WO2024090631A1 - 캐비티-백 마이크로스트립 다이폴 안테나 - Google Patents

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WO2024090631A1
WO2024090631A1 PCT/KR2022/016755 KR2022016755W WO2024090631A1 WO 2024090631 A1 WO2024090631 A1 WO 2024090631A1 KR 2022016755 W KR2022016755 W KR 2022016755W WO 2024090631 A1 WO2024090631 A1 WO 2024090631A1
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WO
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cavity
antenna
disposed
dipole antenna
ground
Prior art date
Application number
PCT/KR2022/016755
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English (en)
French (fr)
Inventor
홍영택
조일남
정병운
최우철
Original Assignee
엘지전자 주식회사
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Filing date
Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/06—Details

Definitions

  • This specification relates to cavity-back microstrip antennas. Particular implementations relate to cavity-back microstrip antenna arrays and electronic devices including 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 a frequency band between 100 GHz and 10 THz, and 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 patch antenna with high directivity can be used to increase the radiation gain of the antenna.
  • patch antennas have a narrow operating frequency band and antenna gain is limited. Accordingly, a cavity antenna design with wideband operation and high gain in the 120 GHz band is required. In this regard, additional improvements are needed in terms of operating bandwidth and radiation gain to meet the required performance in actual 6G communication.
  • This specification is intended to solve the above-mentioned problems and other problems and to provide an antenna module operating in the terahertz band for 6G communication and an electronic device equipped with the same.
  • the purpose of this specification is to design a terahertz band antenna structure with high radiation gain and wide bandwidth performance.
  • the purpose of this specification is to secure high radiation gain performance across the entire 6G frequency band.
  • the purpose of this specification is to improve antenna directivity and radiation gain by synthesizing the electric field distribution between antenna structures in-phase.
  • a cavity-backed microstrip dipole antenna array includes a printed circuit board (PCB); and a metal substrate.
  • the PCB is a dielectric substrate; a ground disposed on the second surface of the dielectric substrate, the ground comprising a first open area, a second open area and a third open area; radiators disposed in the first open area on the second surface of the dielectric substrate, a first end of the radiators connected to a portion of the ground; a microstrip feeder disposed on the first surface of the dielectric substrate, a portion of the ground being electrically coupled to the microstrip feeder; and a conductive pattern disposed on the second surface of the dielectric substrate, the conductive pattern being electrically coupled to the second end of the radiators.
  • the metal substrate has a third surface; a fourth surface opposite the third surface, wherein the fourth surface of the metal substrate is faced with the first surface of the dielectric substrate; a first cavity disposed on the fourth surface of the metal substrate, the first cavity being formed at a position overlapping the radiators and a first portion of the conductive pattern; a second cavity disposed on the fourth surface of the metal substrate - the second cavity is formed at a position overlapping a second portion of the conductive pattern; and a third cavity disposed on the fourth surface of the metal substrate, wherein the third cavity is connected to the first cavity and the second cavity, and the third cavity is between the first and second portions of the conductive pattern. Formed at a position overlapping with the middle part of - may include.
  • the size, shape, and depth of the first cavity may be the same as the size, shape, and depth of the second cavity, and the size and depth of the third cavity may be smaller than the size and depth of the second cavity. You can.
  • the PCB may include a dielectric substrate; a ground disposed on the second surface of the dielectric substrate, the ground comprising a first open area, a second open area and a third open area; radiators disposed in the first open area on the second surface of the dielectric substrate, a first end of the radiators connected to a portion of the ground; a microstrip feeder disposed on the first surface of the dielectric substrate, a portion of the ground being electrically coupled to the microstrip feeder; and a conductive pattern disposed on the second surface of the dielectric substrate, the conductive pattern being electrically coupled to the second end of the radiators.
  • the interior of the first cavity, the interior of the second cavity, and the interior of the third cavity may be formed of air.
  • the ground may form an open area. Radiators may be provided in the open area.
  • the open area of the ground may be formed to be smaller than the size of the first cavity.
  • the radiators may be formed of a first radiator pattern and a second radiator pattern.
  • a first portion of a slot may be formed between the first radiator pattern and the second radiator pattern.
  • a second portion of the slot may be formed in the ground connected to the radiators. The first portion of the slot and the second portion of the slot may be connected. The spacing of the second portion of the slot may be wider than that of the first portion of the slot.
  • the size of the first cavity and the second cavity may be 1.18
  • the depth of the third cavity may be 0.13 mm.
