient characteristic of -15 dB or more at the resonant frequency of 160 GHz, thereby increasing the amount of reflected signal.
  • the antenna module with a 7x9 array and a 5x7 array of conductive surfaces 1150 has transmission coefficient characteristics of -0.31dB and -0.39dB at the center frequency of 160GHz.
  • an antenna module with a 3x5 array of conductive surfaces 1150 has a transmission coefficient characteristic of -1.91dB at the resonant frequency of 160GHz, resulting in a signal loss of 1.5dB more than that of a 5x7 array.
  • the signal conversion loss can be kept below a certain level. there is. It can be confirmed that when the number of arrays in the conductive surface 1150 is 5x7 or more, the signal conversion loss coefficient is maintained within a certain level.
  • the antenna module to which the microstrip-waveguide transition structure disclosed in this specification is applied may be configured as an array antenna within an electronic device.
  • Figure 19a shows a structure in which an antenna module in which a first type antenna and a second type antenna are formed as an array antenna is disposed in an electronic device.
  • Figure 19b is an enlarged view of a plurality of array antenna modules.
  • the array antenna includes a first array antenna module 1100-1 and a second array antenna module disposed at a predetermined distance from the first array antenna module 1100-1 in the first horizontal direction. It may include (1100-2). Meanwhile, the number of array antennas is not limited to two, and may be implemented with three or more as shown in FIG. 19B. Accordingly, the array antenna may be configured to include the first array antenna module 1100-1 to the third array antenna module 1100-3.
  • the processor 1400 of FIGS. 5 to 6C forms first and second beams in the first and second directions, respectively, using the first and second array antenna modules 1100-1 and 1100-2, respectively. You can control it to do so. That is, the first beam can be formed in the first direction in the horizontal direction using the first array antenna module 1100-1. Additionally, the second array antenna module 1100-2 can be used to form a second beam in the second direction in the horizontal direction. In this regard, the processor 1400 may perform multiple input/output (MIMO) using a first beam in the first direction and a second beam in the second direction.
  • MIMO multiple input/output
  • the processor 1400 may form a third beam in a third direction using the first and second array antenna modules 1100-1 and 1100-2.
  • the processor 1400 may control the transceiver circuit 1250 to synthesize signals received through the first and second array antenna modules 1100-1 and 1100-2.
  • the processor 1400 may control signals transmitted to the first and second array antenna modules 1100-1 and 1100-2 through the transceiver circuit 1250 to be distributed to each antenna element.
  • the processor 1400 may perform beam forming using a third beam having a narrower beam width than the first beam and the second beam.
  • the processor 1400 performs multiple input/output (MIMO) using a first beam in the first direction and a second beam in the second direction, and generates a third beam having a narrower beam width than the first beam and the second beam.
  • MIMO multiple input/output
  • Beam forming can be performed using .
  • the quality of the first signal and the second signal received from other electronic devices around the electronic device are below the threshold, beam forming may be performed using the third beam.
  • the number of elements of the array antenna is not limited to 2, 3, or 4 as shown.
  • the number of elements of an array antenna can be expanded to 2, 4, 8, 16, etc.
  • the array antenna may be composed of a 1x2, 1x3, 1x4, 1x5, 1x8, or 1x8 array antenna.
  • Figure 20 shows antenna modules combined with different coupling structures at specific locations of electronic devices according to embodiments.
  • the antenna module 1100 may be arranged substantially horizontally with the display 151 in the lower area of the display 151. Accordingly, the beam B1 can be generated toward the bottom of the electronic device through one of the array antennas among the plurality of array antenna modules. Meanwhile, another beam B2 may be generated in the front direction of the electronic device through another array antenna among the plurality of array antenna modules.
  • the array antenna module 1100 may be disposed in a lower area of the display 151 substantially perpendicular to the display 151. can be placed. Accordingly, the beam B2 can be generated in the front direction of the electronic device through one of the array antennas among the plurality of array antenna modules. Meanwhile, another beam B1 may be generated toward the bottom of the electronic device through another array antenna among the plurality of array antenna modules.
  • the antenna module 1100 may be placed inside the rear case 1001 corresponding to the device structure. It may be placed substantially parallel to the display 151 inside the rear case 1001. Accordingly, the beam B2 can be generated toward the bottom of the electronic device through one of the array antennas among the plurality of array antenna modules. Meanwhile, another beam B3 may be generated toward the rear of the electronic device through another array antenna among the plurality of array antenna modules.
  • an electronic device including an antenna module to which an artificial magnetic conductor (AMC) type conductive surface is applied according to another aspect of the present specification will be described with reference to FIGS. 1 to 20.
  • AMC artificial magnetic conductor
  • the electronic device 1000 disclosed in this specification is not limited to a display device.
  • the electronic device 1000 may be implemented as at least one of a mobile terminal, a fixed terminal, and a vehicle that performs wireless communication in the terahertz band.
  • the electronic device 1000 may be configured to include an array antenna module 1100 and a transceiver circuit 1250.
  • the array antenna module 1100 may be implemented as an antenna element, for example, a waveguide 1110, that operates in a terahertz band, for example, a 160GHz band.
  • the waveguide 1110 may have an opening area (OA) formed to radiate a signal in the top/bottom or side direction of the multilayer substrate.
  • OA opening area
  • the array antenna module 1100 may be configured to perform beam forming by radiating signals in a specific frequency band with a plurality of antenna elements spaced apart at a predetermined distance.
  • the transceiver circuit 1250 may be operably coupled to the array antenna module 1100.
  • the transceiver circuit 1250 may be configured to transmit signals in a specific frequency band to the array antenna module 1100.
  • the array antenna module 1100 may include a waveguide 1110 configured to have an opening area (OA) at one end in the longitudinal direction to transmit signals of a specific frequency band.
  • the plurality of antenna elements may be configured so that the radiation regions RR of the waveguide 1110 are spaced apart at a predetermined interval.
  • the waveguide 1110 may be formed with radiation regions RR spaced apart from each other at predetermined intervals along the length of the waveguide 1110 so that signals in a specific frequency band are radiated.
  • the array antenna module 1100 may include a first dielectric substrate disposed in the opening area OA of the waveguide 1110.
  • the array antenna module 1100 may further include a transmission line 1120 disposed in the upper region of the first dielectric substrate 1010a.
  • the transmission line 1120 may include a signal pattern 1120f, a first ground pattern 1120g, and a second opening area OA2.
  • the array antenna module 1100 may include a second dielectric substrate 1010b disposed in an upper region of the first dielectric substrate 1010a.
  • the array antenna module 1100 may further include a conductive surface 1150 on which a plurality of conductive patterns 1150c are arranged in one axis direction and the other axis direction on the other surface of the second dielectric substrate 1010b. You can.
  • a second ground pattern 1150g may be formed on one side of the second dielectric substrate 1010b.
  • the array antenna module 1100 may further include a via structure 1150v configured to vertically connect the plurality of conductive patterns 1150c of the conductive surface 1150 and the second ground pattern 1150g.
  • the antenna module 1100 may further include a second via structure 1160v configured to vertically connect the second ground pattern 1150g and the third ground pattern 1160g.
  • the plurality of vertical vias constituting the second via structure 1160v have a first ground pattern 1120g and a third ground pattern 1160g in the outer area of the second opening area OA2 and the third opening area OA3. It can be configured to connect.
  • the first length of the area where the conductive surface 1150 is disposed in one axis direction may be more than twice the second length of the opening area OA in one axis direction.
  • the first width of the area where the conductive surface 1150 is disposed in the other axis direction may be more than twice the second width of the opening area OA in the other axis direction.
  • An artificial magnetic conductor (AMC) composed of a plurality of conductive patterns 1150c may include a first slot pattern S1 and a second slot pattern S2.
  • the first slot pattern S1 may be formed in the electric field direction of the signal in one axis direction with respect to the center point where the vertical vias are connected.
  • the second slot pattern S2 may be formed in the magnetic field direction of the signal in the other axis direction based on the center point where the vertical vias are connected.
  • Inductance L may be induced corresponding to the current formed in the second ground pattern 1150g between adjacent vertical vias of the via structure.
  • Capacitance Cg may be induced between the second slot patterns S2 of adjacent conductive patterns in the electric field direction among the plurality of conductive patterns 1150c.
  • a first capacitance Cp1 may be induced in the first slot pattern S1.
  • a second capacitance Cp2 may be induced in the second slot pattern S2. Accordingly, the resonance frequency (fr) of the AMC can be set as in
  • a plurality of dielectric substrates may be configured to be stacked on each other.
  • One side of the first dielectric substrate 1010a may be disposed to face the second dielectric substrate 1010b on which the conductive surface 1150 is formed.
  • the other side of the first dielectric substrate 1010a may be disposed to face the opening area OA of the waveguide 1110.
  • the third ground pattern 1160g formed on the other side of the first dielectric substrate 1010a may have a third opening area OA3 formed to correspond to the opening area OA of the waveguide 1110.
  • the first length of the opening area OA of the waveguide 1110 in one axis direction and the second length of the second opening area OA2 of the transmission line 1120 in one axis direction may be formed to be the same.
  • the third length of the third opening area OA3 of the first dielectric substrate 1010a in one axis direction may be formed to be the same as the first length and the second length.
  • the first width of the opening area OA of the waveguide 1110 in the other axis direction and the second width of the second opening area OA2 of the transmission line 1120 in the other axis direction may be formed to be the same.
  • the third width of the third opening area OA3 of the first dielectric substrate 1010a in the other axis direction may be formed to be equal to the first width and the second width.
  • One axis direction and the other axis direction may be formed by the electric field direction and magnetic field direction of the signal transmitted through the waveguide 1110.
  • a unit cell of the plurality of conductive patterns 1150c constituting the conductive plane 1150 includes a conductive pattern 1151c, a first slot pattern S1, and a second slot pattern S2. It can be configured.
  • the conductive pattern 1151c may be formed in a circular shape to correspond to the circular shape of the vertical via forming the via structure 1150v.
  • the first slot pattern S1 may be formed in the conductive pattern 1151c to be symmetrical to the vertical via in one axis direction.
  • the second slot pattern S2 may be formed in the conductive pattern 1151c to be symmetrical to the vertical via in the other axis direction.
  • the first slot pattern S1 may include a first sub-slot SS1 and a second sub-slot SS2 formed in upper and lower areas of the vertical via.
  • the second slot pattern S2 may include a third sub-slot SS3 and a fourth sub-slot SS4 formed in the left and right areas of the vertical via.
  • ultra-high-speed communication of 6G wireless communication based on the terahertz band is possible through an antenna module and an electronic device equipped with the same.
  • signal conversion efficiency can be improved in a microstrip-waveguide transition structure by using a conductive planar structure in the form of a metamaterial-based artificial magnetic conductor.
  • the height of the microstrip-waveguide transition structure can be minimized by providing an attachable ultra-thin microstrip-waveguide transition structure based on a metamaterial.
  • the change in electrical characteristics of the antenna module due to the alignment error in the microstrip-waveguide transition structure can be minimized.
  • a high-output, low-loss transmission structure can be provided in a millimeter wave band or higher by forming an AMC-based unit cell structure in an array structure in one axis and the other axis.
  • Computer-readable media includes all types of recording devices that store data that can be read by a computer system. Examples of computer-readable media include HDD (Hard Disk Drive), SSD (Solid State Disk), SDD (Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, etc. This also includes those implemented in the form of carrier waves (e.g., transmission via the Internet). Additionally, the computer may include a terminal control unit. Accordingly, the above detailed description should not be construed as restrictive in all respects and should be considered illustrative. The scope of this specification should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of this specification are included in the scope of this specification.

Abstract

안테나 모듈은 개구 영역을 갖도록 구성된 도파관(waveguide); 신호 패턴, 제1 그라운드 패턴 및 제2 개구 영역을 포함하는 전송 선로(transmission line); 복수의 도전 패턴들이 일 축 방향 및 타 축 방향으로 배치된 도전 표면(conductive surface); 및 상기 도전 표면의 상기 복수의 도전 패턴들과 제2 그라운드 패턴을 수직하게 연결하도록 구성된 비아 구조를 포함한다. 상기 도전 표면이 배치된 영역의 일 축 방향의 제1 길이는 상기 개구 영역의 일 축 방향의 제2 길이의 2배 이상으로 형성될 수 있다. 상기 도전 표면이 배치된 영역의 타 축 방향의 제1 너비는 상기 개구 영역의 타 축 방향의 제2 너비의 2배 이상으로 형성될 수 있다.

Description

마이크로스트립 도파관 전이 구조를 구비한 안테나 모듈
본 명세서는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기에 관한 것이다. 특정 구현은 마이크로스트립 도파관 전이구조를 구비한 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기에 관한 것이다.
전자기기(electronic devices)의 기능이 다양화됨에 따라 음악이나 동영상 파일의 재생, 게임, 방송의 수신 등의 복합적인 기능들을 갖춘 멀티미디어 기기(Multimedia player)와 같은 영상표시장치로 구현될 수 있다.
영상표시장치는 영상 컨텐츠를 재생하는 기기로서, 다양한 소스로부터 영상을 수신하여 재생한다. 영상표시장치는 PC(Personal Computer), 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북, TV 등 다양한 기기로 구현된다. 스마트 TV 등과 같은 영상표시장치에서 웹 브라우저와 같은 웹 컨텐츠 제공을 위한 어플리케이션을 제공할 수 있다.
한편, 5세대/6세대(5th/6th Generation) 이동 통신의 급격한 발전과 함께 초고속, 대용량 통신을 지원하기 통신 모듈 설계기술이 빠르게 진화하고 있다. 이에 따라, 밀리미터파 및 테라 헤르츠 대역의 송수신기 개발에 대한 수요가 크게 증가하고 있다.
한편, 전자 기기 간에 통신 서비스를 위한 인터페이스로 WiFi 무선 인터페이스 이외에 테라 헤르츠 대역을 이용한 초고속 무선 인터페이스가 고려될 수 있다. 이러한 초고속 무선 인터페이스를 이용하는 경우, 전자 기기 간에 고속 데이터 전송을 위해 밀리미터파 (mmWave) 대역 이외에 테라 헤르츠(THz) 대역을 이용할 수 있다.
테라 헤르츠 대역은 100 GHz ~ 10 THz 사이의 주파수 대역을 의미하며, 일반적으로 주파수 대역이 올라갈수록 넓은 통신 대역폭을 사용할 수 있어 6G에서 요구하는 초고속 통신에 적합하다. 테라 헤르츠 대역은 5G(데이터 전송 속도: 최고 20 Gbps) 대비 최대 50배 빠른 1Tbps (1초에 1조 비트를 전송하는 속도)를 목표로 하는 6G 통신의 후보 주파수 대역으로 고려되고 있다. 그러나 높은 주파수 대역일수록 전파 특성상 경로 손실이 크고 전파 도달 거리가 짧아지는 문제가 있어 통신 시스템 내에 수많은 안테나를 집적하고 전파를 특정 방향으로 송·수신하는 고도의 빔포밍(Beamforming) 기술이 요구된다.
또한, 6G 통신에서 동작 주파수가 높아짐에 따라 기판의 손실은 점점 증가하기 때문에 고출력 및 저 손실 특성을 필요로 하는 RF 통신 모듈 설계에서는 도파관(Waveguide) 타입의 안테나가 사용될 수 있다. 이와 관련하여, PCB 기판에 구현된 송수신 회로의 신호를 도파관 내의 신호로 변환하기 위한 마이크로스트립-도파관 전이 구조(transition structure)의 설계가 요구된다.
하지만, 마이크로스트립-도파관 전이 구조 신호 전이구조에서 신호의 반사 손실이 작아야 하고 신호 변환효율이 높아야 한다. 이와 관련하여, 마이크로스트립-도파관 전이구조는 도파관 종단을 λ/4 만큼 연장한 캐비티(Cavity)의 형태로 신호 변환부를 설계할 수 있다, 하지만, 이러한 신호 변환부를 위한 추가적인 설계 공간이 필요하며, 신호 변환부의 길이에 의해 신호 전달 특성이 주파수 의존적 (frequency-dependent) 특성을 갖는다는 문제점이 있다.
본 명세서는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 6G 통신을 위한 테라 헤르츠 대역에서 동작하는 안테나 모듈 및 이를 구비하는 전자 기기를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 메타물질 기반의 인공 자기 도체(Artificial Magnetic Conductor)를 이용하여 신호 변환효율을 개선할 수 있는 마이크로스트립-도파관 전이구조를 제안하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 메타물질 기반의 부착 가능한 초박형 마이크로스트립-도파관 전이 구조를 제안하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 마이크로스트립-도파관 전이 구조의 정렬 오차에 따른 안테나 모듈의 전기적 특성의 변화를 최소화하기 위한 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 실시 예에 따른 안테나 모듈은 개구 영역을 갖도록 구성된 도파관(waveguide); 신호 패턴, 제1 그라운드 패턴 및 제2 개구 영역을 포함하는 전송 선로(transmission line); 복수의 도전 패턴들이 일 축 방향 및 타 축 방향으로 배치된 도전 표면(conductive surface); 및 상기 도전 표면의 상기 복수의 도전 패턴들과 제2 그라운드 패턴을 수직하게 연결하도록 구성된 비아 구조를 포함한다. 상기 도전 표면이 배치된 영역의 일 축 방향의 제1 길이는 상기 개구 영역의 일 축 방향의 제2 길이의 2배 이상으로 형성될 수 있다. 상기 도전 표면이 배치된 영역의 타 축 방향의 제1 너비는 상기 개구 영역의 타 축 방향의 제2 너비의 2배 이상으로 형성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 도파관은 특정 주파수 대역의 신호가 전달되도록 길이 방향으로 일 단부에 상기 개구 영역을 갖도록 구성될 수 있다. 상기 도파관은 상기 신호가 방사되도록 상기 길이 방향으로 타 단부에 방사 영역이 형성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 안테나 모듈은 상기 도파관의 상기 개구 영역에 배치된 제1 유전체 기판 및 상기 제1 유전체 기판의 상부 영역에 배치된 제2 유전체 기판을 더 포함할 수 있다. 상기 전송 선로는 상기 제1 유전체 기판의 일 면에 형성될 수 있다. 상기 제2 유전체 기판의 일 면에 제2 그라운드 패턴이 형성될 수 있다. 상기 도전 표면은 상기 제2 유전체 기판의 타 면에 상기 복수의 도전 패턴들이 일 축 방향 및 타 축 방향으로 배치될 수 있다.
실시 예에서, 상기 복수의 도전 패턴들로 구성된 인공 자기 도전체(artificial magnetic conductor, AMC)는 상기 수직 비아가 연결된 중심점을 기준으로 상기 일 축 방향인 상기 신호의 전계 방향(electric field direction)으로 형성되는 제1 슬롯 패턴; 및 상기 수직 비아가 연결된 중심점을 기준으로 상기 타 축 방향인 상기 신호의 자계 방향(magnetic field direction)으로 형성되는 제2 슬롯 패턴을 포함할 수 있다. 상기 비아 구조의 인접한 수직 비아들 사이의 상기 제2 그라운드 패턴에 형성된 전류에 대응되게 인덕턴스(L)가 유도될 수 있다. 상기 복수의 도전 패턴들 중 상기 전계 방향으로 인접한 도전 패턴들의 제2 슬롯 패턴 간에 커패시턴스(Cg)가 유도될 수 있다. 상기 제1 슬롯 패턴에 제1 커패시턴스(Cp1)가 유도되고, 상기 제2 슬롯 패턴에 제2 커패시턴스(Cp2)가 유도될 수 잇다. 상기 AMC의 공진 주파수(fr)는 수학식 3과 같이 설정될 수 있다.
실시 예에서, 상기 제1 유전체 기판의 일 면은 상기 도전 표면이 형성된 상기 제2 유전체 기판을 마주보도록 배치될 수 있다. 상기 제1 유전체 기판의 타 면은 상기 도파관의 상기 개구 영역을 마주보도록 배치될 수 있다. 상기 제1 유전체 기판의 타 면에 형성되는 제3 그라운드 패턴은 상기 도파관의 상기 개구 영역에 대응되게 제3 개구 영역이 형성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 도파관의 상기 개구 영역의 상기 일 축 방향의 제1 길이, 상기 전송 선로의 상기 제2 개구 영역의 상기 일 축 방향의 제2 길이 및 상기 제1 유전체 기판의 상기 제3 개구 영역의 상기 일 축 방향의 제3 길이는 동일하게 형성될 수 있다. 상기 도파관의 상기 개구 영역의 상기 타 축 방향의 제1 너비, 상기 전송 선로의 상기 제2 개구 영역의 상기 타 축 방향의 제2 너비 및 상기 제1 유전체 기판의 상기 제3 개구 영역의 상기 타 축 방향의 제3 너비는 동일하게 형성될 수 있다. 상기 일 축 방향 및 상기 타 축 방향은 상기 도파관을 통해 전달되는 신호의 전계 방향 및 자계 방향으로 형성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 안테나 모듈은 상기 제2 그라운드 패턴 및 상기 제3 그라운드 패턴을 수직하게 연결하도록 구성된 제2 비아 구조를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 비아 구조를 구성하는 복수의 수직 비아들은 상기 제2 개구 영역 및 상기 제3 개구 영역의 외측 영역의 상기 제1 그라운드 패턴 및 상기 제3 그라운드 패턴을 연결하도록 구성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 전송 선로의 상기 신호 패턴의 일 측 및 타 측에 상기 제1 그라운드 패턴이 상기 신호 패턴과 이격되어 배치될 수 있다. 상기 신호 패턴의 일 단부는 상기 제1 유전체 기판과 별도로 배치되는 제3 유전체 기판에 배치된 상기 송수신부 회로와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1 그라운드 패턴은 상기 신호 패턴의 타 단부, 상기 신호 패턴의 일 측 및 타 측을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 상기 신호 패턴의 타 단부는 상기 제2 개구 영역 내에 형성되어, 상기 송수신부 회로에서 전달된 신호가 상기 도파관 내부로 전달되어 상기 도파관의 방사 영역을 통해 방사될 수 있다.
실시 예에서, 복수의 도전 패턴들의 단위 셀(unit cell)은 상기 비아 구조를 형성하는 수직 비아의 원형 형상에 대응되게 원형 형상으로 형성되는 도전 패턴; 상기 일 축 방향으로 상기 수직 비아에 대칭되게 상기 도전 패턴에 형성되는 제1 슬롯 패턴; 및 상기 타 축 방향으로 상기 수직 비아에 대칭되게 상기 도전 패턴에 형성되는 제2 슬롯 패턴을 포함할 수 있다. 상기 제1 슬롯 패턴은 상기 수직 비아의 상부 및 하부 영역에 형성된 제1 서브 슬롯 및 제2 서브 슬롯을 포함할 수 있다. 상기 제2 슬롯 패턴은 상기 수직 비아의 좌측 및 우측 영역에 형성된 제3 서브 슬롯 및 제4 서브 슬롯을 포함할 수 있다.
실시 예에서, 상기 제1 서브 슬롯 내지 상기 제4 서브 슬롯은 상기 일 축 방향 및 상기 타 축 방향으로 제1 길이 내지 제4 길이로 형성될 수 있다. 상기 제1 서브 슬롯 내지 상기 제4 서브 슬롯은 일 축 방향 및 상기 타 축 방향으로 제1 너비 내지 제4 너비로 형성될 수 있다. 상기 제1 길이 내지 상기 제4 길이는 동일한 길이로 설정될 수 있다. 상기 제1 너비 내지 상기 제4 너비는 동일한 너비로 설정될 수 있다.
실시 예에서, 상기 제1 길이 내지 상기 제4 길이는 상기 도전 패턴의 제1 반경과 상기 도전 패턴과 연결되는 상기 수직 비아의 연결 영역의 제2 반경의 차이보다 작게 형성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 수직 비아에 인접한 상기 제1 서브 슬롯 내지 상기 제4 서브 슬롯의 일 단부는 반원 형상으로 형성될 수 있다. 상기 반원 형상을 갖는 상기 제1 서브 슬롯 내지 상기 제4 서브 슬롯의 일 단부의 제3 반경은 상기 수직 비아의 상기 제2 반경보다 작게 형성될 수 있다. 상기 제1 서브 슬롯 내지 상기 제4 서브 슬롯의 상기 제1 너비 내지 상기 제4 너비는 상기 수직 비아의 상기 제2 반경보다 작게 형성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 도전 표면은 상기 일 축 방향으로 M개 이상의 단위 셀들이 배치되고, 상기 타 축 방향으로 N개 이상의 단위 셀들이 배치될 수 있다. 여기서, M은 N보다 큰 것을 특징으로 한다.
실시 예에서, 상기 일 축 방향으로 인접한 제1 단위 셀, 제2 단위 셀 및 제3 단위 셀은 각각 제1 수직 비아, 제2 수직 비아 및 제3 수직 비아를 구비할 수 있다. 상기 제1 단위 셀의 도전 패턴, 상기 제1 수직 비아, 상기 제2 그라운드 패턴, 상기 제2 수직 비아 및 상기 제2 단위 셀의 도전 패턴을 따라 제1 전류 경로가 형성될 수 있다. 상기 제3 단위 셀의 도전 패턴, 상기 제3 수직 비아, 상기 제2 그라운드 패턴, 상기 제1 수직 비아 및 상기 제1 단위 셀의 도전 패턴을 따라 제2 전류 경로가 형성될 수 있다. 상기 제1 전류 경로의 제1 방향 및 상기 제2 전류 경로의 제2 방향은 반대 방향일 수 있다.
실시 예에서, 상기 일 축 방향으로 인접한 제1 단위 셀과 제2 단위 셀은 제1 간격 이상으로 이격되어 배치될 수 있다. 상기 타 축 방향으로 인접한 제1 단위 셀과 제4 단위 셀은 제2 간격 이상으로 이격되어 배치될 수 있다.
실시 예에서, 상기 제1 단위 셀과 상기 제2 단위 셀의 상기 일 축 방향의 상기 제1 슬롯 패턴은 상호 연결되도록 구성될 수 있다. 상기 제1 단위 셀과 상기 제4 단위 셀의 상기 타 축 방향의 상기 제2 슬롯 패턴은 상호 연결되도록 구성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 단위 셀의 상기 일 축 방향 및 상기 타 축 방향의 크기는 380um를 기준으로 10um의 사이의 범위로 형성될 수 있다. 상기 제1 단위 셀과 상기 제2 단위 셀은 상기 일 축 방향으로 10 내지 20um 사이의 범위로 이격되어 배치될 수 있다. 상기 제1 단위 셀과 상기 제2 단위 셀은 상기 타 축 방향으로 10 내지 20um 사이의 범위로 이격되어 배치될 수 있다. 상기 도파관에서 상기 전송 선로의 신호 패턴으로 전달되는 상기 특정 주파수 대역의 신호는 158 GHz 내지 162GHz 사이의 주파수 대역의 신호일 수 있다.
본 명세서의 또 다른 양상에 따른 전자 기기는 특정 주파수 대역의 신호를 방사하여 빔 포밍을 수행하도록 구성된 배열 안테나 모듈; 및 상기 배열 안테나 모듈과 동작 가능하게 결합되고, 상기 특정 주파수 대역의 신호를 상기 배열 안테나 모듈로 전달하도록 구성된 송수신부 회로를 포함한다. 상기 배열 안테나 모듈은 개구 영역을 포함하는 도파관(waveguide); 신호 패턴, 제1 그라운드 패턴 및 제2 개구 영역을 포함하는 전송 선로(transmission line); 복수의 도전 패턴들이 일 축 방향 및 타 축 방향으로 배치된 도전 표면(conductive surface); 및 상기 도전 표면의 상기 복수의 도전 패턴들과 상기 제2 그라운드 패턴을 수직하게 연결하도록 구성된 비아 구조를 포함할 수 있다.
실시 예에서, 상기 안테나 모듈은 특정 주파수 대역의 신호가 전달되도록 길이 방향으로 일 단부에 개구 영역을 갖도록 구성된 도파관(waveguide) - 상기 도파관은 상기 신호가 방사되도록 상기 길이 방향으로 타 단부에 방사 영역들이 형성됨; 상기 도파관의 상기 개구 영역에 배치된 제1 유전체 기판; 상기 제1 유전체 기판의 상부 영역에 배치되고, 신호 패턴, 제1 그라운드 패턴 및 제2 개구 영역을 포함하는 전송 선로(transmission line); 상기 제1 유전체 기판의 상부 영역에 배치된 제2 유전체 기판 - 상기 제2 유전체 기판의 일 면에 제2 그라운드 패턴이 형성됨; 상기 제2 유전체 기판의 타 면에 복수의 도전 패턴들이 일 축 방향 및 타 축 방향으로 배치된 도전 표면(conductive surface); 및 상기 도전 표면의 상기 복수의 도전 패턴들과 상기 제2 그라운드 패턴을 수직하게 연결하도록 구성된 비아 구조를 포함할 수 있다.
실시 예에서, 상기 도전 표면이 배치된 영역의 일 축 방향의 제1 길이는 상기 개구 영역의 일 축 방향의 제2 길이의 2배 이상으로 형성될 수 있다. 상기 도전 표면이 배치된 영역의 타 축 방향의 제1 너비는 상기 개구 영역의 타 축 방향의 제2 너비의 2배 이상으로 형성될 수 있다.
이와 같은 마이크로스트립 도파관 전이 구조를 구비한 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
실시 예에 따르면, 안테나 모듈 및 이를 구비하는 전자 기기를 통해 테라 헤르츠 대역 기반의 6G 무선 통신의 초고속 통신이 가능하다.
실시 예에 따르면, 메타물질 기반의 인공 자기 도체(Artificial Magnetic Conductor) 형태의 도전 평면 구조를 이용하여 마이크로스트립-도파관 전이 구조에서 신호 변환 효율을 개선할 수 있다.
실시 예에 따르면, 메타물질 기반의 부착 가능한 초박형 마이크로스트립-도파관 전이 구조를 제공하여, 마이크로스트립-도파관 전이 구조의 높이를 최소화할 수 있다.
실시 예에 따르면, AMC 기반의 단위 셀 구조의 정렬 오차 발생 시 마이크로스트립-도파관 전이 구조의 정렬 오차에 따른 안테나 모듈의 전기적 특성의 변화를 최소화할 수 있다.
실시 예에 따르면, AMC 기반의 단위 셀 구조를 일 축 및 타 축 방향의 배열 구조로 형성하여, 밀리미터파 대역 이상에서 고출력 저 손실의 전송 구조를 제공할 수 있다.
본 명세서의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 명세서의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 명세서의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 명세서에 따른 밀리미터와 테라 헤르츠 대역을 포함하는 전자기 스펙트럼의 일례를 나타낸다.
도 2는 본 명세서에 따른 THz 통신 응용의 일례를 나타낸다.
도 3은 본 명세서에 적용되는 통신 시스템과 이를 통해 무선 통신을 수행하는 장치들을 예시한다.
도 4는 본 명세서에 따라 무선 통신을 수행하는 무선 기기들의 구성을 나타낸다.
도 5는 일 실시 예에 따른 복수의 안테나 모듈과 송수신부 회로 모듈이 배치되는 전자 기기를 나타낸다.
도 6a는 본 명세서에 따른 테라 헤르츠 대역 통신과 관련하여 배열 안테나 모듈이 배치되는 다층 회로 기판과 RFIC가 연결된 구성을 나타낸다.
도 6b는 실시 예들에 따른 다층 기판과 메인 기판의 결합 구조를 나타낸 것이다.
도 7a는 100GHz 이상의 테라 헤르츠 기반의 무선 통신을 수행하는 통신 모듈의 블록도를 나타낸다.
도 7b는 도 7a의 테라 헤르츠 기반의 무선 통신을 수행하는 통신 모듈에서 마이크로스트립-도파관 전이 구조의 측면도를 나타낸다.
도 8a 및 도 8b는 마이크로스트립-도파관 전이 구조를 구비하는 안테나 모듈의 적층 구조를 나타낸다.
도 9a 및 도 9b는 도 8a 및 도 8b의 마이크로스트립-도파관 전이 구조의 측면 사시도와 내부 전계 분포를 나타낸다.
도 10a는 도 8b의 인공 자기 도체 형태의 도전 표면의 단위 셀 구조가 수평 방향 및 수직 방향으로 배치된 구조를 나타낸다.
도 10b는 도 8b의 인공 자기 도체 형태의 도전 표면의 타 면 및 측면에서의 구조를 나타낸다.
도 11a는 도전 평면을 구성하는 복수의 단위 셀 구조가 기판에 형성된 측면 사시도를 나타낸다.
도 11b는 도 11a의 도 11a의 복수의 단위 셀 구조가 도파관의 개구 영역의 상부에 배치된 구조를 나타낸다.
도 12는 도 10a의 인공 자기 도체가 형성된 도전 표면의 등가 회로를 나타낸다.
도 13a 및 도 13b는 도 10a의 인공 자기 도체의 단위 셀 구조가 수직 방향 및 수평 방향으로 형성된 구조와 등가 회로를 나타낸다.
도 13c는 도 13a 및 도 13b의 인공 자기 도체의 도전 표면에 기초한 입력 임피던스를 나타내는 등가 회로이다.
도 14는 도 9a 및 도 9b의 마이크로스트립-도파관 전이 구조의 전계 분포를 나타낸 것이다.
도 15a는 도 9a 및 도 9b의 마이크로스트립-도파관 전이 구조의 반사 손실 및 삽입 손실을 비교한 것이다.
도 15b는 도 9b의 마이크로스트립-도파관 전이 구조의 특성 임피던스 및 위상 응답 곡선을 나타낸 것이다.
도 15c는 인공 자기 도체의 단위 셀 구조에서 직경 변화에 따른 특성 임피던스 및 위상 응답 곡선을 나타낸 것이다.
도 16a는 슬롯 구조 유무에 따른 단위 셀 구조들의 도전 패턴 상에 형성되는 전류 분포를 비교한 것이다.
도 16b는 도 16a의 단위 셀 구조들의 형상에 따른 특성 임피던스 값을 비교한 것이다.
도 17a는 도전 표면의 단위 격자가 도파관의 개구 영역에 대해 수직 방향 및 수평 방향으로 오프셋 배치된 구조를 나타낸다.
도 17b 및 도 17c는 x축 방향 및 y축 방향의 오프셋 간격의 변화에 따른 반사 계수 및 투과 계수 특성 변화를 나타낸다.
도 18a는 도전 표면(1150) 내의 단위 셀 구조가 5x7 배열 및 3x5 배열로 구성된 전이 구조를 나타낸다.
도 18b는 7x9 배열, 5x7 배열 및 3x5 배열로 구성된 전이 구조의 반사 계수 특성 및 투과 계수 특성을 나타낸다.
도 19a는 제1 타입 안테나와 제2 타입 안테나가 배열 안테나로 형성된 안테나 모듈이 전자 기기에 배치된 구조를 나타낸다.
도 19b는 복수의 배열 안테나 모듈을 확대한 도면이다.
도 20은 실시 예들에 따른 전자 기기의 특정 위치에서 서로 다른 결합 구조로 결합된 안테나 모듈을 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 명세서의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하의 기술은 CDMA, FDMA, TDMA, OFDMA, SC-FDMA 등과 같은 다양한 무선 접속 시스템에 사용될 수 있다. CDMA는 UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(Evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. UTRA는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(Long Term Evolution)은 E-UTRA를 사용하는 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부이고 LTE-A(Advanced)/LTE-A pro는 3GPP LTE의 진화된 버전이다. 3GPP NR(New Radio or New Radio Access Technology)는 3GPP LTE/LTE-A/LTE-A pro의 진화된 버전이다. 3GPP 6G는 3GPP NR의 진화된 버전일 수 있다.
6G 시스템 일반
6G (무선통신) 시스템은 (i) 디바이스 당 매우 높은 데이터 속도, (ii) 매우 많은 수의 연결된 디바이스들, (iii) 글로벌 연결성(global connectivity), (iv) 매우 낮은 지연, (v) 배터리-프리(battery-free) IoT 디바이스들의 에너지 소비를 낮추고, (vi) 초고신뢰성 연결, (vii) 머신 러닝 능력을 가지는 연결된 지능 등에 목적이 있다. 6G 시스템의 비젼은 intelligent connectivity, deep connectivity, holographic connectivity, ubiquitous connectivity와 같은 4가지 측면일 수 있으며, 6G 시스템은 아래 표 1과 같은 요구 사항을 만족시킬 수 있다. 즉, 표 1은 6G 시스템의 요구 사항의 일례를 나타낸 표이다.
Per device peak data rate 1 Tbps
E2E latency 1 ms
Maximum spectral efficiency 100 bps/Hz
Mobility support Up to 1000km/h
Satellite integration Fully
AI Fully
Autonomous vehicle Fully
XR Fully
Haptic Communication Fully
6G 시스템은 Enhanced mobile broadband (eMBB), Ultra-reliable low latency communications (URLLC), massive machine-type communication (mMTC), AI integrated communication, Tactile internet, High throughput, High network capacity, High energy efficiency, Low backhaul and access network congestion, Enhanced data security와 같은 핵심 요소(key factor)들을 가질 수 있다. 도 1은 6G 시스템에서 제공 가능한 통신 구조의 일례를 나타낸 도이다.
6G 시스템은 5G 무선통신 시스템보다 50배 더 높은 동시 무선통신 연결성을 가질 것으로 예상된다. 5G의 key feature인 URLLC는 6G 통신에서 1ms보다 적은 단-대-단(end-to-end) 지연을 제공함으로써 보다 더 주요한 기술이 될 것이다. 6G 시스템은 자주 사용되는 영역 스펙트럼 효율과 달리 체적 스펙트럼 효율이 훨씬 우수할 것이다.
THz(Terahertz) 통신
데이터 전송률은 대역폭을 늘려 높일 수 있다. 이것은 넓은 대역폭으로 sub-THz 통신을 사용하고, 진보된 대규모 MIMO 기술을 적용하여 수행될 수 있다. 밀리미터 이하의 방사선으로도 알려진 THz파는 일반적으로 0.03mm-3mm 범위의 해당 파장을 가진 0.1THz와 10THz 사이의 주파수 대역을 나타낸다. 100GHz-300GHz 대역 범위(Sub THz 대역)는 셀룰러 통신을 위한 THz 대역의 주요 부분으로 간주된다. Sub-THz 대역 mmWave 대역에 추가하면 6G 셀룰러 통신 용량은 늘어난다. 정의된 THz 대역 중 300GHz-3THz는 원적외선 (IR) 주파수 대역에 있다. 300GHz-3THz 대역은 광 대역의 일부이지만 광 대역의 경계에 있으며, RF 대역 바로 뒤에 있다. 따라서, 300 GHz-3 THz 대역은 RF와 유사성을 나타낸다.
이와 관련하여, 도 1은 본 명세서에 따른 밀리미터와 테라 헤르츠 대역을 포함하는 전자기 스펙트럼의 일례를 나타낸다.
도 1을 참조하면, THz파는 RF(Radio Frequency)/밀리미터(mm)와 적외선 대역 사이에 위치하며, (i) 가시광/적외선에 비해 비금속/비분극성 물질을 잘 투과하며 RF/밀리미터파에 비해 파장이 짧아 높은 직진성을 가지며 빔 집속이 가능할 수 있다. 또한, THz파의 광자 에너지는 수 meV 불과하기 때문에 인체에 무해한 특성이 있다. THz 무선통신에 이용될 것으로 기대되는 주파수 대역은 공기 중 분자 흡수에 의한 전파 손실이 작은 D-밴드(110GHz~170GHz) 혹은 H-밴드(220GHz~325GHz) 대역일 수 있다. THz 무선통신에 대한 표준화 논의는 3GPP 이외에도 IEEE 802.15 THz working group을 중심으로 논의되고 있으며, IEEE 802.15의 Task Group (TG3d, TG3e)에서 발행되는 표준문서는 본 명세서에서 설명되는 내용을 구체화하거나 보충할 수 있다.
THz 무선통신은 무선 인식(wireless cognition), 센싱(sensing), 이미징(imaging), 무선 통신(wireless), THz 네비게이션(navigation) 등에 응용될 수 있다. THz 통신의 주요 특성은 (i) 매우 높은 데이터 전송률을 지원하기 위해 광범위하게 사용 가능한 대역폭, (ii) 고주파에서 발생하는 높은 경로 손실 (고 지향성 안테나는 필수 불가결)을 포함한다. 높은 지향성 안테나에서 생성된 좁은 빔 폭은 간섭을 줄인다. THz 신호의 작은 파장은 훨씬 더 많은 수의 안테나 소자가 이 대역에서 동작하는 장치 및 BS에 통합될 수 있게 한다. 이를 통해 범위 제한을 극복할 수 있는 고급 적응형 배열 기술을 사용할 수 있다.
도 2는 본 명세서에 따른 THz 통신 응용의 일례를 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, THz 무선통신 시나리오는 매크로 네트워크(macro network), 마이크로 네트워크(micro network), 나노스케일 네트워크(nanoscale network)로 분류될 수 있다. 매크로 네트워크에서 THz 무선통신은 vehicle-to-vehicle 연결 및 backhaul/fronthaul 연결에 응용될 수 있다. 마이크로 네트워크에서 THz 무선통신은 인도어 스몰 셀(small cell), 데이터 센터에서 무선 연결과 같은 고정된 point-to-point 또는 multi-point 연결, 키오스크 다운로딩과 같은 근거리 통신(near-field communication)에 응용될 수 있다.
아래 표 2는 THz 파에서 이용될 수 있는 기술의 일례를 나타낸 표이다.