  • three first cavities and three second cavities may be arranged in a central area, one side area adjacent to the center area, and the other side area in the horizontal direction, respectively.
  • the third cavity may be configured to connect the first cavity and the second cavity in the central area where the radiator is disposed.
  • the size of the third cavity may be 0.12 x 0.5 mm in the horizontal and vertical directions.
  • the height of the metal substrate may be 1.0 mm.
  • the height of the dielectric substrate may be 80um.
  • a cavity-backed microstrip dipole antenna array includes a dielectric substrate; a ground disposed on the first surface of the dielectric substrate, the ground comprising a first open area, a second open area and a third open area; a first radiator disposed in the first open area on the first surface of the dielectric substrate, a first end of the first radiator connected to a first portion of the ground; a second radiator disposed in the first open area on the first surface of the dielectric substrate, a third end of the second radiator connected to a second portion of the ground; a first gap disposed between the first portion of the ground and the second portion of the ground; a second gap disposed between the first radiator and the second radiator; a microstrip feeder disposed on the second surface of the dielectric substrate, the microstrip feeder being electrically coupled to the first portion and the second portion of the ground; and a printed circuit board (PCB) including a conductive pattern disposed on the first surface of the dielectric substrate, wherein the conductive pattern is electrically coupled to PCB
  • the antenna array may include a metal substrate.
  • the metal substrate has a third surface; a fourth surface opposite the third surface, wherein the fourth surface of the metal substrate is faced with the first surface of the dielectric substrate; a first cavity disposed on the fourth surface of the metal substrate - the first cavity is formed at a position overlapping the first and second radiators and a first portion of the conductive pattern; a second cavity disposed on the fourth surface of the metal substrate, the second cavity being formed at a position overlapping a second portion of the conductive pattern; and a third cavity disposed on the fourth surface of the metal substrate, wherein the third cavity is connected to the first cavity and the second cavity, and the third cavity is between the first and second portions of the conductive pattern.
  • - is formed at a position overlapping with the middle portion of - and the size, shape and depth of the first cavity are the same as the size, shape and depth of the second cavity, and the size and depth of the third cavity are the same as the second cavity. 2 It can be formed smaller than the size and depth of the cavity.
  • the interior of the first cavity, the interior of the second cavity, and the interior of the third cavity may be formed of air.
  • the ground may form an open area, and the first and second radiators may be provided in the open area.
  • the open area of the ground may be formed to be smaller than the size of the first cavity.
  • a first portion of a slot may be formed between the first radiator and the second radiator.
  • a second portion of the slot may be formed in the ground connected to the radiators. The first portion of the slot and the second portion of the slot may be connected. The spacing of the second portion of the slot may be wider than that of the first portion of the slot.
  • the size of the first cavity and the second cavity may be 1.18
  • the depth of the third cavity may be 0.13 mm.
  • the first cavity and the second cavity are each disposed in a central region in the horizontal direction, one side region adjacent to the center region, and three cavities on the other side, and the third cavity is located in the center where the radiator is disposed. It is configured to connect the first cavity and the second cavity of the region, and the size of the third cavity may be 0.12 x 0.5 mm in the horizontal and vertical directions.
  • the height of the metal substrate may be 1.0 mm.
  • the height of the dielectric substrate may be 80um.
  • an antenna module operating in the terahertz band and an electronic device including the same can be provided.
  • a terahertz band antenna structure with high radiation gain and wide bandwidth performance can be designed through a multi-cavity structure.
  • high radiation gain performance can be secured throughout the 6G frequency band through optimal design of the shape, size, and depth of the multi-cavity structure.
  • the electric field distribution between antenna structures can be synthesized in-phase through optimal design of the shape, size, and depth of the multi-cavity structure, thereby improving antenna directivity and radiation gain.
  • 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.
  • 7A to 7C show a microstrip dipole antenna with a single cavity back structure.
  • Figures 8a and 8b show the reflection coefficient and gain characteristics of a microstrip dipole antenna with a single cavity back structure.
  • 9A to 9C show a microstrip dipole antenna in which a plurality of cavities are formed according to the present specification.
  • Figures 10a and 10b show an exploded perspective view and a front view of an antenna structure in which a plurality of cavities are formed in a dielectric substrate according to an embodiment of the present specification.
  • Figure 11a compares the reflection coefficient and radiation gain of an antenna with a single cavity structure and an antenna with a multi-cavity structure.
  • Figures 11b and 11c show electric field distributions in the first and second side directions in a single-cavity antenna and a multi-cavity antenna.