Transceivers Device Available immature, UTC-PD, RTD and SBD
Modulation and Coding Low order modulation techniques (OOK, QPSK), ㅣLDPC, Reed Soloman, Hamming, Poalr, Turbo
Antenna Omni and Directional, Phased array with low number of antenna elements
Bandwidth 69 GHz (or 23 GHz) at 300GHz
Channel models Partially
Data rate 100Gbps
Outdoor deployment No
Free space loss High
Coverage Low
Radio Measurements 300 GHz indoor
Device size Few micrometers
광 무선 기술 (Optical wireless technology)
OWC 기술은 가능한 모든 장치-대-액세스 네트워크를 위한 RF 기반 통신 외에도 6G 통신을 위해 계획되었다. 이러한 네트워크는 네트워크-대-백홀/프론트홀 네트워크 연결에 접속한다. OWC 기술은 4G 통신 시스템 이후 이미 사용되고 있으나 6G 통신 시스템의 요구를 충족시키기 위해 더 널리 사용될 것이다. 광 충실도(light fidelity), 가시광 통신, 광 카메라 통신 및 광 대역에 기초한 FSO 통신과 같은 OWC 기술은 이미 잘 알려진 기술이다. 광 무선 기술 기반의 통신은 매우 높은 데이터 속도, 낮은 지연 시간 및 안전한 통신을 제공할 수 있다. LiDAR 또한 광 대역을 기반으로 6G 통신에서 초 고해상도 3D 매핑을 위해 이용될 수 있다.
FSO 백홀 네트워크
FSO 시스템의 송신기 및 수신기 특성은 광섬유 네트워크의 특성과 유사하다. 따라서, FSO 시스템의 데이터 전송은 광섬유 시스템과 비슷하다. 따라서, FSO는 광섬유 네트워크와 함께 6G 시스템에서 백홀 연결을 제공하는 좋은 기술이 될 수 있다. FSO를 사용하면, 10,000km 이상의 거리에서도 매우 장거리 통신이 가능하다. FSO는 바다, 우주, 수중, 고립된 섬과 같은 원격 및 비원격 지역을 위한 대용량 백홀 연결을 지원한다. FSO는 셀룰러 BS 연결도 지원한다.
대규모 MIMO 기술
스펙트럼 효율을 향상시키는 핵심 기술 중 하나는 MIMO 기술을 적용하는 것이다. MIMO 기술이 향상되면 스펙트럼 효율도 향상된다. 따라서, 6G 시스템에서 대규모 MIMO 기술이 중요할 것이다. MIMO 기술은 다중 경로를 이용하기 때문에 데이터 신호가 하나 이상의 경로로 전송될 수 있도록 다중화 기술 및 THz 대역에 적합한 빔 생성 및 운영 기술도 중요하게 고려되어야 한다.
블록 체인
블록 체인은 미래의 통신 시스템에서 대량의 데이터를 관리하는 중요한 기술이 될 것이다. 블록 체인은 분산 원장 기술의 한 형태로서, 분산 원장은 수많은 노드 또는 컴퓨팅 장치에 분산되어 있는 데이터베이스이다. 각 노드는 동일한 원장 사본을 복제하고 저장한다. 블록 체인은 P2P 네트워크로 관리된다. 중앙 집중식 기관이나 서버에서 관리하지 않고 존재할 수 있다. 블록 체인의 데이터는 함께 수집되어 블록으로 구성된다. 블록은 서로 연결되고 암호화를 사용하여 보호된다. 블록 체인은 본질적으로 향상된 상호 운용성(interoperability), 보안, 개인 정보 보호, 안정성 및 확장성을 통해 대규모 IoT를 완벽하게 보완한다. 따라서, 블록 체인 기술은 장치 간 상호 운용성, 대용량 데이터 추적성, 다른 IoT 시스템의 자율적 상호 작용 및 6G 통신 시스템의 대규모 연결 안정성과 같은 여러 기능을 제공한다.
3D 네트워킹
6G 시스템은 지상 및 공중 네트워크를 통합하여 수직 확장의 사용자 통신을 지원한다. 3D BS는 저궤도 위성 및 UAV를 통해 제공될 것이다. 고도 및 관련 자유도 측면에서 새로운 차원을 추가하면 3D 연결이 기존 2D 네트워크와 상당히 다르다.
양자 커뮤니케이션
6G 네트워크의 맥락에서 네트워크의 감독되지 않은 강화 학습이 유망하다. 지도 학습 방식은 6G에서 생성된 방대한 양의 데이터에 레이블을 지정할 수 없다. 비지도 학습에는 라벨링이 필요하지 않다. 따라서, 이 기술은 복잡한 네트워크의 표현을 자율적으로 구축하는 데 사용할 수 있다. 강화 학습과 비지도 학습을 결합하면 진정한 자율적인 방식으로 네트워크를 운영할 수 있다.
무인 항공기
UAV(Unmanned Aerial Vehicle) 또는 드론은 6G 무선 통신에서 중요한 요소가 될 것이다. 대부분의 경우, UAV 기술을 사용하여 고속 데이터 무선 연결이 제공된다. BS 엔티티는 셀룰러 연결을 제공하기 위해 UAV에 설치된다. UAV는 쉬운 배치, 강력한 가시선 링크 및 이동성이 제어되는 자유도와 같은 고정 BS 인프라에서 볼 수 없는 특정 기능을 가지고 있다. 천재 지변 등의 긴급 상황 동안, 지상 통신 인프라의 배치는 경제적으로 실현 가능하지 않으며, 때로는 휘발성 환경에서 서비스를 제공할 수 없다. UAV는 이러한 상황을 쉽게 처리할 수 있다. UAV는 무선 통신 분야의 새로운 패러다임이 될 것이다. 이 기술은 eMBB, URLLC 및 mMTC 인 무선 네트워크의 세 가지 기본 요구 사항을 용이하게 한다. UAV는 또한, 네트워크 연결성 향상, 화재 감지, 재난 응급 서비스, 보안 및 감시, 오염 모니터링, 주차 모니터링, 사고 모니터링 등과 같은 여러 가지 목적을 지원할 수 있다. 따라서, UAV 기술은 6G 통신에 가장 중요한 기술 중 하나로 인식되고 있다.
셀-프리 통신(Cell-free Communication)
여러 주파수와 이기종 통신 기술의 긴밀한 통합은 6G 시스템에서 매우 중요하다. 결과적으로, 사용자는 디바이스에서 어떤 수동 구성을 만들 필요 없이 네트워크에서 다른 네트워크로 원활하게 이동할 수 있다. 사용 가능한 통신 기술에서 최상의 네트워크가 자동으로 선택된다. 이것은 무선 통신에서 셀 개념의 한계를 깨뜨릴 것이다. 현재, 하나의 셀에서 다른 셀로의 사용자 이동은 고밀도 네트워크에서 너무 많은 핸드 오버를 야기하고, 핸드 오버 실패, 핸드 오버 지연, 데이터 손실 및 핑퐁 효과를 야기한다. 6G 셀-프리 통신은 이 모든 것을 극복하고 더 나은 QoS를 제공할 것이다. 셀-프리 통신은 멀티 커넥티비티 및 멀티-티어 하이브리드 기술과 장치의 서로 다른 이기종 라디오를 통해 달성될 것이다.
무선 정보 및 에너지 전송 통합
WIET은 무선 통신 시스템과 같이 동일한 필드와 웨이브(wave)를 사용한다. 특히, 센서와 스마트폰은 통신 중 무선 전력 전송을 사용하여 충전될 것이다. WIET은 배터리 충전 무선 시스템의 수명을 연장하기 위한 유망한 기술이다. 따라서, 배터리가 없는 장치는 6G 통신에서 지원될 것이다.
센싱과 커뮤니케이션의 통합
자율 무선 네트워크는 동적으로 변화하는 환경 상태를 지속적으로 감지하고 서로 다른 노드간에 정보를 교환할 수 있는 기능이다. 6G에서, 감지는 자율 시스템을 지원하기 위해 통신과 긴밀하게 통합될 것이다.
액세스 백홀 네트워크의 통합
6G에서 액세스 네트워크의 밀도는 엄청날 것이다. 각 액세스 네트워크는 광섬유와 FSO 네트워크와 같은 백홀 연결로 연결된다. 매우 많은 수의 액세스 네트워크들에 대처하기 위해, 액세스 및 백홀 네트워크 사이에 긴밀한 통합이 있을 것이다.
홀로그램 빔 포밍
빔 포밍은 특정 방향으로 무선 신호를 전송하기 위해 안테나 배열을 조정하는 신호 처리 절차이다. 스마트 안테나 또는 진보된 안테나 시스템의 하위 집합이다. 빔 포밍 기술은 높은 호 대잡음비, 간섭 방지 및 거부, 높은 네트워크 효율과 같은 몇 가지 장점이 있다. 홀로그램 빔 포밍 (HBF)은 소프트웨어-정의된 안테나를 사용하기 때문에 MIMO 시스템과 상당히 다른 새로운 빔 포밍 방법이다. HBF는 6G에서 다중 안테나 통신 장치에서 신호의 효율적이고 유연한 전송 및 수신을 위해 매우 효과적인 접근 방식이 될 것이다.
빅 데이터 분석
빅 데이터 분석은 다양한 대규모 데이터 세트 또는 빅 데이터를 분석하기 위한 복잡한 프로세스이다. 이 프로세스는 숨겨진 데이터, 알 수 없는 상관 관계 및 고객 성향과 같은 정보를 찾아 완벽한 데이터 관리를 보장한다. 빅 데이터는 비디오, 소셜 네트워크, 이미지 및 센서와 같은 다양한 소스에서 수집된다. 이 기술은 6G 시스템에서 방대한 데이터를 처리하는 데 널리 사용된다.
Large Intelligent Surface (LIS)
THz 대역 신호의 경우 직진성이 강하여 방해물로 인한 음영 지역이 많이 생길 수 있는데, 이러한 음영 지역 근처에 LIS 설치함으로써 통신 권역을 확대하고 통신 안정성 강화 및 추가적인 부가 서비스가 가능한 LIS 기술이 중요하게 된다. LIS는 전자기 물질(electromagnetic materials)로 만들어진 인공 표면(artificial surface)이고, 들어오는 무선파와 나가는 무선파의 전파(propagation)을 변경시킬 수 있다. LIS는 massive MIMO의 확장으로 보여질 수 있으나, massive MIMO와 서로 다른 array 구조 및 동작 메커니즘이 다르다. 또한, LIS는 수동 엘리먼트(passive elements)를 가진 재구성 가능한 리플렉터(reflector)로서 동작하는 점 즉, 활성(active) RF chain을 사용하지 않고 신호를 수동적으로만 반사(reflect)하는 점에서 낮은 전력 소비를 가지는 장점이 있다. 또한, LIS의 수동적인 리플렉터 각각은 입사되는 신호의 위상 편이를 독립적으로 조절해야 하기 때문에, 무선 통신 채널에 유리할 수 있다. LIS 컨트롤러를 통해 위상 편이를 적절히 조절함으로써, 반사된 신호는 수신된 신호 전력을 부스트(boost)하기 위해 타겟 수신기에서 모여질 수 있다.
앞서 살핀 6G 통신 기술은 후술할 본 명세서에서 제안되는 방법들과 결합되어 적용될 수 있으며, 또는 본 명세서에서 제안하는 방법들의 기술적 특징을 구체화하거나 명확하게 하는데 보충될 수 있다. 한편, 본 명세서에서 제안하는 통신 서비스는 앞서 설명한 6G 통신 기술뿐만 아니라, 3G, 4G 및/또는 5G 통신 기술에 의한 통신 서비스와 결합되어 적용될 수도 있다.
도 3은 본 명세서에 적용되는 통신 시스템과 이를 통해 무선 통신을 수행하는 장치들을 예시한다. 도 3을 참조하면, 본 명세서에 적용되는 통신 시스템(1)은 무선 기기, 기지국 및 네트워크를 포함한다. 여기서, 무선 기기는 무선 접속 기술(예, 5G NR(New RAT), LTE(Long Term Evolution))을 이용하여 통신을 수행하는 기기를 의미하며, 통신/무선/5G 기기로 지칭될 수 있다. 이로 제한되는 것은 아니지만, 무선 기기는 로봇(100a), 차량(100b-1, 100b-2), XR(eXtended Reality) 기기(100c), 휴대 기기(Hand-held device)(100d), 가전(100e), IoT(Internet of Thing) 기기(100f), AI기기/서버(400)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 차량은 무선 통신 기능이 구비된 차량, 자율 주행 차량, 차량간 통신을 수행할 수 있는 차량 등을 포함할 수 있다. 여기서, 차량은 UAV(Unmanned Aerial Vehicle)(예, 드론)를 포함할 수 있다. XR 기기는 AR(Augmented Reality)/VR(Virtual Reality)/MR(Mixed Reality) 기기를 포함하며, HMD(Head-Mounted Device), 차량에 구비된 HUD(Head-Up Display), 텔레비전, 스마트폰, 컴퓨터, 웨어러블 디바이스, 가전 기기, 디지털 사이니지(signage), 차량, 로봇 등의 형태로 구현될 수 있다. 휴대 기기는 스마트폰, 스마트패드, 웨어러블 기기(예, 스마트워치, 스마트글래스), 컴퓨터(예, 노트북 등) 등을 포함할 수 있다. 가전은 TV, 냉장고, 세탁기 등을 포함할 수 있다. IoT 기기는 센서, 스마트미터 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기지국, 네트워크는 무선 기기로도 구현될 수 있으며, 특정 무선 기기(200a)는 다른 무선 기기에게 기지국/네트워크 노드로 동작할 수도 있다.
무선 기기(100a~100f)는 기지국(200)을 통해 네트워크(300)와 연결될 수 있다. 무선 기기(100a~100f)에는 AI(Artificial Intelligence) 기술이 적용될 수 있으며, 무선 기기(100a~100f)는 네트워크(300)를 통해 AI 서버(400)와 연결될 수 있다. 네트워크(300)는 3G 네트워크, 4G(예, LTE) 네트워크 또는 5G(예, NR) 네트워크 등을 이용하여 구성될 수 있다. 무선 기기(100a~100f)는 기지국(200)/네트워크(300)를 통해 서로 통신할 수도 있지만, 기지국/네트워크를 통하지 않고 직접 통신(e.g. 사이드링크 통신(sidelink communication))할 수도 있다. 예를 들어, 차량들(100b-1, 100b-2)은 직접 통신(e.g. V2V(Vehicle to Vehicle)/V2X(Vehicle to everything) communication)을 할 수 있다. 또한, IoT 기기(예, 센서)는 다른 IoT 기기(예, 센서) 또는 다른 무선 기기(100a~100f)와 직접 통신을 할 수 있다.
무선 기기(100a~100f)/기지국(200)-기지국(200)/무선 기기(100a~100f) 간에는 무선 통신/연결(150a, 150b)이 이뤄질 수 있다. 여기서, 무선 통신/연결은 상향/하향링크 통신(150a)과 사이드링크 통신(150b)(또는, D2D 통신)은 다양한 무선 접속 기술(예, 5G NR)을 통해 이뤄질 수 있다. 무선 통신/연결(150a, 150b)을 통해 무선 기기와 기지국/무선 기기는 서로 무선 신호를 송신/수신할 수 있다. 예를 들어, 무선 통신/연결(150a, 150b)은 도 A1의 전체/일부 과정에 기반하여 다양한 물리 채널을 통해 신호를 송신/수신할 수 있다. 이를 위해, 본 명세서의 다양한 제안들에 기반하여, 무선 신호의 송신/수신을 위한 다양한 구성정보 설정 과정, 다양한 신호 처리 과정(예, 채널 인코딩/디코딩, 변조/복조, 자원 매핑/디매핑 등), 자원 할당 과정 등 중 적어도 일부가 수행될 수 있다.
도 4는 본 명세서에 따라 무선 통신을 수행하는 무선 기기들의 구성을 나타낸다. 도 4를 참조하면, 제1 무선 기기(100)와 제2 무선 기기(200)는 다양한 무선 접속 기술(예, LTE, NR)을 통해 무선 신호를 송수신할 수 있다. 여기서, {제1 무선 기기(100), 제2 무선 기기(200)}은 도 19의 {무선 기기(100x), 기지국(200)} 및/또는 {무선 기기(100x), 무선 기기(100x)}에 대응할 수 있다.
제1 무선 기기(100)는 하나 이상의 프로세서(102) 및 하나 이상의 메모리(104)를 포함하며, 추가적으로 하나 이상의 송수신기(106) 및/또는 하나 이상의 안테나(108)을 더 포함할 수 있다. 프로세서(102)는 메모리(104) 및/또는 송수신기(106)를 제어하며, 앞에서 설명/제안한 기능, 절차 및/또는 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(102)는 메모리(104) 내의 정보를 처리하여 제1 정보/신호를 생성한 뒤, 송수신기(106)을 통해 제1 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 전송할 수 있다. 또한, 프로세서(102)는 송수신기(106)를 통해 제2 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 수신한 뒤, 제2 정보/신호의 신호 처리로부터 얻은 정보를 메모리(104)에 저장할 수 있다. 메모리(104)는 프로세서(102)와 연결될 수 있고, 프로세서(102)의 동작과 관련한 다양한 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리(104)는 프로세서(102)에 의해 제어되는 프로세스들 중 일부 또는 전부를 수행하거나, 앞에서 설명/제안한 절차 및/또는 방법들을 수행하기 위한 명령들을 포함하는 소프트웨어 코드를 저장할 수 있다. 여기서, 프로세서(102)와 메모리(104)는 무선 통신 기술(예, LTE, NR)을 구현하도록 설계된 통신 모뎀/회로/칩의 일부일 수 있다. 송수신기(106)는 프로세서(102)와 연결될 수 있고, 하나 이상의 안테나(108)를 통해 무선 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있다. 송수신기(106)는 송신기 및/또는 수신기를 포함할 수 있다. 송수신기(106)는 RF(Radio Frequency) 유닛과 혼용될 수 있다. 본 명세서에서 무선 기기는 통신 모뎀/회로/칩을 의미할 수도 있다.
제2 무선 기기(200)는 하나 이상의 프로세서(202), 하나 이상의 메모리(204)를 포함하며, 추가적으로 하나 이상의 송수신기(206) 및/또는 하나 이상의 안테나(208)를 더 포함할 수 있다. 프로세서(202)는 메모리(204) 및/또는 송수신기(206)를 제어하며, 앞에서 설명/제안한 기능, 절차 및/또는 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(202)는 메모리(204) 내의 정보를 처리하여 제3 정보/신호를 생성한 뒤, 송수신기(206)를 통해 제3 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 전송할 수 있다. 또한, 프로세서(202)는 송수신기(206)를 통해 제4 정보/신호를 포함하는 무선 신호를 수신한 뒤, 제4 정보/신호의 신호 처리로부터 얻은 정보를 메모리(204)에 저장할 수 있다. 메모리(204)는 프로세서(202)와 연결될 수 있고, 프로세서(202)의 동작과 관련한 다양한 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리(204)는 프로세서(202)에 의해 제어되는 프로세스들 중 일부 또는 전부를 수행하거나, 앞에서 설명/제안한 절차 및/또는 방법들을 수행하기 위한 명령들을 포함하는 소프트웨어 코드를 저장할 수 있다. 여기서, 프로세서(202)와 메모리(204)는 무선 통신 기술(예, LTE, NR)을 구현하도록 설계된 통신 모뎀/회로/칩의 일부일 수 있다. 송수신기(206)는 프로세서(202)와 연결될 수 있고, 하나 이상의 안테나(208)를 통해 무선 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있다. 송수신기(206)는 송신기 및/또는 수신기를 포함할 수 있다 송수신기(206)는 RF 유닛과 혼용될 수 있다. 본 명세서에서 무선 기기는 통신 모뎀/회로/칩을 의미할 수도 있다.
이하, 무선 기기(100, 200)의 하드웨어 요소에 대해 보다 구체적으로 설명한다. 이로 제한되는 것은 아니지만, 하나 이상의 프로토콜 계층이 하나 이상의 프로세서(102, 202)에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 하나 이상의 계층(예, PHY, MAC, RLC, PDCP, RRC, SDAP와 같은 기능적 계층)을 구현할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 본 문서에 개시된 기능, 절차, 제안 및/또는 방법에 따라 하나 이상의 PDU(Protocol Data Unit) 및/또는 하나 이상의 SDU(Service Data Unit)를 생성할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 본 문서에 개시된 기능, 절차, 제안 및/또는 방법에 따라 메시지, 제어정보, 데이터 또는 정보를 생성할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 본 문서에 개시된 기능, 절차, 제안 및/또는 방법에 따라 PDU, SDU, 메시지, 제어정보, 데이터 또는 정보를 포함하는 신호(예, 베이스밴드 신호)를 생성하여, 하나 이상의 송수신기(106, 206)에게 제공할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 하나 이상의 송수신기(106, 206)로부터 신호(예, 베이스밴드 신호)를 수신할 수 있고, 본 문서에 개시된 기능, 절차, 제안 및/또는 방법에 따라 PDU, SDU, 메시지, 제어정보, 데이터 또는 정보를 획득할 수 있다.
하나 이상의 프로세서(102, 202)는 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 또는 마이크로 컴퓨터로 지칭될 수 있다. 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 조합에 의해 구현될 수 있다. 일 예로, 하나 이상의 ASIC(Application Specific Integrated Circuit), 하나 이상의 DSP(Digital Signal Processor), 하나 이상의 DSPD(Digital Signal Processing Device), 하나 이상의 PLD(Programmable Logic Device) 또는 하나 이상의 FPGA(Field Programmable Gate Arrays)가 하나 이상의 프로세서(102, 202)에 포함될 수 있다. 본 문서에 개시된 기능, 절차, 제안 및/또는 방법들은 펌웨어 또는 소프트웨어를 사용하여 구현될 수 있고, 펌웨어 또는 소프트웨어는 모듈, 절차, 기능 등을 포함하도록 구현될 수 있다. 본 문서에 개시된 기능, 절차, 제안 및/또는 방법을 수행하도록 설정된 펌웨어 또는 소프트웨어는 하나 이상의 프로세서(102, 202)에 포함되거나, 하나 이상의 메모리(104, 204)에 저장되어 하나 이상의 프로세서(102, 202)에 의해 구동될 수 있다. 본 문서에 개시된 기능, 절차, 제안 및 또는 방법들은 코드, 명령어 및/또는 명령어의 집합 형태로 펌웨어 또는 소프트웨어를 사용하여 구현될 수 있다.
하나 이상의 메모리(104, 204)는 하나 이상의 프로세서(102, 202)와 연결될 수 있고, 다양한 형태의 데이터, 신호, 메시지, 정보, 프로그램, 코드, 지시 및/또는 명령을 저장할 수 있다. 하나 이상의 메모리(104, 204)는 ROM, RAM, EPROM, 플래시 메모리, 하드 드라이브, 레지스터, 캐쉬 메모리, 컴퓨터 판독 저장 매체 및/또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다. 하나 이상의 메모리(104, 204)는 하나 이상의 프로세서(102, 202)의 내부 및/또는 외부에 위치할 수 있다. 또한, 하나 이상의 메모리(104, 204)는 유선 또는 무선 연결과 같은 다양한 기술을 통해 하나 이상의 프로세서(102, 202)와 연결될 수 있다.
하나 이상의 송수신기(106, 206)는 하나 이상의 다른 장치에게 본 문서의 방법들 및/또는 동작 순서도 등에서 언급되는 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 전송할 수 있다. 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 하나 이상의 다른 장치로부터 본 문서에 개시된 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도 등에서 언급되는 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 수신할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 하나 이상의 프로세서(102, 202)와 연결될 수 있고, 무선 신호를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 하나 이상의 송수신기(106, 206)가 하나 이상의 다른 장치에게 사용자 데이터, 제어 정보 또는 무선 신호를 전송하도록 제어할 수 있다. 또한, 하나 이상의 프로세서(102, 202)는 하나 이상의 송수신기(106, 206)가 하나 이상의 다른 장치로부터 사용자 데이터, 제어 정보 또는 무선 신호를 수신하도록 제어할 수 있다. 또한, 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 하나 이상의 안테나(108, 208)와 연결될 수 있고, 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 하나 이상의 안테나(108, 208)를 통해 본 문서에 개시된 기능, 절차, 제안, 방법 및/또는 동작 순서도 등에서 언급되는 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 송수신하도록 설정될 수 있다. 본 문서에서, 하나 이상의 안테나는 복수의 물리 안테나이거나, 복수의 논리 안테나(예, 안테나 포트)일 수 있다. 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 수신된 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 하나 이상의 프로세서(102, 202)를 이용하여 처리하기 위해, 수신된 무선 신호/채널 등을 RF 밴드 신호에서 베이스밴드 신호로 변환(Convert)할 수 있다. 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 하나 이상의 프로세서(102, 202)를 이용하여 처리된 사용자 데이터, 제어 정보, 무선 신호/채널 등을 베이스밴드 신호에서 RF 밴드 신호로 변환할 수 있다. 이를 위하여, 하나 이상의 송수신기(106, 206)는 (아날로그) 오실레이터 및/또는 필터를 포함할 수 있다.
이와 관련하여, 6G 무선 통신 서비스는 이동 단말 또는 영상표시기기와 같은 전자 기기에만 적용되는 것은 아니다. 6G 무선 통신 서비스는 완전 자율 주행 차량, 인공지능(AI) 로봇, 증강/가상현실(AR/VR) 기반 메타버스를 지원하는 전자 기기에 적용될 수 있다.
이하에서는, 본 명세서에 따른 밀리미터파 또는 테라 헤르츠 대역에서 동작 가능한 배열 안테나를 구비하는 전자 기기에 대해 설명하기로 한다. 이와 관련하여, 도 5는 일 실시 예에 따른 복수의 안테나 모듈과 송수신부 회로 모듈이 배치되는 전자 기기를 나타낸다. 도 5를 참조하면, 복수의 안테나 모듈과 다수의 송수신부 회로 모듈이 배치되는 전자 기기는 영상표시장치일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 명세서에서 다수의 안테나 모듈과 다수의 송수신부 회로 모듈이 배치되는 전자 기기는 밀리미터파 또는 테라 헤르츠 대역에서 통신 서비스를 지원하는 임의의 전자 기기 또는 차량 등을 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 전자 기기(1000)는 복수의 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4), 및 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)과 복수의 송수신부 회로 모듈들(transceiver circuit modules, 1210a 내지 1210d)를 포함한다. 이와 관련하여, 복수의 송수신부 회로 모듈들(1210a 내지 1210d)은 전술한 송수신부 회로(1250)에 해당할 수 있다. 또는, 복수의 송수신부 회로 모듈들(1210a 내지 1210d)은 송수신부 회로(1250)의 일부 구성 또는 안테나 모듈과 송수신부 회로(1250) 사이에 배치되는 프론트 엔드 모듈의 일부 구성일 수 있다.
복수의 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)은 복수의 안테나 소자들이 배치된 배열 안테나로 구성될 수 있다. 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)의 소자 개수는 도시된 바와 같이 2개, 3개, 4개 등에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)의 소자 개수는 2개, 4개, 8개, 16개 등으로 확장 가능하다. 또한, 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)의 소자는 동일한 개수 또는 상이한 개수로 선택될 수 있다. 복수의 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)은 디스플레이의 서로 다른 영역 또는 전자 기기의 하부 또는 측면에 배치될 수 있다. 복수의 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)이 디스플레이의 상부, 좌측, 하부 및 우측에 배치될 수 있지만, 이러한 배치 구조에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 복수의 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)이 디스플레이의 좌측 상부, 우측 상부, 좌측 하부 및 우측 하부에 배치될 수도 있다.
안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)은 임의의 주파수 대역에서 신호를 특정 방향으로 송신 및 수신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)은 28GHz 대역, 39GHz 대역, 64GHz 대역 또는 100GHz 이상의 대역 중 어느 하나의 대역에서 동작할 수 있다.
전자 기기는 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4) 중 둘 이상의 모듈을 통해 서로 다른 엔티티와 연결 상태를 유지하거나 이를 위한 데이터 송신 또는 수신 동작을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 디스플레이 장치에 해당하는 전자 기기는 제1 안테나 모듈(ANT1)을 통해 제1 엔티티와 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다. 또한, 전자 기기는 제2 안테나 모듈(ANT2)을 통해 제2 엔티티와 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다. 일 예로, 전자 기기는 제1 안테나 모듈(ANT1)을 통해 이동 단말(mobile terminal, UE)과 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다. 전자 기기는 제2 안테나 모듈(ANT2)을 통해 셋톱 박스 또는 AP (Access Point)와 같은 제어 장치와 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다.
다른 안테나 모듈들, 예컨대 제3 안테나 모듈(ANT3) 및 제4 안테나 모듈(ANT4)을 통해 다른 엔티티와 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다. 다른 예로, 제3 안테나 모듈(ANT3) 및 제4 안테나 모듈(ANT4)을 통해 이전에 연결된 제1 및 제2 엔티티 중 적어도 하나를 통해 이중 연결 또는 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.
이동 단말(UE1, UE2)이 전자 기기의 전면 영역에 배치되고, 이동 단말(UE1, UE2)은 제1 안테나 모듈(ANT1)과 통신하도록 구성될 수 있다. 한편, 셋톱 박스(STB) 또는 AP가 전자 기기의 하부 영역에 배치되고, 셋톱 박스(STB) 또는 AP가 제2 안테나 모듈(ANT2)과 통신하도록 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 한다. 다른 예로, 제2 안테나 모듈(ANT2)이 하부 영역으로 방사하는 제1 안테나와 전면 영역으로 방사하는 제2 안테나를 모두 구비할 수 있다. 따라서, 제2 안테나 모듈(ANT2)은 제1 안테나를 통해 셋톱 박스(STB) 또는 AP와 통신을 수행하고, 제2 안테나를 통해 이동 단말(UE1, UE2) 중 어느 하나와 통신을 수행할 수 있다.
한편, 이동 단말(UE1, UE2) 중 어느 하나는 전자 기기와 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 구성될 수 있다. 일 예로, UE1은 전자 기기와 빔포밍을 수행하면서 MIMO를 수행하도록 구성될 수 있다. 전술한 바와 같이 영상표시장치에 해당하는 전자 기기는 다른 전자 기기 또는 셋톱 박스와 WiFi 무선 인터페이스를 통해 고속 통신을 수행할 수 있다. 일 예로, 전자 기기는 다른 전자 기기 또는 셋톱 박스와 6G 무선 인터페이스를 통해 100GHz 이상의 대역에서 고속 통신을 수행할 수 있다.
한편, 송수신부 회로 모듈들(1210a 내지 1210d)은 RF 주파수 대역에서 송신 신호 및 수신 신호를 처리하도록 동작 가능하다. 여기서, RF 주파수 대역은 전술한 바와 같이 28GHz 대역, 39GHz 대역, 64GHz 대역 또는 100GHz 이상의 대역 중 어느 하나의 대역의 임의의 주파수 대역일 수 있다. 한편, 송수신부 회로 모듈들(1210a 내지 1210d)은 RF SUB-MODULE (1210a 내지 1210d)로 지칭될 수 있다. 이때, RF SUB-MODULE (1210a 내지 1210d)의 개수는 4개에 한정되는 것은 아니고, 응용에 따라 2개 이상의 임의의 개수로 변경 가능하다. 기저대역 프로세서(1400)가 송수신부 회로 모듈들(1210a 내지 1210d)을 제어하도록 구성될 수 있다.
도 6a는 본 명세서에 따른 테라 헤르츠 대역 통신과 관련하여 배열 안테나 모듈이 배치되는 다층 회로 기판과 RFIC가 연결된 구성을 나타낸다. 도 5a(a)를 참조하면, 안테나 모듈은 mmWave 대역 또는 THz 대역 통신을 위하며, RFIC - PCB -안테나 통합형으로 구성된다. 이와 관련하여, 배열 안테나 모듈(1100-1)은 도 6a(a)와 도시된 바와 같이, 다층 기판(multi-layer PCB)과 일체로 구성될 수 있다. 다층 기판(multi-layer)의 일 측 영역에 배열 안테나 모듈(1100-1)이 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 다층 기판의 일 측 영역에 배치되는 배열 안테나 모듈(1100-1)을 이용하여 다층 기판의 측면 영역으로 제1 빔(B1)을 형성할 수 있다. 도 5a(b)를 참조하면, 배열 안테나 모듈(1100-2)은 다층 기판 상에 배치될 수 있다. 배열 안테나 모듈(1100-2)을 이용하여 다층 기판의 전면 영역으로 제2 빔(B2)을 형성할 수 있다.
도 6a(a)의 제1 배열 안테나(1100-1)를 다층 기판의 측면 영역에 배치하고, 도 6a(b)의 제2 배열 안테나(1100-2)를 다층 기판의 측면 영역에 배치할 수 있다. 이에 따라, 제1 배열 안테나(1100-1)를 통해 제1 빔(B1)을 생성하고, 제2 배열 안테나(1100-2)를 통해 제2 빔(B2)을 생성할 수 있다.
제1 배열 안테나(1100-1)와 제2 배열 안테나(1100-2)는 동일 편파를 갖도록 구성될 수 있다. 또는, 제1 배열 안테나(1100-1)와 제2 배열 안테나(1100-2)는 직교 편파를 갖도록 구성될 수 있다. 동작할 수도 있다. 이와 관련하여, 제1 배열 안테나(1100-1)는 수직 편파 안테나로 동작하고, 수평 편파 안테나로 동작할 수도 있다.
한편, 배열 안테나가 내부에 배치되는 다층 기판은 메인 기판과 일체로 형성되거나 또는 메인 기판과 커넥터에 의해 모듈형으로 결합되도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 6b는 실시 예들에 따른 다층 기판과 메인 기판의 결합 구조를 나타낸 것이다. 도 6b(a)를 참조하면, 다층 기판(1010)에 RFIC(1250)와 모뎀(1400)이 일체로 형성된 구조를 나타낸다. 모뎀(1400)은 기저대역 프로세서(1400)로 지칭될 수 있다. 이에 따라 다층 기판(1010)은 메인 기판과 일체로 형성된다. 이러한 일체형 구조는 전자 기기에 하나의 배열 안테나 모듈만 배치되는 구조에 적용될 수 있다.
반면에, 다층 기판(1010)과 메인 기판(10120)은 커넥터에 의해 모듈형으로 결합되도록 구성될 수 있다. 도 5b(b)를 참조하면, 이와 관련하여, 다층 기판(1010)은 커넥터를 통해 메인 기판(1020)과 인터페이스 되도록 구성될 수 있다. 경우, 다층 기판(1010)에 RFIC(1250)가 배치되고, 메인 기판(1020)에 모뎀(1400)이 배치될 수 있다. 이에 따라 다층 기판(1010)은 메인 기판(1020)과 별도의 기판으로 형성되고, 커넥터를 통해 결합되도록 구성될 수 있다.
이러한 모듈형 구조는 전자 기기에 복수의 배열 안테나 모듈이 배치되는 구조에 적용될 수 있다. 도 6b(b)를 참조하면, 다층 기판(1010)과 제2 다층 기판(1020)이 메인 기판(1020)과 커넥터 연결을 통해 인터페이스 되도록 구성될 수 있다. 메인 기판(1020)에 배치된 모뎀(1400)은 다층 기판(1010)과 제2 다층 기판(1020)에 배치된 RFIC(1250, 1250b)과 전기적으로 결합되도록 구성된다.
이하, 6G 무선 통신을 수행하는 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기에 대해 설명한다. 구체적으로, 본 명세서에 따른 마이크로스트립-도파관 전이 구조를 구비하는 안테나 모듈에 대해 설명한다. 마이크로스트립-도파관 전이 구조를 구비하는 안테나 모듈은 테라 헤르츠 기반의 통신을 수행하는 전자 기기 내에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 7a는 100GHz 이상의 테라 헤르츠 기반의 무선 통신을 수행하는 통신 모듈의 블록도를 나타낸다. 한편, 도 7b는 도 7a의 테라 헤르츠 기반의 무선 통신을 수행하는 통신 모듈에서 마이크로스트립-도파관 전이 구조의 측면도를 나타낸다.
도 7a를 참조하면, 로컬 오실레이터(LO)는 약 100GHz의 주파수 대역의 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 로컬 오실레이터(LO)에서 출력된 신호는 특정 배수, 예컨대 3배의 주파수로 주파수 변환될 수 있다. 주파수 변환된 신호는 중간 전력 증폭기(mid power amplifier)에 의해 증폭될 수 있다. 중간 주파수(Inter-mediate frequency) 대역의 신호들은 90도의 위상 차를 갖는 동위상 신호(in-phase signal, IF-I)과 직교 위상 신호(quadrature phase signal, IF-Q)로 구성될 수 있다. 중간 주파수 대역의 신호들은 주파수 변환된 신호와 결합되어 RF 신호로 변환될 수 있다. 테라 헤르츠 기반의 무선 통신을 수행하는 통신 모듈의 RF 신호는 약 300GHz의 주파수 대역의 신호일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 관련하여, 본 명세서에서는 약 160GHz의 주파수 대역의 RF 신호를 사용할 수 있다.
테라 헤르츠 기반의 통신에서 동작 주파수가 높아짐에 따라 기판의 손실은 점점 증가하기 때문에 고출력 및 저 손실 특성을 필요로 하는 RF 통신 모듈 설계에서는 도파관(waveguide) 타입의 안테나를 사용할 수 있다. 이에 따라, RF 통신 모듈을 안테나 모듈로 지칭할 수 있다. 도 7b를 참조하면, 안테나 모듈(1100)은 RF 회로에 해당하는 송수신부 회로(1250)와 유전체 기판(1010a)이 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 송수신부 회로(1250)는 MMIC (Monolithic Microwave Integrated Chip) 형태로 구현될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 송수신부 회로(1250)는 유전체 기판(1010a)과 별도의 유전체 기판인 PCB 기판(1010c)에 배치될 수 있다. 이에 따라, PCB 기판(1010c)에 구현된 송수신 회로(1250)의 신호를 변환하여 도파관(waveguide)(1110)으로 전달하기 위한 신호 전이 구조(transition structure)의 설계가 필요하다. 송수신부 회로(1250)를 포함한 안테나 모듈(1100)은 유전체 몰드(1010d) 형태로 패키징(packaging)되게 구성될 수 있다.
본 명세서에는 메타물질 기반의 인공 자기 도체(artificial magnetic conductor, AMC)를 이용하여 신호 변환 효율을 개선할 수 있는 마이크로스트립-도파관 전이구조를 제안하고자 한다. 본 명세서에 따른 마이크로스트립-도파관 전이 구조는 캐비티 구조의 전이 구조와 같이 넓은 설계 공간을 필요로 하지 않는다는 장점이 있다. 캐비티 구조의 전이 구조는 도파관(1110)의 종단 부(termination portion)(1140)가 λ/4 만큼 연장되도록 신호 변환부(1130)가 설계된다. 이에 따라, 수직 방향으로 높이가 증가하게 된다.
따라서, 본 명세서에 따른 마이크로스트립-도파관 전이 구조는 메타물질 기반의 인공 자기 도체를 별도의 제2 유전체 기판(1010b)에 적용할 수 있다. 이에 따라, 도파관(1110)의 종단 부(1140)가 λ/4 만큼 연장되도록 신호 변환부(1130) 및 종단 부(1140)를 구비할 필요가 없다. 따라서, 본 명세서에 따른 마이크로스트립-도파관 전이 구조는 설계 공간을 크게 감소시킬 수 있다. 또한, 메타물질 기반의 인공 자기 도체의 부착이 용이하며, 인공 자기 도체 없이 신호 변환부(1130)를 구비한 경우보다 더 우수한 신호 변환효율을 갖는다.
한편, 도 8a 및 도 8b는 마이크로스트립-도파관 전이 구조를 구비하는 안테나 모듈의 적층 구조를 나타낸다. 도 8a는 수직 방향으로 신호 변환부(1130)가 적용된 전이 구조를 나타낸다. 도 8b는 신호 변환부 없이 인공 자기 도체(artificial magnetic conductor, AMC)가 적용된 전이 구조를 나타낸다. 이와 관련하여, 도 9a 및 도 9b는 도 8a 및 도 8b의 마이크로스트립-도파관 전이 구조의 측면 사시도와 내부 전계 분포를 나타낸다.
도 8a를 참조하면, 안테나 모듈(1100a)은 도파관(1110), 전송 선로(1120), 신호 변환부(1130) 및 종단 부(termination portion)(1140)를 포함하도록 구성될 수 있다. 신호 변환부(1130) 및 종단 부(1140)는 금속 재질로 형성될 수 있다. 도파관(1110)의 상부 영역의 유전체 기판(1010a)에 전송 선로(1120)가 형성될 수 있다. 도파관(1110)과 유전체 기판(1010a) 사이에 그라운드 패턴(1160g)이 형성될 수 있다. 유전체 기판(1010a)의 전면과 배면에 각각 전송 선로(1120)와 그라운드 패턴(1160g)이 형성될 수 있다.
전송 선로(1120)의 신호 패턴(1120f)을 따라 전달되는 RF 신호가 도파관(1110) 내부의 개구 영역(open area, OA)으로 전달될 수 있다. 이를 위해, 전송 선로(1120)의 상부 영역에 수직 방향으로 신호 변환부(1130)가 형성될 수 있다. 신호 변환부(1130)는 수직 방향으로 λ/4의 높이로 형성될 수 있다. 전송 선로(1120)의 개구 영역(OA)에 대응되도록 신호 변환부(1130)의 개구 영역이 형성될 수 있다. 도파관(1110)의 개구 영역(OA)에 대응되게 전송 선로(1120)에 개구 영역(OA2)이 형성될 수 있다. 도파관(1110)의 개구 영역(OA)에 대응되게 그라운드 패턴(1160g)에 개구 영역(OA3)이 형성될 수 있다.
도 8a 및 도 9a를 참조하면, 마이크로스트립-도파관 전이 구조 설계 시 마이크로스트립 라인 형태의 전송 선로(1120)를 도파관(1110)의 종단 부(1140)로부터 λ/4 만큼 이격되게 배치할 수 있다. 이에 따라, 최대 전류가 전송 선로(1120)에 유도될 수 있도록 전이 구조가 설계될 수 있다. 따라서, 마이크로스트립 라인 형태의 전송 선로(1120)를 통해 전달되는 RF 신호가 도파관(1110)의 내부를 통해 전달될 수 있다. 이와 관련하여, 전송 선로(1120)를 통해 형성되는 전계는 수직 방향으로 형성되고 도파관(1110) 내부의 전계는 수평하게 형성될 수 있다. 전송 선로(1120)에서의 수직 방향의 전계는 신호 변환부(1130)를 통해 수직 방향 성분과 수평 방향 성분으로 분해될 수 있다. 따라서, 신호 변환부(1130)와 결합되는 도파관(1110)에서 전계는 수평 방향으로 형성될 수 있다.