  • FIGS. 12A and 12B show simulation results of the reflection coefficient characteristics and radiation gain characteristics of the antenna in the structure in which the plurality of cavities of FIG. 10B are formed with the same length.
  • Figure 13a shows antenna radiation gain characteristics according to the width of the second cavity.
  • Figure 13b shows the electric field distribution of an antenna structure having second cavities with different width values.
  • FIG. 13C shows a 3D radiation pattern of the antenna structure having second cavities with different width values of FIG. 13B.
  • Figure 14a shows antenna radiation gain characteristics according to the change in spacing between the first and second cavities.
  • Figure 14b shows the electric field distribution of an antenna structure having first and second cavities with different spacing values.
  • FIG. 14C shows a 3D radiation pattern of the antenna structure having first and second cavities with different spacing values of FIG. 14B.
  • Figure 15a shows antenna radiation gain characteristics according to change in the length of the second subpattern.
  • Figure 15b shows the electric field distribution of an antenna structure including second sub-patterns having different lengths.
  • FIG. 15C shows a 3D radiation pattern of the antenna structure having second sub-patterns of different lengths of FIG. 15B.
  • Figures 16a and 16b show a cavity-back microstrip dipole antenna array structure.
  • Figure 17a 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 17b is an enlarged view of a plurality of array antenna modules.
  • FIG. 18 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 goals are 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-metal/non-polarized 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, suggestions 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 proposals, methods and/or operation flowcharts, 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.
  • Figures 7a to 7c show a microstrip dipole antenna with a single cavity back structure.
  • Figure 7a is an enlarged perspective view of a portion of a microstrip dipole antenna with a single cavity back structure.
  • Figure 7b is a front view of a microstrip dipole antenna with a single cavity back structure.
  • Figure 7c shows a side view of a microstrip dipole antenna with a single cavity back structure and a structure in which a cavity is formed in a substrate.
  • the dipole antenna structure may be configured to include a PCB 1100 and a metal substrate 1200.
  • the metal substrate 1200 may be placed in the lower area of the PCB 1100.
  • the metal substrate 1200 may have an overall metal structure, but is not limited thereto and may include a metal structure with an empty interior or a metal structure with only the surface plated to a certain thickness.
  • the PCB 1100 and the metal substrate 1200 may also be referred to as a first substrate and a second substrate, respectively.
  • the PCB 1100 may be formed of a silicon substrate, and the metal substrate 1200 may have a surface formed of a metal material.
  • the dielectric constant of the PCB (1100) implemented with a silicon substrate is about 11.7, and the thickness of the PCB (1100) can be about 80 um.
  • the thickness of the metal substrate 1200 may be approximately 1 mm.
  • the PCB 1100 may be configured to include a dielectric substrate 1010, a ground 1110g, and a radiator 1110.
  • the PCB 1100 may be configured to further include a microstrip feeder 1110f and a conductive pattern 1120.
  • a metal layer may be formed on the back first surface S1 and the front second surface S2 of the dielectric substrate 1010.
  • An radiator 1110 and a ground 1110g may be disposed on the first surface S1 of the dielectric substrate 1010.
  • a microstrip feeder 1110f may be formed on the second surface S2 of the dielectric substrate 1010.
  • the microstrip feeder 1110f is implemented to have a characteristic impedance of 50 ohm, and forms a power feeding structure using coupling with the slot 1100s on the first surface S1.
  • the radiator 1110 may be formed of a first radiator pattern 1111a and a second radiator pattern 1111b.
  • the length of the radiator 1110 on one axis may be approximately 0.38 mm.
  • the first radiator pattern 1111a and the second radiator pattern 1111b may be formed to be spaced apart from each other by a predetermined distance, for example, about 34 um.
  • the ground 1110g may include an open area (OA).
  • the radiator 1110 may be disposed within the open area (OA).
  • the length of the open area (OA) along one axis may be approximately 1.18 mm.
  • the end of the open area OA may be extended in the other axis direction to be coupled by the microstrip feeder 1110f.
  • the length of the open area (OA) along the other axis may be approximately 0.74 mm.
  • a cavity 1210 may be formed in the metal substrate 1200 corresponding to the area where the radiator 1110 is formed.
  • the depth of the cavity 1210 may be approximately 0.35 mm.
  • the thickness of the metal substrate 1200 disposed below the PCB 1100, which is a silicon substrate, is formed to be about 1 mm, and the thickness from the bottom of the cavity 1210 to the bottom of the metal substrate 1200 is formed to be about 0.65 mm. You can.