신호 변환부(1130)의 높이를 λ/4가 되도록 설계되어 도파관(1110)을 통해 전달되는 신호와 종단 부(1140)에서 반사된 신호가 전송 선로(1120)에서 동위상 특성을 갖는다. 이와 관련하여, 특정 높이만큼 도파관(1110)을 연장하기 위한 추가적인 설계 공간이 소요된다. 또한, 도파관(1110)을 연장하여 신호 변환부(1130)를 형성하기 위해 절삭 및 밀링 등의 공정이 필요하기 때문에 제작이 복잡하게 된다.
도 7b, 도 8b 및 도 9b를 참조하여, 본 명세서에 따른 인공 자기 도체(AMC)가 적용된 마이크로스트립-도파관 전이 구조를 구비하는 안테나 모듈에 대해 설명한다. 안테나 모듈(1100)은 도파관(1110) 및 송수신부 회로(1250)를 포함하도록 구성될 수 있다. 안테나 모듈(1100)은 특정 주파수 대역의 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 안테나 모듈(1100)은 28GHz 이상의 주파수 대역의 신호, 즉 mmWave 대역의 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 안테나 모듈(1100)은 100GHz 이상 또는 140GHz 이상의 주파수 대역의 신호, 즉 6G 주파수 대역의 신호를 방사하도록 구성될 수 있다.
송수신부 회로(1250)는 안테나 모듈(1100)과 동작 가능하게 결합될 수 있다. 송수신부 회로(1250)는 특정 주파수 대역의 신호를 안테나 모듈(1100)로 전달하도록 구성될 수 있다. 안테나 모듈(1100)은 도파관(waveguide)(1110), 전송 선로(transmission line)(1120) 및 도전 표면(conductive surface)(1150)을 포함하도록 구성될 수 있다. 안테나 모듈(1100)은 제1 유전체 기판(1010a) 및 제2 유전체 기판(1010b)을 더 포함하도록 구성될 수 있다.
도파관(1110)은 특정 주파수 대역의 신호가 전달되도록 길이 방향으로 일 단부에 개구 영역(open area)(OA)을 갖도록 구성될 수 있다. 도파관(1110)은 특정 주파수 대역의 신호가 방사되도록 길이 방향으로 타 단부에 방사 영역(radiation region)(RR)이 형성될 수 있다. 방사 영역(RR)의 면적은 개구 영역(OA)의 면적과 동일하거나 또는 소정 값 이상의 안테나 이득을 갖도록 개구 영역(OA)의 면적보다 더 크게 형성될 수 있다.
제1 유전체 기판(1010a)의 일 면에 전송 선로(1120)가 형성될 수 있다. 전송 선로(1120)는 신호 패턴(1120f), 제1 그라운드 패턴(1120g) 및 제2 개구 영역(OA2)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 유전체 기판(1010a)의 상부 영역에 배치되는 제2 유전체 기판(1010b)의 일 면에 제2 그라운드 패턴(1150g)이 형성될 수 있다. 제1 유전체 기판(1010a)의 타 면에 제3 그라운드 패턴(1160g)이 형성될 수 있다. 제1 유전체 기판(1010a)과 제2 유전체 기판(1010b)는 접착 표면(1120b)에 의해 부착될 수 있다. 접착 표면(1120b)의 두께는 소정 두께 이하, 예컨대 5um 이하로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 유전체 기판(1010a)의 일 면 및 타 면에 형성된 제1 그라운드 패턴(1120g)과 제3 그라운드 패턴(1160g)은 복수의 비아들(vias)에 연결될 수 있다. 은 복수의 비아들은 신호 패턴(1120f)의 경계와 제2 개구 영역(OA2)의 경계에서 일정 간격 이격되어 배치되고 제2 비아 구조(1160v)를 구성한다.
도전 표면(1150)은 복수의 도전 패턴들(1150c)이 일 축 방향 및 타 축 방향으로 배치될 수 있다. 복수의 도전 패턴들이 일 축 방향 및 타 축 방향으로 배치된 도전 표면(1150)은 인공 자기 도전체(artificial magnetic conductor, AMC)로 지칭될 수 있다.
도전 표면(1150)은 특정 주파수 대역에서 임계치 이상의 임피던스로 구현될 수 있다. 도전 표면(1150)의 상부 영역으로 특정 주파수 대역의 신호가 방사되지 않도록 특정 주파수 대역에서 임계치 이상의 임피던스로 구현될 수 있다. 전송 선로(1120)의 상부 영역에 도전 표면(1150)이 배치되어, 전송 선로(1120)를 통해 전달되는 특정 주파수 대역의 신호가 상부 영역으로 전달되지 않고 하부 영역으로 전달될 수 있다. 따라서, 전송 선로(1120)를 통해 전달되는 특정 주파수 대역의 신호는 전송 선로(1120)의 하부 영역인 도파관(1110)의 내부로 전달되고 방사 영역(RR)을 통해 방사될 수 있다.
이와 관련하여, 마이크로스트립 라인 형태의 전송 선로(1120)를 통해 수직 방향의 전계가 형성될 수 있다. 인공 자기 도체(AMC) 형태의 도전 표면(1150)은 완전 자기 도체(perfect magnetic conductor, PMC)로 구성될 수 있다. 도전 표면(1150)에서 반사되는 신호의 위상은 입사되는 신호의 위상과 동위상으로 형성된다. 이에 따라, 소정 높이를 갖는 신호 변환부 없이도 인공 자기 도체(AMC) 형태의 도전 표면(1150)에 의해 전송 선로(1120)를 통해 전달되는 신호를 도파관(1110) 내부로 손실 없이 전달할 수 있다.
따라서, 본 명세서에서는 인공 자기 도체(AMC)와 같은 메타물질을 이용한 초박형 마이크로스트립-도파관 전이구조를 제안하고자 한다. 도전 표면(1150)과 마이크로스트립 라인 형태의 전송 선로(1120)는 이론상으로 0의 간격으로 최대 전류를 도파관(1110) 내부로 전달할 수 있다. 본 명세서에서는 도전 표면(1150)의 도체와 도파관(1110)의 도체에 의한 단락(Short)를 방지하기 위해 소정 두께의 접착 면(1120)이 배치될 수 있다. 접착 면(1120)은 제1 유전체 기판(1010a) 상의 전송 선로(1120)와 제2 유전체 기판(1010b) 상의 도전 표면(1150) 사이에 배치될 수 있다. 접착 면(1120)은 약 50μm를 기준으로 소정 범위 내의 두께의 접착제로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 접착 면(1120)은 도파관(1110)의 개구 영역(OA) 및 전송 선로(1120)와 도전 표면(1150) 사이에 삽입된다.
이에 따라, 접착 면(1120)은 도파관(1110)과 도전 표면(1150)을 부착시키면서 동시에 마이크로스트립-도파관 전이 구조의 설계 공간을 최소화할 수 있다. 또한, λ/4 캐비티 전이구조와 달리 연장된 도파관에 대한 추가적인 경로 손실 및 신호 반사에 의한 손실이 없기 때문에 더 높은 신호 전달 효율을 얻을 수 있다. 예를 들어, 신호 변환부를 구비하는 캐비티 전이구조는 160GHz에서 약 0.63B의 신호 손실 값을 갖는다. 반면에, 도전 표면(1150)을 구비하는 전이 구조는 160GHz에서 약 0.3dB의 신호 손실 값을 가져, 약 0.33dB의 신호 변환 효율이 개선된다.
전송 선로(1120)가 형성된 제1 유전체 기판(1010a)은 도파관(1110)의 개구 영역(OA)에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 10은 전송 선로와 인공 자기 도체로 구현된 도전 표면이 중첩된 구조를 나타낸다. 도 10을 참조하면, 제1 유전체 기판(1010a)의 일 면에 전송 선로(1120)가 형성될 수 있다. 제2 유전체 기판(1010b)은 제1 유전체 기판(1010a)의 상부 영역에 배치될 수 있다. 제2 유전체 기판(1010b)은 제1 유전체 기판(1010a)과 적층(stack)되도록 배치될 수 있다. 제2 유전체 기판(1010b)은 제1 유전체 기판(1010a)과 수직 방향으로 중첩(overlap)되도록 배치될 수 있다. 제2 유전체 기판(1010b)에 마이크로스트립-도파관 전이구조를 구성하는 인공 자기 도체(AMC) 형태의 도전 표면(1150)이 형성될 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 마이크로스트립-도파관 전이구조를 구성하는 인공 자기 도체(AMC) 형태의 도전 표면(1150)은 단위 셀 구조가 수평 방향 및 수직 방향으로 복수 개 배치된 구조로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 10a는 도 8b의 인공 자기 도체 형태의 도전 표면의 단위 셀 구조가 수평 방향 및 수직 방향으로 배치된 구조를 나타낸다.
도 10b는 도 8b의 인공 자기 도체 형태의 도전 표면의 타 면 및 측면에서의 구조를 나타낸다. 구체적으로, 도 10b(a)는 도 8의 도전 표면(1150)의 일 면, 상부 영역에 그라운드 패턴이 배치된 구조이다. 도 10b(b)는 도 8b의 도전 표면(1150)의 복수의 도전 패턴들과 그라운드 패턴이 수직 비아에 의해 연결된 구조를 측면에서 나타낸 것이다.
도 8b, 도 10a 및 도 10b를 참조하면, 제2 유전체 기판(1010b)의 일 면에 제2 그라운드 패턴(1150g)이 형성될 수 있다. 도전 표면(1150)은 제2 유전체 기판(1010b)의 타 면에 복수의 도전 패턴들(1150c)이 일 축 방향 및 타 축 방향으로 배치될 수 있다. 복수의 도전 패턴들(1150c)을 구성하는 단위 셀 구조는 RF 주파수 대역에서 소정 길이 및 소정 너비 이하로 형성될 수 있다. 일 예로, 단위 셀 구조는 160GHz에서 400um x 400um를 기준으로 소정 범위 내에서 형성될 수 있다. 단위 셀 구조의 도전 패턴의 길이 및 너비는 380um x 380um를 기준으로 소정 범위 내에서 형성될 수 있다.
안테나 모듈(1100)은 비아 구조(1150v)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 비아 구조(1150v)는 도전 표면(1150)의 복수의 도전 패턴들(1150c)과 제2 그라운드 패턴(1150g)을 수직하게 연결하도록 구성될 수 있다. 도전 표면(1150)이 배치된 영역의 일 축 방향의 제1 길이는 개구 영역(OA)의 일 축 방향의 제2 길이의 2배 이상으로 형성될 수 있다. 도전 표면(1150)이 배치된 영역의 타 축 방향의 제1 너비는 개구 영역(OA)의 타 축 방향의 제2 너비의 2배 이상으로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 도전 표면(1150)이 배치된 영역의 일 축 방향은 도파관(1110) 내부의 전계 방향과 일치하는 E-평면 방향일 수 있다. 도전 표면(1150)이 배치된 영역의 타 축 방향은 도파관(1110) 내부의 전계 방향과 수직한 H-평면 방향일 수 있다.
도 7b, 도 8b, 도 9b 내지 도 10b를 참조하면, 복수의 도전 패턴들(1150c)로 구성된 인공 자기 도체(AMC)는 복수의 단위 격자들로 구성될 수 있다. 인공 자기 도체(AMC)는 복수의 슬롯 패턴들로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 11a는 도전 평면을 구성하는 복수의 단위 셀 구조가 기판에 형성된 측면 사시도를 나타낸다. 도 11b는 도 11a의 도 11a의 복수의 단위 셀 구조가 도파관의 개구 영역의 상부에 배치된 구조를 나타낸다.
도 10b 및 도 11a를 참조하면, 제2유전체 기판(1010b)의 일 면에 제2 그라운드 패턴(1150g)이 형성될 수 있다. 제2유전체 기판(1010b)의 타 면에 인공 자기 도체(AMC) 형태의 복수의 도전 패턴(1150c)이 형성될 수 있다. 제2유전체 기판(1010b)은 소정 길이, 너비 및 소정 두께(h)로 형성될 수 있다.
도 10a 내지 도 11b를 참조하면, 도전 표면(1150)이 배치된 영역의 일 축 방향의 제1 길이는 개구 영역(OA)의 일 축 방향의 제2 길이의 2배 이상으로 형성될 수 있다. 도전 표면(1150)이 배치된 영역의 타 축 방향의 제1 너비는 개구 영역(OA)의 타 축 방향의 제2 너비의 2배 이상으로 형성될 수 있다. 이를 위해, 도전 표면(1150)은 일 축 방향인 수평 방향으로 M 개 이상 및 타 축 방향인 수직 방향으로 N 개 이상의 도전 패턴의 단위 셀 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도전 표면(1150)은 수평 및 수직 방향으로 각각 9개 및 7개의 단위 셀 구조로 형성될 수 있다. 도전 패턴의 단위 셀 구조가 400um x 400 um로 형성되고, 도전 표면(1150)의 길이 및 너비는 각각 3600um x 2800um로 형성될 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 인공 자기 도체(AMC) 형태의 도전 표면(1150)의 인접한 단위 셀 간에 형성된 커패시턴스 및 인덕턴스 값에 의해 마이크로스트립-도파관 전이 구조가 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 12는 도 10a의 인공 자기 도체가 형성된 도전 표면의 등가 회로를 나타낸다. 한편, 도 13a 및 도 13b는 도 10a의 인공 자기 도체의 단위 셀 구조가 수직 방향 및 수평 방향으로 형성된 구조와 등가 회로를 나타낸다. 도 13c는 도 13a 및 도 13b의 인공 자기 도체의 도전 표면에 기초한 입력 임피던스를 나타내는 등가 회로이다.
도 13a를 참조하면, 수직 방향으로 배치된 단위 셀 구조의 도전 패턴들(1151c, 1152c, 1153c)이 인공 자기 도체(AMC)로 구현될 수 있다. 도 13b를 참조하면, 수평 방향으로 배치된 단위 셀 구조의 도전 패턴들(1151c, 1154c, 1153c)이 인공 자기 도체(AMC)로 구현될 수 있다.
도 7b, 도 8b, 도 9b 내지 도 13c를 참조하면, 인공 자기 도체(AMC)로 구현된 도전 표면(1150)은 제1 슬롯 패턴(S1) 및 제2 슬롯 패턴(S2)을 포함할 수 있다. 제1 슬롯 패턴(S1)은 수직 비아가 연결된 중심점을 기준으로 일 축 방향인 신호의 전계 방향(electric field direction)으로 형성될 수 있다. 제2 슬롯 패턴(S2)은 수직 비아가 연결된 중심점을 기준으로 타 축 방향인 신호의 자계 방향(magnetic field direction)으로 형성될 수 있다.
비아 구조(1150v)의 인접한 수직 비아들 사이의 제2 그라운드 패턴(1150g)에 형성된 전류에 대응되게 인덕턴스(L)가 유도될 수 있다. 복수의 도전 패턴들(1150c) 중 전계 방향으로 인접한 도전 패턴들의 제2 슬롯 패턴(S2) 간에 커패시턴스(Cg)가 유도될 수 있다. 제1 슬롯 패턴(S1)에 제1 커패시턴스(Cp1)가 유도될 수 있다. 제2 슬롯 패턴(S2)에 제2 커패시턴스(Cp2)가 유도될 수 있다.
도전 평면(1150)을 구성하는 복수의 도전 패턴들(1150c)의 단위 셀(unit cell)은 도전 패턴(1151c), 제1 슬롯 패턴(S1) 및 제2 슬롯 패턴(S2)을 포함하도록 구성될 수 있다. 도전 패턴(1151c)은 비아 구조(1150v)를 형성하는 수직 비아의 원형 형상에 대응되게 원형 형상으로 형성될 수 있다. 제1 슬롯 패턴(S1)은 일 축 방향으로 수직 비아에 대칭되게 도전 패턴(1151c)에 형성될 수 있다. 제2 슬롯 패턴(S2)은 타 축 방향으로 수직 비아에 대칭되게 도전 패턴(1151c)에 형성될 수 있다.
제1 슬롯 패턴(S1)은 수직 비아의 상부 및 하부 영역에 형성된 제1 서브 슬롯(SS1) 및 제2 서브 슬롯(SS2)을 포함할 수 있다. 제2 슬롯 패턴(S2)은 수직 비아의 좌측 및 우측 영역에 형성된 제3 서브 슬롯(SS3) 및 제4 서브 슬롯(SS4)을 포함할 수 있다.
제1 서브 슬롯(SS1) 내지 제4 서브 슬롯(SS4)은 일 축 방향으로 제1 길이(L1) 내지 제4 길이(L4)로 형성될 수 있다. 제1 서브 슬롯(SS1) 내지 제4 서브 슬롯(SS4)은 타 축 방향으로 제1 너비(W1) 내지 제4 너비(W4)로 형성될 수 있다. 일 축 방향 및 타 축 방향으로 제1 길이(L1) 내지 제4 길이(L4)는 동일한 길이로 설정되거나 소정 범위 내의 차이를 갖도록 설정될 수 있다. 일 축 방향 및 타 축 방향으로 제1 너비(W1) 내지 제4 너비(W4)는 동일한 너비로 설정되거나 소정 범위 내의 차이를 갖도록 설정될 수 있다.
제1 서브 슬롯(SS1) 내지 제4 서브 슬롯(SS4)의 제1 길이(L1) 내지 제4 길이(L4)는 도전 패턴(1151c)과 수직 비아(1151v)의 반경의 차이보다 작게 형성될 수 있다. 제1 길이(L1) 내지 제4 길이(L4)는 도전 패턴(1151c)의 제1 반경과 도전 패턴(1151c)과 연결되는 수직 비아(1151v)의 연결 영역의 제2 반경의 차이보다 작게 형성될 수 있다.
제1 서브 슬롯(SS1) 내지 제4 서브 슬롯(SS4)의 단부의 형상도 도전 패턴(1151c)의 원형 형상에 대응되게 또는 유사하게 형성될 수 있다. 수직 비아(1151v)에 인접한 제1 서브 슬롯(SS1) 내지 제4 서브 슬롯(SS4)의 일 단부는 반원 형상으로 형성될 수 있다. 반원 형상을 갖는 제1 서브 슬롯(SS1) 내지 제4 서브 슬롯(SS4)의 일 단부의 제3 반경은 수직 비아(1151v)의 제2 반경보다 작게 형성될 수 있다. 제1 서브 슬롯(SS1) 내지 제4 서브 슬롯(SS4)의 제1 너비(W1) 내지 제4 너비(W4)도 수직 비아(1151v)의 제2 반경보다 작게 형성될 수 있다.
도 10을 참조하면, 일 축 방향의 단위 셀들의 개수(M)이 타 축 방향의 단위 셀들의 개수(N)보다 크게 형성될 수 있다. 도전 표면(1150)은 일 축 방향으로 M개 이상의 단위 셀들이 배치될 수 있다. 도전 표면(1150)은 타 축 방향으로 N개 이상의 단위 셀들이 배치될 수 있다. 도파관(1110)의 개구 영역(OA)의 길이가 너비보다 더 크게 형성되기 때문에, M은 N보다 큰 것을 특징으로 한다.
인접한 단위 셀 별로 제1 및 제2 전류 경로가 반대 방향으로 형성될 수 있다. 일 축 방향으로 인접한 제1 단위 셀(1151), 제2 단위 셀(1152) 및 제3 단위 셀(1153)은 각각 제1 수직 비아(1151v), 제2 수직 비아(1152v) 및 제3 수직 비아(1153v)를 구비할 수 있다. 제1 단위 셀(1151)의 도전 패턴(1151c), 제1 수직 비아(1151v), 제2 그라운드 패턴(1150g), 제2 수직 비아(1152v) 및 제2 단위 셀(1152)의 도전 패턴(1152c)을 따라 제1 전류 경로가 형성될 수 있다. 제3 단위 셀(1153)의 도전 패턴(1153c), 제3 수직 비아(1153v), 제2 그라운드 패턴(1150g), 제1 수직 비아(1151v) 및 제1 단위 셀(1151)의 도전 패턴(1151c)을 따라 제2 전류 경로가 형성될 수 있다. 제1 전류 경로의 제1 방향 및 제2 전류 경로의 제2 방향은 반대 방향으로 형성될 수 있다.
이와 유사하게 타 축 방향으로 인접한 제1 단위 셀(1151), 제4 단위 셀(1154) 및 제5 단위 셀(1155)은 각각 제1 수직 비아(1151v), 제4 수직 비아(1154v) 및 제5 수직 비아(1155v)를 구비할 수 있다. 타 축 방향의 제1 전류 경로의 제1 방향 및 제3 전류 경로의 제3 방향도 반대 방향으로 형성될 수 있다.
일 축 방향으로 인접한 제1 단위 셀(1151)과 제2 단위 셀(1152)은 제1 간격 이상으로 이격되어 배치될 수 있다. 타 축 방향으로 인접한 제1 단위 셀(1151)과 제4 단위 셀(1154)은 제2 간격 이상으로 이격되어 배치될 수 있다. 인공 자기 도체(AMC)로 구현된 인접한 단위 셀들은 슬롯 패턴을 일부 공유하거나 또는 슬롯 패턴이 상호 연결되게 형성될 수 있다. 제1 단위 셀(1151)과 제2 단위 셀(1152)의 일 축 방향의 제1 슬롯 패턴(S1)은 상호 연결되도록 구성될 수 있다. 제1 단위 셀(1151)과 제4 단위 셀(1154)의 타 축 방향의 제2 슬롯 패턴(S2)은 상호 연결되도록 구성될 수 있다.
단위 셀의 일 축 방향 및 타 축 방향의 크기는 380um를 기준으로 10um의 사이의 범위로 형성될 수 있다. 제1 단위 셀(1151)과 제2 단위 셀(1152)은 일 축 방향으로 10 내지 20um 사이의 범위로 이격되어 배치될 수 있다. 제1 단위 셀(1151)과 제2 단위 셀(1152)은 타 축 방향으로 10 내지 20um 사이의 범위로 이격되어 배치될 수 있다. 도파관(1110)에서 전송 선로(1120)의 신호 패턴으로 전달되는 특정 주파수 대역의 신호는 158 GHz 내지 162GHz 사이의 주파수 대역의 신호일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
전송 선로 해석 기법에 따라, 인공 자기 도체(AMC)로 구현된 도전 표면(1150)의 인덕턴스(L)와 커패시턴스(Cg)는 수학식 1과 같이 설정될 수 있다.
Figure PCTKR2022014319-appb-img-000001
수학식 1로부터 인공 자기 도체(AMC)로 구현된 도전 표면(1150)의 임피던스(ZAMC)는 수학식 2와 같이 설정될 수 있다. 한편, 인공 자기 도체(AMC)로 구현된 도전 표면(1150)의 공진 주파수(fr)는 수학식 3과 같이 설정될 수 있다.
Figure PCTKR2022014319-appb-img-000002
Figure PCTKR2022014319-appb-img-000003
이와 관련하여, AMCR 은AMC 단위구조의 직경, h는 기판 두께 (AMC 단위구조-접지면 거리), g는 인접한 AMC 단위구조 간격을 나타낸다. 한편, L은 E-field vector 방향으로 인접한 AMC 단위구조-접지면 전류 경로에 상응하는 유도용량, Cg는 E-field vector 방향으로 인접한 AMC 단위구조 간격에 상응하는 정전용량을 나타낸다. Cp1은 AMC 단위구조 slot 사이에서 발생하는 불요 분극에 의한 기생 정전용량, Cp2는 H-field vector 방향으로 인접한 AMC 단위구조 간 불요 분극에 따른 기생 정전용량을 나타낸다. ε0는 자유공간 상 유전율, εr은 기판 유효 유전율, μ0는 자유공간 상 투자율, fr은 제안하는 인공 자기 도체의 공진 주파수를 나타낸다. ZC는 제안하는 인공 자기 도체의 용량성(Capacitance) 임피던스, ZL 은 제안하는 인공 자기 도체의 유도성(Inductance) 임피던스, ZAMC는 제안하는 인공 자기 도체의 특성 임피던스를 나타낸다.
수학식 2를 참조하면, AMCR 값의 변화는 Cg 값 변화에 크게 영향을 준다. 따라서, AMCR 값이 클수록 Cg 값이 증가하여 공진 주파수(fr)가 낮은 주파수로 하향될 수 있다. 공진 주파수(fr)의 결정에 있어 Cp1과 Cp2는 반비례 관계를 갖지만, Cg에 비해 상대적으로 값이 크지 않기 때문에 주파수 천이 효과가 크지 않다. 그럼에도 불구하고 단위 격자 구조에 제1 및 제2 슬롯(1151s, 1152s)의 슬롯 형상을 추가하여 기생 정전용량을 형성하여 특정 주파수 대역에서 다른 주파수 대역보다 높은 특성 임피던스를 구현할 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 마이크로스트립-도파관 전이 구조를 구비하는 안테나 모듈에서 개구 영역들은 서로 동일한 형상으로 마주보게 구현될 수 있다. 제1 유전체 기판(1010a)의 일 면은 도전 표면(1150)이 형성된 제2 유전체 기판(1010b)을 마주보도록 배치될 수 있다. 제1 유전체 기판(1010a)의 타 면은 도파관(1110)의 개구 영역(OA)을 마주보도록 배치될 수 있다. 제1 유전체 기판(1010a)의 타 면에 형성되는 제3 그라운드 패턴(1160g)은 도파관(1110)의 개구 영역(OA)에 대응되게 제3 개구 영역(OA3)이 형성될 수 있다.
또한, 본 명세서에 따른 마이크로스트립-도파관 전이 구조를 구비하는 안테나 모듈에서 서로 동일한 형상 및 면적을 갖는 개구 영역들이 마주보게 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 개구 영역들의 길이 및 너비가 동일하게 형성될 수 있다.
도파관(1110)의 개구 영역(OA)의 일 축 방향의 제1 길이 및 전송 선로(1120)의 제2 개구 영역(OA2)의 일 축 방향의 제2 길이는 동일하게 형성될 수 있다. 제1 유전체 기판(1010a)의 제3 개구 영역(OA3)의 일 축 방향의 제3 길이도 제1 길이 및 제2 길이와 동일하게 형성될 수 있다. 도파관(1110)의 개구 영역(OA)의 타 축 방향의 제1 너비 및 전송 선로(1120)의 제2 개구 영역(OA2)의 타 축 방향의 제2 너비는 동일하게 형성될 수 있다. 제1 유전체 기판(1010a)의 제3 개구 영역(OA3) 타 축 방향의 제3 너비는 제1 너비 및 제2 너비와 동일하게 형성될 수 있다. 일 축 방향 및 타 축 방향은 도파관(1110)을 통해 전달되는 신호의 전계 방향 및 자계 방향으로 형성될 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 전이 구조를 갖는 안테나 모듈에서 송수신부 회로(1250)에서 전송 선로(1120)를 통해 전달된 신호는 도파관(1110) 내부로 전달되어 도파관(1110)의 방사 영역(RR)을 통해 방사될 수 있다. 이와 관련하여, 전송 선로(1120)의 신호 패턴(1120f)의 일 측 및 타 측에 제1 그라운드 패턴(1120g)이 신호 패턴(1120f)과 이격되어 배치될 수 있다. 신호 패턴(1120f)은 안테나 모듈(1100)의 도파관(1110)으로 신호를 급전하므로 급전 패턴으로 지칭될 수 있다. 신호 패턴(1120f)과 동일 평면에 신호 패턴(1120f)의 양 측에 제1 그라운드 패턴(1120g)이 형성되므로 CPW(CO-Planar Waveguide) 급전 구조를 형성할 수 있다.
신호 패턴(1120f)의 일 단부는 제1 유전체 기판(1010a)과 별도로 배치되는 도 7c의 제3 유전체 기판(1010c)에 배치된 송수신부 회로(1250)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 그라운드 패턴(1120g)은 신호 패턴(1110f)의 타 단부, 신호 패턴(1110f)의 일 측 및 타 측을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 신호 패턴(1110f)을 둘러싸도록 제1 그라운드 패턴(1120g)이 형성되어 140GHz 이상의 높은 주파수 대역에서 신호 손실을 최소화할 수 있다. 신호 패턴(1110f)의 타 단부는 전송 선로(1120)의 제2 개구 영역(OA2) 내에 형성될 수 있다. 따라서, 송수신부 회로(1250)에서 전송 선로(1120)를 통해 전달된 신호는 도파관(1110) 내부로 전달되어 도파관(1110)의 방사 영역(RR)을 통해 방사될 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 인공 자기 도체(AMC)로 구현된 도전 표면(1150)을 갖는 마이크로스트립-도파관 전이구조와 신호 변환부를 구비하는 마이크로스트립-도파관 전이구조의 도파관 내 전계 분포에 대해 설명한다. 도파관 내 전계 분포에 따른 신호 전달 특성에 대해서도 비교하여 설명한다. 이와 관련하여, 도 14는 도 9a 및 도 9b의 마이크로스트립-도파관 전이 구조의 전계 분포를 나타낸 것이다. 도 15a는 도 9a 및 도 9b의 마이크로스트립-도파관 전이 구조의 반사 손실 및 삽입 손실을 비교한 것이다. 도 15b는 도 9b의 마이크로스트립-도파관 전이 구조의 특성 임피던스 및 위상 응답 곡선을 나타낸 것이다. 도 15c는 인공 자기 도체의 단위 셀 구조에서 직경 변화에 따른 특성 임피던스 및 위상 응답 곡선을 나타낸 것이다.
도 9a 및 도 14(a)를 참조하면, 신호 변환부(1130)를 구비하는 안테나 모듈(1100a)에서 전송 선로(1120) 상의 전계는 상부 및 하부 방향으로 수직하게 형성된다. 한편, 전송 선로(1120)와 신호 변환부(1130)를 통해 도파관(1110) 내부로 전달되는 전계는 소정 주기로 피크가 형성되고 수평 방향으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 도파관(1110) 내부로 전달되는 RF 신호는 수직 방향의 하부 영역으로 전달될 수 있다.
도 9a 및 도 14(b)를 참조하면, 도전 표면(1150)을 구비하는 안테나 모듈(1100)에서 전송 선로(1120) 상의 전계는 하부 방향으로 수직하게 형성된다. 한편, 전송 선로(1120)와 도전 표면(1150)을 통해 도파관(1110) 내부로 전달되는 전계는 소정 주기로 피크가 형성되고 수평 방향으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 도파관(1110) 내부로 전달되는 RF 신호는 수직 방향의 하부 영역으로 전달될 수 있다.
도 14(a) 및 도 14(b)를 참조하면, 전송 선로(1120) 상에서 일정 수준의 RF 신호가 수신될 수 있다. 이와 관련하여, 전송 선로(1120) 상에서 수직 방향으로 일정 수준의 전계가 형성된다. 도 14(a) 및 도 14(b)의 전송 선로(1120) 상에서 동일 수준의 전계가 형성되는 경우, 도파관(1110) 내부의 전계 피크는 상이하게 형성될 수 있다. 도 14(b)와 같이 도전 표면(1150)이 형성된 안테나 모듈(1100)의 도파관(1110) 내부의 전계 피크가 더 낮게 형성된다. 따라서, 도 14(b)의 도전 표면(1150)이 형성된 안테나 모듈(1100)의 신호 전달 특성이 도 14(a)의 신호 변환부(1130)가 형성된 안테나 모듈(1100)의 신호 전달 특성보다 더 우수하다.
도 9a, 도 14(a) 및 도 15a(a)를 참조하면, 신호 변환부(1130)를 구비하는 안테나 모듈(1100a)은 160GHz에서 약 0.63B의 신호 손실 값을 갖는다. 도 9b, 도 14(b) 및 도 15a(b)를 참조하면, 도전 표면(1150)을 구비하는 안테나 모듈(1100)은 160GHz에서 약 0.3dB의 신호 손실 값을 갖는다. 따라서, 도전 표면(1150)을 구비하는 안테나 모듈(1100)이 신호 변환부(1130)를 구비하는 안테나 모듈(1100a)에 비해 약 0.33dB의 신호 전달 특성이 개선된다.
도 9b 및 도 15b(a)를 참조하면, 도전 표면(1150)을 구비하는 안테나 모듈(1100)은 159GHz에서 69615Ω의 고 임피던스(high impedance) 특성을 갖는다. 도 9b, 도 15a(b) 및 도 15b(a)를 참조하면, 도전 표면(1150)을 구비하는 안테나 모듈(1100)은 약 160GHz를 기준으로 소정 대역폭, 예컨대 2GHz의 대역폭에서 도파관(1100)의 상부 방향으로 신호가 전달되지 않도록 구성된다. 따라서, 도전 표면(1150)을 구비하는 안테나 모듈(1100)은 약 160GHz를 기준으로 소정 대역폭에서 도파관(1100)의 하부 방향으로 신호가 전달되도록 구성된다.
도 9b 및 도 15b(a)를 참조하면, 도전 표면(1150)을 구비하는 안테나 모듈(1100)은 159GHz에서 0도의 위상 값을 갖는다. 따라서, 도전 표면(1150)으로 입사되는 신호와 도전 표면(1150)에서 반사되는 신호는 동위상 값을 가지고 도전 표면(1150)은 완전 자기 도체(PMC)로 구성될 수 있다. 이에 따라, 도파관(1100)의 상부 영역에 별도로 신호 변환부를 배치하지 않고 소정 두께 이하의 도전 표면(1150)만으로 마이크로스트립-도파관 전이 구조를 구성할 수 있다.
도 10a, 도 12 및 도 15c를 참조하면, 복수의 도전 패턴들(1150c) 중 어느 하나에 해당하는 인공 자기 도체의 단위 셀의 직경(AMCR)은 380um를 기준으로 365um 내지 395um 사이의 범위의 값을 가질 수 있다. 도 15c(a)를 참조하면, 365um 내지 395um 사이의 직경(AMCR)을 갖는 인공 자기 도체의 단위 셀은 약 143GHz 내지 178 GHz 사이에서 특성 임피던스가 피크 값을 갖는다. 도 15c(b)를 참조하면, 365um 내지 395um 사이의 직경(AMCR)을 갖는 인공 자기 도체의 단위 셀은 약 143GHz 내지 178 GHz 사이에서 도전 표면(1150)에 입사 신호 및 반사 신호 간 위상 차가 0도의 값을 갖는다.
도 10a, 도 12 및 도 15c를 참조하면, 365um 내지 395um 사이의 직경(AMCR)을 갖는 인공 자기 도체의 단위 셀은 약 143GHz 내지 178 GHz의 공진 주파수를 갖도록 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 단위 셀의 직경(AMCR)은 인접한 도전 패턴 간의 커패시턴스(Cg) 값 변화에 큰 영향을 준다. 단위 셀의 직경(AMCR)이 증가할수록 커패시턴스(Cg) 값이 증가하여 공진 주파수가 감소될 수 있다. 따라서, 타겟 공진 주파수에 따라 단위 셀의 직경(AMCR)을 조절할 수 있다. 도전 표면(1150)이 도파관에 부착되는 결합 방식으로 제작되어, 사용되는 RF 주파수가 변경 시 다른 직경(AMCR)을 갖는 도전 표면(1150)으로 교체 및 재사용이 가능하다.
또한, 서로 다른 직경(AMCR)을 갖는 복수의 도전 패턴들을 소정 간격으로 적층시켜 더 넓은 주파수 대역에서 마이크로스트립-도파관 전이 구조를 설계할 수 있다. 예를 들어, 직경(AMCR) = 375um, 380um, 385um를 갖는 서로 다른 도전 표면들을 소정 간격으로 적층시켜 마이크로스트립-도파관 전이 구조를 설계할 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 도전 표면을 구비한 마이크로스트립-도파관 전이 구조에서 인공 자기 도체 형태의 단위 셀 구조의 형상에 따른 전기적 특성에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 도 16a는 슬롯 구조 유무에 따른 단위 셀 구조들의 도전 패턴 상에 형성되는 전류 분포를 비교한 것이다. 도 16b는 도 16a의 단위 셀 구조들의 형상에 따른 특성 임피던스 값을 비교한 것이다.
도 16a(a)를 참조하면, 도전 패턴(1150a)은 내부에 슬롯 구조가 형성되지 않도록 구성된다. 일 면에 형성된 도전 패턴(1150a)은 타 면에 형성된 그라운드 패턴과 비아 구조(1150v)를 통해 연결될 수 있다. 도전 패턴(1150a)의 외측 경계를 따라 전류 분포의 피크 영역이 형성될 수 있다.
도 13a, 도 13b 및 도 16a(b)를 참조하면, 도전 패턴(1150c)은 내부에 슬롯 구조, 예를 들어 제1 및 제2 슬롯 패턴(S1, S2)이 형성되도록 구성된다. 이와 관련하여, 도전 패턴(1150c)의 직경은 380um에서 소정 범위 내로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 제1 및 제2 슬롯 패턴(S1, S2)의 너비와 길이는 50um에서 소정 범위 내 및 130um에서 소정 범위 내로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 면에 형성된 도전 패턴(1150c)은 타 면에 형성된 그라운드 패턴과 비아 구조(1150v)를 통해 연결될 수 있다. 도전 패턴(1150c)은 비아 구조(1150v)를 중심으로 상부, 하부, 일 측 및 타 측에 제1 내지 제4 서브 슬롯(SS1, SS2, SS3, SS4)이 형성될 수 있다. 제1 내지 제4 서브 슬롯(SS1, SS2, SS3, SS4)의 경계를 따라 전류 분포의 피크 영역이 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 내지 제4 서브 슬롯(SS1, SS2, SS3, SS4)의 경계에 인접한 도전 패턴(1150c)의 중심 영역에도 전류 분포의 피크 영역이 형성될 수 있다.
도 16a(a)와 같이 AMC의 단위 셀 구조에 슬롯 형상이 적용되지 않은 경우 자기장/전류는 도체 가장자리(edge)에서 가장 큰 세기를 가지며 주기성 분포를 갖는다. 도 13a, 도 13b 및 도 16a(b)와 같이 AMC의 단위 셀 구조에 슬롯 형상을 추가하여 AMC의 내부 중심에서 단위 면적당 도체에 흐르는 자기선속(자기력 세기)(B)을 집중시킬 수 있어, 보다 더 강한 전류 분포를 생성할 수 있다. 수학식 4는 자기장 세기와 유도 전류 간 관계식을 나타낸다.
Figure PCTKR2022014319-appb-img-000004
이와 관련하여, AMCR 은 AMC의 단위 셀 구조의 직경, B는 단위면적 당 자기장 세기 (Magnetic flux density, Wb/m2)를 나타낸다. 한편, μ0는 자유공간 상 투자율(permeability), I는 도체 패턴에 흐르는 전류 세기, r은도체 패턴의 중심으로부터의 거리를 나타낸다.
수학식 1 및 도 16a를 참조하면, AMC의 도체 표면에 강한 자기선속이 형성될 수록 도체 표면에 강한 전류가 유도될 수 있다. 따라서, AMC의 도체 표면에 강한 자기선속이 형성되도록 도체 표면에 슬롯 형상을 배치시킬 수 있다. 이에 따라, 단위 셀 구조에 인덕턴스 성분을 증가되며 보다 더 높은 임피던스 구현이 가능하다. 다시 말해, 높은 특성 임피던스를 가질수록 누설 전류를 감소시킬 수 있어 신호 변환 효율을 높일 수 있다.
도 16a(a) 및 도 16b(a)를 참조하면, 내부에 슬롯이 형성되지 않은 도전 패턴(1150a)의 단위 셀 구조의 특성 임피던스 값은 공진 주파수인 160GHz에서 61306 W/sq의 값을 갖는다. 도 16a(b) 및 도 16b(b)를 참조하면, 내부에 제1 및 제2 슬롯(S1, S2)이 형성된 도전 패턴(1150c)의 단위 셀 구조의 특성 임피던스 값은 공진 주파수인 159GHz에서 69615 W/sq의 값을 갖는다. 내부에 제1 및 제2 슬롯(S1, S2)이 형성된 도전 패턴(1150c)의 특성 임피던스 값이 슬롯이 없는 도전 패턴(1150)의 특성 임피던스 값보다 크다. 이와 관련하여, 높은 특성 임피던스 값을 가질수록 도전 패턴의 상부 영역, 즉 도파관의 상부 영역으로의 누설 전류를 감소시킬 수 있다. 따라서, 내부에 제1 및 제2 슬롯(S1, S2)이 형성된 도전 패턴(1150c)을 구비한 도전 표면이 더 높은 신호 변환 효율을 갖는다.
한편, 본 명세서에 따른 도전 표면을 구비한 마이크로스트립-도파관 전이 구조에서 도전 표면의 단위 격자가 오프셋되어 배치됨에 따른 전기적 특성에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 도 17a는 도전 표면의 단위 격자가 도파관의 개구 영역에 대해 수직 방향 및 수평 방향으로 오프셋 배치된 구조를 나타낸다. 도 17b 및 도 17c는 x축 방향 및 y축 방향의 오프셋 간격의 변화에 따른 반사 계수 및 투과 계수 특성 변화를 나타낸다.
도 8b, 도 11b 및 도 17a(a)를 참조하면, 도전 표면(1150)은 x축 방향으로 소정 간격(Ox)만큼 오프셋되어 배치될 수 있다. 도 11b 및 도 17a(b)를 참조하면, 도전 표면(1150)은 y축 방향으로 소정 간격(Oy)만큼 오프셋되어 배치될 수 있다. 도 17a(a) 및 도 17a(b)를 참조하면, 도전 표면(1150)은 x축 방향 또는 y축 방향으로 최대 150um만큼 오프셋되어 도파관(1110)의 상부 영역에 중첩되게 배치될 수 있다.
이와 관련하여, 매우 얇은 두께의 인공 자기 도체의 도전 표면(1150)을 마이크로스트립 형태의 전송 선로의 신호 패턴(1120f)과 도파관(1110)이 맞닿는 부분에 접착하여 사용한다. 따라서, 도전 표면(1150)과 도파관(1110)의 접착 시 불일치(mis-align)에 따른 성능 편차가 일정 수준 이하로 유지되어야 한다. 도 11b, 도 17a(a) 및 도 17a(b)를 참조하여, 도전 표면(1150)은 정위치로부터 x축 방향 또는 y축 방향으로 각각 50μm, 100μm, 150μm 만큼 오차를 갖도록 부착되는 것을 가정하여 전기적 특성 변화를 분석한다.
도 11b, 도 17a 및 도 17b(a)를 참조하면, AMC의 단위 셀 구조가 x축 방향의 오프셋 간격(Ox)이 -150um 내지 +150um까지 변경되어도 공진 주파수는 160GHz로 일정하게 유지된다. 오프셋 간격(Ox)이 -150um 내지 +150um까지 변경됨에 따라 공진 주파수에서의 반사 계수 값이 소정 범위 이내에서 변경된다. 이에 따라, 오프셋 간격(Ox)이 -150um 내지 +150um까지 변경되어도 도전 표면(1150)을 통해 마이크로스트립 형태의 전송 선로의 신호 패턴(1120f)에서 도파관(1110)의 내부 개구 영역으로 신호를 전달할 수 있다.
도 11b, 도 17a 및 도 17b(b)를 참조하면, AMC의 단위 셀 구조가 x축 방향의 오프셋 간격(Ox)이 -150um 내지 +150um까지 변경되어도 공진 주파수는 160GHz로 일정하게 유지된다. 오프셋 간격(Ox)이 -150um 내지 +150um까지 변경됨에 따라 공진 주파수에서의 투과 계수 값이 소정 범위 이내, 예컨대 -0.31dB 내지 -0.53dB 사이의 값을 갖는다. 이에 따라, 오프셋 간격(Ox)이 -150um 내지 +150um까지 변경되어도 도전 표면(1150)을 통해 마이크로스트립 형태의 전송 선로의 신호 패턴(1120f)에서 도파관(1110)의 내부 개구 영역으로 신호를 전달할 수 있다.
도 11b, 도 17a 및 도 17c(a)를 참조하면, AMC의 단위 셀 구조가 y축 방향의 오프셋 간격(Oy)이 150um까지 변경되어도 공진 주파수는 160GHz로 일정하게 유지된다. 오프셋 간격(Ox)이 -150um 내지 +150um까지 변경됨에 따라 공진 주파수에서의 반사 계수 값이 소정 범위 이내에서 변경된다. 이에 따라, 오프셋 간격(Oy)이 150um까지 변경되어도 도전 표면(1150)을 통해 마이크로스트립 형태의 전송 선로의 신호 패턴(1120f)에서 도파관(1110)의 내부 개구 영역으로 신호를 전달할 수 있다.
도 11b, 도 17a 및 도 17c(b)를 참조하면, AMC의 단위 셀 구조가 y축 방향의 오프셋 간격(Oy)이 150um까지 변경되어도 공진 주파수는 160GHz로 일정하게 유지된다. 오프셋 간격(Oy)이 150um까지 변경됨에 따라 공진 주파수에서의 투과 계수 값이 소정 범위 이내, 예컨대 -0.31dB 내지 -0.46dB 사이의 값을 갖는다. 이에 따라, 오프셋 간격(Oy)이 150um까지 변경되어도 도전 표면(1150)을 통해 마이크로스트립 형태의 전송 선로의 신호 패턴(1120f)에서 도파관(1110)의 내부 개구 영역으로 신호를 전달할 수 있다. 인공 자기 도체의 반경 190um 대비 75%의 정렬 오차에 대해 약 0.22dB의 신호 변환 효율의 변경이 발생한다. 따라서, 도파관(1110)에 도전 표면(1150)을 부착 시 정렬 오차에 대해 둔감한 성능 편차를 갖는다.
한편, 본 명세서에 따른 도전 표면을 구비한 마이크로스트립-도파관 전이 구조에서 도전 표면의 단위 격자의 개수를 감소시켜도 신호 전달 효율이 일정 범위 내에서 유지될 수 있다. 도 18a는 도전 표면(1150) 내의 단위 셀 구조가 5x7 배열 및 3x5 배열로 구성된 전이 구조를 나타낸다. 이와 관련하여, 도 11b의 도전 표면(1150) 내의 단위 셀 구조는 7x9 배열로 구성될 수 있다. 도 18b는 7x9 배열, 5x7 배열 및 3x5 배열로 구성된 전이 구조의 반사 계수 특성 및 투과 계수 특성을 나타낸다.
도 11b 및 도 18a(a)를 참조하면, 도전 표면(1150)이 배치된 영역의 일 축 방향의 제1 길이는 개구 영역(OA)의 일 축 방향의 제2 길이의 2배 이상으로 형성될 수 있다. 도전 표면(1150)이 배치된 영역의 타 축 방향의 제1 너비는 개구 영역(OA)의 타 축 방향의 제2 너비의 2배 이상으로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 도전 표면(1150)이 배치된 영역의 일 축 방향은 도파관(1110) 내부의 전계 방향과 일치하는 E-평면 방향일 수 있다. 도전 표면(1150)이 배치된 영역의 타 축 방향은 도파관(1110) 내부의 전계 방향과 수직한 H-평면 방향일 수 있다.
도 11b를 참조하면, 도전 표면(1150) 내의 단위 셀 구조는 7x9 배열로 구성될 수 있다. 7x9 배열로 이루어진 도전 표면(1150)의 크기는 2.8 x 3.6mm로 구현될 수 있다. 도 18a(a)를 참조하면, 도전 표면(1150) 내의 단위 셀 구조는 5x7 배열로 구성될 수 있다. 5x7 배열로 이루어진 도전 표면(1150)의 크기는 2.0 x 2.8mm로 구현될 수 있다.
이에 따라, 인공 자기 도체(AMC)의 단위 셀 구조의 배열 개수의 선정은 도파관 개구 영역의 E-평면 및 H-평면의 길이의 두 배 이상의 길이를 갖도록 구현될 수 있다. 이에 따라, 도전 표면(1150) 내에서 인공 자기 도체(AMC)가 안정적인 전기적 특성, 즉 신호 전달 특성을 갖도록 설계할 수 있다.
이와 관련하여, 도파관(1110)은 테라 헤르츠(THz) 대역인 D-band의 표준 도파관인 WR-06이 사용될 수 있다. D-band의 도파관(1110)에 인공 자기 도체(AMC)의 도전 표면(1150)이 적용될 수 있다. D-band의 도파관(1110)의 E-평면/H-평면 상의 개구 영역(OA)의 크기는 0.8255x 1.651mm로 설정될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 단위 셀 구조의 배열 개수에 따라 도파관의 개구 영역(OA)을 커버하는 일정 길이 이상의 배열 개수가 결정될 수 있다.
도 18a(a)의 5x7 배열은 도파관의 개구 영역(OA)과 대비하여 두 배 이상의 길이를 갖는다. 5x7 배열보다 단위 셀 구조의 배열 개수가 적을 경우 신호 변환 효율이 급격하게 저하될 수 있다. 반면에, 도전 표면(1150)의 배열 개수가 5x7 배열의 크기 이상으로 설정되면, 비슷한 성능 수준의 안정된 신호 변환 효율을 갖는다.
도 18a(b)를 참조하면, 도전 표면(1150)이 배치된 영역의 일 축 방향의 제1 길이는 개구 영역(OA)의 일 축 방향의 제2 길이보다 크고 제2 길이의 2배 이하로 형성될 수 있다. 도전 표면(1150)이 배치된 영역의 타 축 방향의 제1 너비는 개구 영역(OA)의 타 축 방향의 제2 너비보다 크고 제2 너비의 2배 이하로 형성될 수 있다. 도전 표면(1150) 내의 단위 셀 구조는 3x5 배열로 구성될 수 있다. 3x5 배열로 이루어진 도전 표면(1150)의 크기는 1.2 x 2.0mm로 구현될 수 있다.
도 11b, 도 18a 및 도 18b(a)를 참조하면, 7x9 배열 및 5x7 배열의 도전 표면(1150)을 구비한 안테나 모듈은 중심 주파수인 160GHz에서 -15dB 이하의 반사 계수 특성을 갖는다. 반면에, 3x5 배열의 도전 표면(1150)을 구비한 안테나 모듈은 공진 주파수인 160GHz에서 -15dB 이상의 반사 계수 특성을 가져 반사되는 신호의 양이 증가한다.
도 11b, 도 18a 및 도 18b(b)를 참조하면, 7x9 배열 및 5x7 배열의 도전 표면(1150)을 구비한 안테나 모듈은 중심 주파수인 160GHz에서 -0.31dB 및 -0.39dB의 투과 계수 특성을 갖는다. 반면에, 3x5 배열의 도전 표면(1150)을 구비한 안테나 모듈은 공진 주파수인 160GHz에서 -1.91dB의 투과 계수 특성을 가져 5x7 배열보다 1.5dB 이상의 신호 손실이 발생한다. 따라서, 도파관(1110)의 개구 영역(OA)의 E-평면/H-평면 상의 길이의 두 배 이상의 길이를 갖도록 도전 표면(1150) 내의 배열 개수가 선택된 경우 신호 변환 손실을 일정 수준 이하로 유지할 수 있다. 도전 표면(1150) 내의 배열 개수가 5x7 이상인 경우 신호 변환 손실 계수가 일정 수준 이내로 유지되는 것을 확인할 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 마이크로 스트립-도파관 전이 구조가 적용된 안테나 모듈은 전자 기기 내에 배열 안테나로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 19a는 제1 타입 안테나와 제2 타입 안테나가 배열 안테나로 형성된 안테나 모듈이 전자 기기에 배치된 구조를 나타낸다. 도 19b는 복수의 배열 안테나 모듈을 확대한 도면이다.
도 1 내지 도 19b를 참조하면, 배열 안테나는 제1 배열 안테나 모듈(1100-1) 및 제1 배열 안테나 모듈(1100-1)에 제1 수평 방향으로 소정 간격 이격되어 배치되는 제2 배열 안테나 모듈(1100-2)을 포함할 수 있다. 한편, 배열 안테나의 개수는 2개에 한정되는 것은 아니고 도 19b와 같이 3개 이상으로 구현될 수도 있다. 따라서, 배열 안테나는 제1 배열 안테나 모듈(1100-1) 내지 제3 배열 안테나 모듈(1100-3)을 포함하도록 구성될 수 있다.
도 5 내지 도 6c의 프로세서(1400)는 제1 및 제2 배열 안테나 모듈(1100-1, 1100-2)을 각각 이용하여 각각 제1 빔 및 제2 빔을 제1 방향 및 제2 방향으로 형성하도록 제어할 수 있다. 즉, 제1 배열 안테나 모듈(1100-1)을 이용하여 수평 방향에서 제1 방향으로 제1 빔을 형성할 수 있다. 또한, 제2 배열 안테나 모듈(1100-2)을 이용하여 수평 방향에서 제2 방향으로 제2 빔을 형성할 수 있다. 이와 관련하여, 프로세서(1400)는 제1 방향의 제1 빔 및 제2 방향의 제2 빔을 이용하여 다중 입출력(MIMO)를 수행할 수 있다.
프로세서(1400)는 제1 및 제2 배열 안테나 모듈(1100-1, 1100-2)을 이용하여 제3 방향으로 제3 빔을 형성할 수 있다. 이와 관련하여, 프로세서(1400)는 제1 및 제2 배열 안테나 모듈(1100-1, 1100-2)를 통해 수신되는 신호가 합성되도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 또한, 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)를 통해 제1 및 제2 배열 안테나 모듈(1100-1, 1100-2)로 전달되는 신호가 각각의 안테나 소자로 분배되도록 제어할 수 있다. 프로세서(1400)는 제1 빔 및 제2 빔보다 좁은 빔 폭을 갖는 제3 빔을 이용하여 빔 포밍을 수행할 수 있다.
한편, 프로세서(1400)는 제1 방향의 제1 빔 및 제2 방향의 제2 빔을 이용하여 다중 입출력(MIMO)를 수행하고, 제1 빔 및 제2 빔보다 좁은 빔 폭을 갖는 제3 빔을 이용하여 빔 포밍을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 전자 기기 주변의 다른 전자 기기로부터 수신되는 제1 신호 및 제2 신호 품질이 임계치 이하이면, 제3 빔을 이용하여 빔 포밍을 수행할 수 있다.
배열 안테나의 소자 개수는 도시된 바와 같이 2개, 3개, 4개 등에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 배열 안테나의 소자 개수는 2개, 4개, 8개, 16개 등으로 확장 가능하다. 이에 따라, 배열 안테나는 1x2, 1x3, 1x4, 1x5, 쪋, 1x8 배열 안테나로 구성될 수 있다.
한편, 도 20은 실시 예들에 따른 전자 기기의 특정 위치에서 서로 다른 결합 구조로 결합된 안테나 모듈을 나타낸다. 도 20(a)를 참조하면, 안테나 모듈(1100)은 디스플레이(151) 하부 영역에 디스플레이(151)와 실질적으로 수평하게 배치될 수 있다. 이에 따라, 복수의 배열 안테나 모듈 중 어느 하나의 배열 안테나를 통해 전자 기기의 하부 방향으로 빔(B1)을 생성할 수 있다. 한편, 복수의 배열 안테나 모듈 중 다른 하나의 배열 안테나를 통해 전자 기기의 전면 방향으로 다른 빔(B2)를 생성할 수 있다.
도 20(b)를 참조하면, 배열 안테나 모듈(1100)은 디스플레이(151) 하부 영역에 디스플레이(151)와 실질적으로 수직하게 배치될 수 있다. 배치될 수 있다. 이에 따라, 복수의 배열 안테나 모듈 중 어느 하나의 배열 안테나를 통해 전자 기기의 전면 방향으로 빔(B2)을 생성할 수 있다. 한편, 복수의 배열 안테나 모듈 중 다른 하나의 배열 안테나를 통해 전자 기기의 하부 방향으로 다른 빔(B1)를 생성할 수 있다.
도 20(c)를 참조하면, 안테나 모듈(1100)은 기구 구조에 해당하는 후면 케이스(1001)의 내부에 배치될 수도 있다. 후면 케이스(1001)의 내부에 디스플레이(151)와 실질적으로 평행하게 배치될 수 있다. 이에 따라, 복수의 배열 안테나 모듈 중 어느 하나의 배열 안테나를 통해 전자 기기의 하부 방향으로 빔(B2)을 생성할 수 있다. 한편, 복수의 배열 안테나 모듈 중 다른 하나의 배열 안테나를 통해 전자 기기의 후면 방향으로 다른 빔(B3)을 생성할 수 있다.
이하에서는 본 명세서의 다른 양상에 따른 인공 자기 도체(AMC) 형태의 도전 표면이 적용된 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기에 대해 도 1 내지 도 20을 참조하여 설명한다.
본 명세서에서 개시되는 전자 기기(1000)는 디스플레이 장치에 한정되는 것은 아니다. 전자 기기(1000)는 테라 헤르츠 대역에서 무선 통신을 수행하는 이동 단말, 고정 단말 및 차량 등 중 적어도 하나로 구현될 수 있다. 전자 기기(1000)는 배열 안테나 모듈(1100) 및 송수신부 회로(1250)를 포함하도록 구성될 수 있다
배열 안테나 모듈(1100)은 테라 헤르츠 대역, 예를 들어 160GHz 대역에서 동작하는 안테나 소자, 예를 들어 도파관(1110)으로 구현될 수 있다. 도파관(1110)은 다층 기판의 상부/하부 방향 또는 측면 방향으로 신호를 방사하도록 개구 영역(OA)이 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 밀리미터파 대역 또는 테라 헤르츠 대역 (예컨대, 10GHz ~ 300GHz)에서 PCB에 해당하는 다층 기판에 형성된 송수신부 회로(1250)와 도파관(1110)을 전송 선로(1120)로 연결할 필요가 있다.
배열 안테나 모듈(1100)은 복수의 안테나 소자가 소정 간격 이격되어 특정 주파수 대역의 신호를 방사하여 빔 포밍을 수행하도록 구성될 수 있다. 송수신부 회로(1250)는 배열 안테나 모듈(1100)과 동작 가능하게 결합될 수 있다. 송수신부 회로(1250)는 특정 주파수 대역의 신호를 배열 안테나 모듈(1100)로 전달하도록 구성될 수 있다.
배열 안테나 모듈(1100)은 특정 주파수 대역의 신호가 전달되도록 길이 방향으로 일 단부에 개구 영역(OA)을 갖도록 구성된 도파관(1110)을 포함할 수 있다. 도 7b, 도 8b, 도 19a 및 도 19b에 도시된 바와 같이, 복수의 안테나 소자는 도파관(1110)의 방사 영역(RR)이 소정 간격 이격되도록 구성될 수 있다. 도파관(1110)은 특정 주파수 대역의 신호가 방사되도록 길이 방향으로 타 단부에 방사 영역(RR)들이 소정 간격 이격되어 형성될 수 있다.
배열 안테나 모듈(1100)은 도파관(1110)의 개구 영역(OA)에 배치된 제1 유전체 기판을 포함할 수 있다. 배열 안테나 모듈(1100)은 제1 유전체 기판(1010a)의 상부 영역에 배치되는 전송 선로(transmission line)(1120)를 더 포함할 수 있다. 전송 선로(1120)는 신호 패턴(1120f), 제1 그라운드 패턴(1120g) 및 제2 개구 영역(OA2)을 포함할 수 있다.
배열 안테나 모듈(1100)은 제1 유전체 기판의(1010a)의 상부 영역에 배치된 제2 유전체 기판(1010b)을 포함할 수 있다. 배열 안테나 모듈(1100)은 제2 유전체 기판(1010b)의 타 면에 복수의 도전 패턴들(1150c)이 일 축 방향 및 타 축 방향으로 배치된 도전 표면(conductive surface)(1150)을 더 포함할 수 있다. 제2 유전체 기판(1010b)의 일 면에 제2 그라운드 패턴(1150g)이 형성될 수 있다. 배열 안테나 모듈(1100)은 도전 표면(1150)의 복수의 도전 패턴들(1150c)과 제2 그라운드 패턴(1150g)을 수직하게 연결하도록 구성된 비아 구조(1150v)를 더 포함할 수 있다.
한편, 안테나 모듈(1100)은 제2 그라운드 패턴(1150g) 및 제3 그라운드 패턴(1160g)을 수직하게 연결하도록 구성된 제2 비아 구조(1160v)를 더 포함할 수 있다. 제2 비아 구조(1160v)를 구성하는 복수의 수직 비아들은 제2 개구 영역(OA2) 및 제3 개구 영역(OA3)의 외측 영역의 제1 그라운드 패턴(1120g) 및 제3 그라운드 패턴(1160g)을 연결하도록 구성될 수 있다.
도전 표면(1150)이 배치된 영역의 일 축 방향의 제1 길이는 개구 영역(OA)의 일 축 방향의 제2 길이의 2배 이상으로 형성될 수 있다. 도전 표면(1150)이 배치된 영역의 타 축 방향의 제1 너비는 개구 영역(OA)의 타 축 방향의 제2 너비의 2배 이상으로 형성될 수 있다.
복수의 도전 패턴들(1150c)로 구성된 인공 자기 도전체(artificial magnetic conductor, AMC)는 제1 슬롯 패턴(S1) 및 제2 슬롯 패턴(S2)을 포함할 수 있다. 제1 슬롯 패턴(S1)은 수직 비아가 연결된 중심점을 기준으로 일 축 방향인 신호의 전계 방향(electric field direction)으로 형성될 수 있다. 제2 슬롯 패턴(S2)은 수직 비아가 연결된 중심점을 기준으로 타 축 방향인 신호의 자계 방향(magnetic field direction)으로 형성될 수 있다. 비아 구조의 인접한 수직 비아들 사이의 제2 그라운드 패턴(1150g)에 형성된 전류에 대응되게 인덕턴스(L)가 유도될 수 있다. 복수의 도전 패턴들(1150c) 중 전계 방향으로 인접한 도전 패턴들의 제2 슬롯 패턴(S2) 간에 커패시턴스(Cg)가 유도될 수 있다. 제1 슬롯 패턴(S1)에 제1 커패시턴스(Cp1)가 유도될 수 있다. 제2 슬롯 패턴(S2)에 제2 커패시턴스(Cp2)가 유도될 수 있다. 이에 따라, AMC의 공진 주파수(fr)는 수학식 3과 같이 설정될 수 있다.
복수의 유전체 기판들은 상호 적층되게 구성될 수 있다. 제1 유전체 기판(1010a)의 일 면은 도전 표면(1150)이 형성된 제2 유전체 기판(1010b)을 마주보도록 배치될 수 있다. 제1 유전체 기판(1010a)의 타 면은 도파관(1110)의 개구 영역(OA)을 마주보도록 배치될 수 있다. 제1 유전체 기판(1010a)의 타 면에 형성되는 제3 그라운드 패턴(1160g)은 도파관(1110)의 개구 영역(OA)에 대응되게 제3 개구 영역(OA3)이 형성될 수 있다.
도파관(1110)의 개구 영역(OA)의 일 축 방향의 제1 길이 및 전송 선로(1120)의 제2 개구 영역(OA2)의 일 축 방향의 제2 길이는 동일하게 형성될 수 있다. 제1 유전체 기판(1010a)의 제3 개구 영역(OA3)의 일 축 방향의 제3 길이도 제1 길이 및 제2 길이와 동일하게 형성될 수 있다. 도파관(1110)의 개구 영역(OA)의 타 축 방향의 제1 너비 및 전송 선로(1120)의 제2 개구 영역(OA2)의 타 축 방향의 제2 너비는 동일하게 형성될 수 있다. 제1 유전체 기판(1010a)의 제3 개구 영역(OA3) 타 축 방향의 제3 너비는 제1 너비 및 제2 너비와 동일하게 형성될 수 있다. 일 축 방향 및 타 축 방향은 도파관(1110)을 통해 전달되는 신호의 전계 방향 및 자계 방향으로 형성될 수 있다.
한편, 도전 평면(1150)을 구성하는 복수의 도전 패턴들(1150c)의 단위 셀(unit cell)은 도전 패턴(1151c), 제1 슬롯 패턴(S1) 및 제2 슬롯 패턴(S2)을 포함하도록 구성될 수 있다. 도전 패턴(1151c)은 비아 구조(1150v)를 형성하는 수직 비아의 원형 형상에 대응되게 원형 형상으로 형성될 수 있다. 제1 슬롯 패턴(S1)은 일 축 방향으로 수직 비아에 대칭되게 도전 패턴(1151c)에 형성될 수 있다. 제2 슬롯 패턴(S2)은 타 축 방향으로 수직 비아에 대칭되게 도전 패턴(1151c)에 형성될 수 있다. 제1 슬롯 패턴(S1)은 수직 비아의 상부 및 하부 영역에 형성된 제1 서브 슬롯(SS1) 및 제2 서브 슬롯(SS2)을 포함할 수 있다. 제2 슬롯 패턴(S2)은 수직 비아의 좌측 및 우측 영역에 형성된 제3 서브 슬롯(SS3) 및 제4 서브 슬롯(SS4)을 포함할 수 있다.
이상에서는 테라 헤르츠 대역에서 동작하는 마이크로스트립-도파관 전이 구조를 구비하는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기에 대해 살펴보았다. 이와 같은 테라 헤르츠 대역에서 동작하는 마이크로스트립-도파관 전이 구조를 구비하는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
실시 예에 따르면, 안테나 모듈 및 이를 구비하는 전자 기기를 통해 테라 헤르츠 대역 기반의 6G 무선 통신의 초고속 통신이 가능하다.
실시 예에 따르면, 메타물질 기반의 인공 자기 도체(Artificial Magnetic Conductor) 형태의 도전 평면 구조를 이용하여 마이크로스트립-도파관 전이 구조에서 신호 변환 효율을 개선할 수 있다.
실시 예에 따르면, 메타물질 기반의 부착 가능한 초박형 마이크로스트립-도파관 전이 구조를 제공하여, 마이크로스트립-도파관 전이 구조의 높이를 최소화할 수 있다.
실시 예에 따르면, AMC 기반의 단위 셀 구조의 정렬 오차 발생 시 마이크로스트립-도파관 전이 구조의 정렬 오차에 따른 안테나 모듈의 전기적 특성의 변화를 최소화할 수 있다.
실시 예에 따르면, AMC 기반의 단위 셀 구조를 일 축 및 타 축 방향의 배열 구조로 형성하여, 밀리미터파 대역 이상에서 고출력 저 손실의 전송 구조를 제공할 수 있다.
본 명세서의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 명세서의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 명세서의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 판독될 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 단말기의 제어부를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 명세서의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 명세서의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 명세서의 범위에 포함된다.

Claims (20)

  1. 안테나 모듈에 있어서,
    특정 주파수 대역의 신호가 전달되도록 길이 방향으로 일 단부에 개구 영역을 갖도록 구성된 도파관(waveguide) - 상기 도파관은 상기 신호가 방사되도록 상기 길이 방향으로 타 단부에 방사 영역이 형성됨;
    상기 도파관의 상기 개구 영역에 배치된 제1 유전체 기판;
    상기 제1 유전체 기판의 일 면에 형성되고, 신호 패턴, 제1 그라운드 패턴 및 제2 개구 영역을 포함하는 전송 선로(transmission line); 및
    상기 제1 유전체 기판의 상부 영역에 배치된 제2 유전체 기판 - 상기 제2 유전체 기판의 일 면에 제2 그라운드 패턴이 형성됨; 및
    상기 제2 유전체 기판의 타 면에 복수의 도전 패턴들이 일 축 방향 및 타 축 방향으로 배치된 도전 표면(conductive surface); 및
    상기 도전 표면의 상기 복수의 도전 패턴들과 상기 제2 그라운드 패턴을 수직하게 연결하도록 구성된 비아 구조를 포함하고,
    상기 도전 표면이 배치된 영역의 일 축 방향의 제1 길이는 상기 개구 영역의 일 축 방향의 제2 길이의 2배 이상으로 형성되고,
    상기 도전 표면이 배치된 영역의 타 축 방향의 제1 너비는 상기 개구 영역의 타 축 방향의 제2 너비의 2배 이상으로 형성되는, 안테나 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 도전 패턴들로 구성된 인공 자기 도전체(artificial magnetic conductor, AMC)는,
    상기 수직 비아가 연결된 중심점을 기준으로 상기 일 축 방향인 상기 신호의 전계 방향(electric field direction)으로 형성되는 제1 슬롯 패턴; 및
    상기 수직 비아가 연결된 중심점을 기준으로 상기 타 축 방향인 상기 신호의 자계 방향(magnetic field direction)으로 형성되는 제2 슬롯 패턴을 포함하고,
    상기 비아 구조의 인접한 수직 비아들 사이의 상기 제2 그라운드 패턴에 형성된 전류에 대응되게 인덕턴스(L)가 유도되고,
    상기 복수의 도전 패턴들 중 상기 전계 방향으로 인접한 도전 패턴들의 제2 슬롯 패턴 간에 커패시턴스(Cg)가 유도되고,
    상기 제1 슬롯 패턴에 제1 커패시턴스(Cp1)가 유도되고,
    상기 제2 슬롯 패턴에 제2 커패시턴스(Cp2)가 유도되고,
    상기 AMC의 공진 주파수(fr)는
    Figure PCTKR2022014319-appb-img-000005
    로 설정되는 것을 특징으로 하는, 안테나 모듈.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 유전체 기판의 일 면은 상기 도전 표면이 형성된 상기 제2 유전체 기판을 마주보도록 배치되고,
    상기 제1 유전체 기판의 타 면은 상기 도파관의 상기 개구 영역을 마주보도록 배치되고,
    상기 제1 유전체 기판의 타 면에 형성되는 제3 그라운드 패턴은 상기 도파관의 상기 개구 영역에 대응되게 제3 개구 영역이 형성되는, 안테나 모듈.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 도파관의 상기 개구 영역의 상기 일 축 방향의 제1 길이, 상기 전송 선로의 상기 제2 개구 영역의 상기 일 축 방향의 제2 길이 및 상기 제1 유전체 기판의 상기 제3 개구 영역의 상기 일 축 방향의 제3 길이는 동일하게 형성되고,
    상기 도파관의 상기 개구 영역의 상기 타 축 방향의 제1 너비, 상기 전송 선로의 상기 제2 개구 영역의 상기 타 축 방향의 제2 너비 및 상기 제1 유전체 기판의 상기 제3 개구 영역의 상기 타 축 방향의 제3 너비는 동일하게 형성되고,
    상기 일 축 방향 및 상기 타 축 방향은 상기 도파관을 통해 전달되는 신호의 전계 방향 및 자계 방향으로 형성되는, 안테나 모듈.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 그라운드 패턴 및 상기 제3 그라운드 패턴을 수직하게 연결하도록 구성된 제2 비아 구조를 더 포함하고,
    상기 제2 비아 구조를 구성하는 복수의 수직 비아들은 상기 제2 개구 영역 및 상기 제3 개구 영역의 외측 영역의 상기 제1 그라운드 패턴 및 상기 제3 그라운드 패턴을 연결하도록 구성되는, 안테나 모듈.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 전송 선로의 상기 신호 패턴의 일 측 및 타 측에 상기 제1 그라운드 패턴이 상기 신호 패턴과 이격되어 배치되고,
    상기 신호 패턴의 일 단부는 상기 제1 유전체 기판과 별도로 배치되는 제3 유전체 기판에 배치된 상기 송수신부 회로와 전기적으로 연결되고,
    상기 제1 그라운드 패턴은 상기 신호 패턴의 타 단부, 상기 신호 패턴의 일 측 및 타 측을 둘러싸도록 형성되고,
    상기 신호 패턴의 타 단부는 상기 제2 개구 영역 내에 형성되어, 상기 송수신부 회로에서 전달된 신호가 상기 도파관 내부로 전달되어 상기 도파관의 방사 영역을 통해 방사되는, 안테나 모듈.
  7. 제2 항에 있어서,
    복수의 도전 패턴들의 단위 셀(unit cell)은
    상기 비아 구조를 형성하는 수직 비아의 원형 형상에 대응되게 원형 형상으로 형성되는 도전 패턴;
    상기 일 축 방향으로 상기 수직 비아에 대칭되게 상기 도전 패턴에 형성되는 제1 슬롯 패턴; 및
    상기 타 축 방향으로 상기 수직 비아에 대칭되게 상기 도전 패턴에 형성되는 제2 슬롯 패턴을 포함하고,
    상기 제1 슬롯 패턴은 상기 수직 비아의 상부 및 하부 영역에 형성된 제1 서브 슬롯 및 제2 서브 슬롯을 포함하고.
    상기 제2 슬롯 패턴은 상기 수직 비아의 좌측 및 우측 영역에 형성된 제3 서브 슬롯 및 제4 서브 슬롯을 포함하는, 안테나 모듈.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 서브 슬롯 내지 상기 제4 서브 슬롯은 상기 일 축 방향 및 상기 타 축 방향으로 제1 길이 내지 제4 길이로 형성되고,
    상기 제1 서브 슬롯 내지 상기 제4 서브 슬롯은 일 축 방향 및 상기 타 축 방향으로 제1 너비 내지 제4 너비로 형성되고,
    상기 제1 길이 내지 상기 제4 길이는 동일한 길이로 설정되고,
    상기 제1 너비 내지 상기 제4 너비는 동일한 너비로 설정되는, 안테나 모듈.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 길이 내지 상기 제4 길이는 상기 도전 패턴의 제1 반경과 상기 도전 패턴과 연결되는 상기 수직 비아의 연결 영역의 제2 반경의 차이보다 작게 형성되는, 안테나 모듈.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 수직 비아에 인접한 상기 제1 서브 슬롯 내지 상기 제4 서브 슬롯의 일 단부는 반원 형상으로 형성되고,
    상기 반원 형상을 갖는 상기 제1 서브 슬롯 내지 상기 제4 서브 슬롯의 일 단부의 제3 반경은 상기 수직 비아의 상기 제2 반경보다 작게 형성되고,
    상기 제1 서브 슬롯 내지 상기 제4 서브 슬롯의 상기 제1 너비 내지 상기 제4 너비는 상기 수직 비아의 상기 제2 반경보다 작게 형성되는, 안테나 모듈.
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 도전 표면은,
    상기 일 축 방향으로 M개 이상의 단위 셀들이 배치되고, 상기 타 축 방향으로 N개 이상의 단위 셀들이 배치되고,
    M은 N보다 큰 것을 특징으로 하는, 안테나 모듈.
  12. 제7 항에 있어서,
    상기 일 축 방향으로 인접한 제1 단위 셀, 제2 단위 셀 및 제3 단위 셀은 각각 제1 수직 비아, 제2 수직 비아 및 제3 수직 비아를 구비하고,
    상기 제1 단위 셀의 도전 패턴, 상기 제1 수직 비아, 상기 제2 그라운드 패턴, 상기 제2 수직 비아 및 상기 제2 단위 셀의 도전 패턴을 따라 제1 전류 경로가 형성되고,
    상기 제3 단위 셀의 도전 패턴, 상기 제3 수직 비아, 상기 제2 그라운드 패턴, 상기 제1 수직 비아 및 상기 제1 단위 셀의 도전 패턴을 따라 제2 전류 경로가 형성되고,
    상기 제1 전류 경로의 제1 방향 및 상기 제2 전류 경로의 제2 방향은 반대 방향인 것을 특징으로 하는, 안테나 모듈.
  13. 제7 항에 있어서,
    상기 일 축 방향으로 인접한 제1 단위 셀과 제2 단위 셀은 제1 간격 이상으로 이격되어 배치되고,
    상기 타 축 방향으로 인접한 제1 단위 셀과 제4 단위 셀은 제2 간격 이상으로 이격되어 배치되는, 안테나 모듈.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 단위 셀과 상기 제2 단위 셀의 상기 일 축 방향의 상기 제1 슬롯 패턴은 상호 연결되도록 구성되고,
    상기 제1 단위 셀과 상기 제4 단위 셀의 상기 타 축 방향의 상기 제2 슬롯 패턴은 상호 연결되도록 구성되는, 안테나 모듈.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 단위 셀의 상기 일 축 방향 및 상기 타 축 방향의 크기는 380um를 기준으로 10um의 사이의 범위로 형성되고,
    상기 제1 단위 셀과 상기 제2 단위 셀은 상기 일 축 방향으로 10 내지 20um 사이의 범위로 이격되어 배치되고,
    상기 제1 단위 셀과 상기 제2 단위 셀은 상기 타 축 방향으로 10 내지 20um 사이의 범위로 이격되어 배치되고,
    상기 도파관에서 상기 전송 선로의 신호 패턴으로 전달되는 상기 특정 주파수 대역의 신호는 158 GHz 내지 162GHz 사이의 주파수 대역의 신호인 것을 특징으로 하는, 안테나 모듈.
  16. 전자 기기에 있어서,
    특정 주파수 대역의 신호를 방사하여 빔 포밍을 수행하도록 구성된 배열 안테나 모듈; 및
    상기 배열 안테나 모듈과 동작 가능하게 결합되고, 상기 특정 주파수 대역의 신호를 상기 배열 안테나 모듈로 전달하도록 구성된 송수신부 회로를 포함하고,
    상기 배열 안테나 모듈은,
    특정 주파수 대역의 신호가 전달되도록 길이 방향으로 일 단부에 개구 영역을 갖도록 구성된 도파관(waveguide) - 상기 도파관은 상기 신호가 방사되도록 상기 길이 방향으로 타 단부에 방사 영역들이 형성됨;
    상기 도파관의 상기 개구 영역에 배치된 제1 유전체 기판;
    상기 제1 유전체 기판의 상부 영역에 배치되고, 신호 패턴, 제1 그라운드 패턴 및 제2 개구 영역을 포함하는 전송 선로(transmission line); 및
    상기 제1 유전체 기판의 상부 영역에 배치된 제2 유전체 기판 - 상기 제2 유전체 기판의 일 면에 제2 그라운드 패턴이 형성됨; 및
    상기 제2 유전체 기판의 타 면에 복수의 도전 패턴들이 일 축 방향 및 타 축 방향으로 배치된 도전 표면(conductive surface); 및
    상기 도전 표면의 상기 복수의 도전 패턴들과 상기 제2 그라운드 패턴을 수직하게 연결하도록 구성된 비아 구조를 포함하고,
    상기 도전 표면이 배치된 영역의 일 축 방향의 제1 길이는 상기 개구 영역의 일 축 방향의 제2 길이의 2배 이상으로 형성되고,
    상기 도전 표면이 배치된 영역의 타 축 방향의 제1 너비는 상기 개구 영역의 타 축 방향의 제2 너비의 2배 이상으로 형성되는, 전자 기기.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 복수의 도전 패턴들로 구성된 인공 자기 도전체(artificial magnetic conductor, AMC)는,
    상기 수직 비아가 연결된 중심점을 기준으로 상기 일 축 방향인 상기 신호의 전계 방향(electric field direction)으로 형성되는 제1 슬롯 패턴; 및
    상기 수직 비아가 연결된 중심점을 기준으로 상기 타 축 방향인 상기 신호의 자계 방향(magnetic field direction)으로 형성되는 제2 슬롯 패턴을 포함하고,
    상기 비아 구조의 인접한 수직 비아들 사이의 상기 제2 그라운드 패턴에 형성된 전류에 대응되게 인덕턴스(L)가 유도되고,
    상기 복수의 도전 패턴들 중 상기 전계 방향으로 인접한 도전 패턴들의 제2 슬롯 패턴 간에 커패시턴스(Cg)가 유도되고,
    상기 제1 슬롯 패턴에 제1 커패시턴스(Cp1)가 유도되고,
    상기 제2 슬롯 패턴의 제2 커패시턴스(Cp2)가 유도되고,
    상기 AMC의 공진 주파수(fr)는
    Figure PCTKR2022014319-appb-img-000006
    로 설정되는 것을 특징으로 하는, 전자 기기.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 유전체 기판의 일 면은 상기 도전 표면이 형성된 상기 제2 유전체 기판을 마주보도록 배치되고,
    상기 제1 유전체 기판의 타 면은 상기 도파관의 상기 개구 영역을 마주보도록 배치되고,
    상기 제1 유전체 기판의 타 면에 형성되는 제3 그라운드 패턴은 상기 도파관의 상기 개구 영역에 대응되게 제3 개구 영역이 형성되는, 전자 기기.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 도파관의 상기 개구 영역의 상기 일 축 방향의 제1 길이, 상기 전송 선로의 상기 제2 개구 영역의 상기 일 축 방향의 제2 길이 및 상기 제1 유전체 기판의 상기 제3 개구 영역의 상기 일 축 방향의 제3 길이는 동일하게 형성되고,
    상기 도파관의 상기 개구 영역의 상기 타 축 방향의 제1 너비, 상기 전송 선로의 상기 제2 개구 영역의 상기 타 축 방향의 제2 너비 및 상기 제1 유전체 기판의 상기 제3 개구 영역의 상기 타 축 방향의 제3 너비는 동일하게 형성되고,
    상기 일 축 방향 및 상기 타 축 방향은 상기 도파관을 통해 전달되는 신호의 전계 방향 및 자계 방향으로 형성되는, 전자 기기.
  20. 제16 항에 있어서,
    복수의 도전 패턴들의 단위 셀(unit cell)은
    상기 비아 구조를 형성하는 수직 비아의 원형 형상에 대응되게 원형 형상으로 형성되는 도전 패턴;
    상기 일 축 방향으로 상기 수직 비아에 대칭되게 상기 도전 패턴에 형성되는 제1 슬롯 패턴; 및
    상기 타 축 방향으로 상기 수직 비아에 대칭되게 상기 도전 패턴에 형성되는 제2 슬롯 패턴을 포함하고,
    상기 제1 슬롯 패턴은 상기 수직 비아의 상부 및 하부 영역에 형성된 제1 서브 슬롯 및 제2 서브 슬롯을 포함하고.
    상기 제2 슬롯 패턴은 상기 수직 비아의 상부 및 하부 영역에 형성된 제3 서브 슬롯 및 제4 서브 슬롯을 포함하는, 전자 기기.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070182505A1 (en) * 2006-02-08 2007-08-09 Denso Corporation Transmission line transition
KR20130134402A (ko) * 2012-05-31 2013-12-10 한국전기연구원 패치 안테나 및 도파관을 포함하는 천이 구조
KR20140143990A (ko) * 2013-06-10 2014-12-18 한국전기연구원 마이크로스트립 라인과 도파관 사이 밀리미터파 천이 방법
KR20150032972A (ko) * 2013-09-23 2015-04-01 삼성전자주식회사 안테나 장치 및 그를 구비하는 전자 기기
KR20200028460A (ko) * 2017-07-25 2020-03-16 갭웨이브스 에이비 천이 장치, 천이 구조체, 및 통합형 패키지 구조체

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070182505A1 (en) * 2006-02-08 2007-08-09 Denso Corporation Transmission line transition
KR20130134402A (ko) * 2012-05-31 2013-12-10 한국전기연구원 패치 안테나 및 도파관을 포함하는 천이 구조
KR20140143990A (ko) * 2013-06-10 2014-12-18 한국전기연구원 마이크로스트립 라인과 도파관 사이 밀리미터파 천이 방법
KR20150032972A (ko) * 2013-09-23 2015-04-01 삼성전자주식회사 안테나 장치 및 그를 구비하는 전자 기기
KR20200028460A (ko) * 2017-07-25 2020-03-16 갭웨이브스 에이비 천이 장치, 천이 구조체, 및 통합형 패키지 구조체

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