  • a cavity 1210 may be formed corresponding to the area where the open area OA of the ground 1110g is formed.
  • the cavity 1210 may be formed to have a length of 1.18 x 0.74 mm in one axis and the other axis.
  • a cavity 1210 is formed in the metal substrate 1200 to improve antenna directivity and antenna gain.
  • Figures 8a and 8b show the reflection coefficient and gain characteristics of a microstrip dipole antenna with a single cavity back structure.
  • the reflection coefficient bandwidth of the microstrip dipole antenna of the single cavity back structure can be set to 19.7GHz, which is 150 to 169.7GHz based on -10dB or less.
  • the radiation gain in the 6G frequency band of D-band has a value of about 4.4 to 6.4 dBi.
  • the radiation gain has a value of about 6.0dBi
  • the maximum radiation gain has a value of 6.4dBi at 165GHz.
  • the 6G frequency band of D-band can be set to about 151 to 175 GHz.
  • a microstrip dipole antenna with a single cavity back structure may have a radiation pattern formed to have directivity in a direction perpendicular to the horizontal plane on which the dipole antenna is placed.
  • FIGS. 9A to 9C show a microstrip dipole antenna in which a plurality of cavities are formed according to the present specification.
  • Figure 9a shows a perspective view of the microstrip dipole antenna structure and an enlarged view of some areas.
  • Figure 9b shows a front view of the microstrip dipole antenna structure of Figure 9a.
  • FIG. 9C shows a side view of the microstrip dipole antenna structure in which a plurality of cavities are formed in the antenna structure of FIG. 9A.
  • the dipole antenna structure may be configured to include a PCB (1100) and a metal substrate (1200).
  • the metal substrate 1200 may be placed in the lower area of the PCB 1100.
  • the PCB 1100 and the metal substrate 1200 may also be referred to as a first substrate and a second substrate, respectively.
  • the PCB 1100 may be configured to include a dielectric substrate 1010, a ground 1110g, and radiators 1110.
  • the PCB 1100 may be configured to further include a microstrip feeder 1110f and a conductive pattern 1120.
  • the dielectric substrate 1010 may have a first surface (S1) and a second surface (S2).
  • the second surface S2 may be on an opposite side from the first surface S1.
  • the first surface S1 and the second surface S2 may form a rear surface and a front surface of the dielectric substrate 1010, respectively.
  • the ground 1110g may be disposed on the second surface S2 of the dielectric substrate 1010.
  • the ground 1110g may include a first open area (OA1), a second open area (OA2), and a third open area (OA3).
  • the second open area OA2 and the third open area OA3 may be disposed on one side of the first open area OA1 and on the other side.
  • the radiators 1110 may be disposed in the first open area OA1 at the center of the second surface S2 of the dielectric substrate 1010. First ends of the radiators 1110 may be connected to a portion of the ground 1110g.
  • the microstrip feeder 1110f may be disposed on the first surface S1 of the dielectric substrate 1010. A portion of the ground 1110g may be electrically coupled to the microstrip feeder 1110f.
  • the microstrip feeder 1110f disposed on the first surface S1 of the dielectric substrate 1010 is electrically coupled to the slot 1100s on the first surface S1 of the dielectric substrate 1010 to generate radiators 1110. Power can be supplied through coupling.
  • a conductive pattern 1120 may be disposed on the second surface S2 of the dielectric substrate 1010.
  • the conductive pattern 1120 may be electrically coupled to the second end of the radiators 1110. Although the radiators 1110 and the conductive pattern 1120 are not directly connected, the signals of the radiators 1110 may be combined into the conductive pattern 1120 by being spaced apart by a predetermined distance.
  • the radiators 1110 and the conductive pattern 1120 are each connected to the ground 1110g, so the radiators 1110 and the conductive pattern 1120 are not directly connected, but are connected through the ground 1110g.
  • the metal substrate 1200 may include a third surface S3 and a fourth surface S4.
  • the fourth surface S4 may be on the opposite side from the third surface S3.
  • the third surface S3 and the fourth surface S4 may form the back and front surfaces of the metal substrate 1200, respectively.
  • the fourth surface S4 of the metal substrate 1200 may be formed to face the first surface S1 of the dielectric substrate 1010.
  • the height of the metal substrate 1200 may be formed to be higher than the height of the dielectric substrate 1010.
  • the height of the metal substrate 1200 may be formed higher, so that a plurality of cavities may be formed in the metal substrate 1200 .
  • the height of the metal substrate 1200 may be 1.0 mm.
  • the height of the dielectric substrate 1010 may be 80um.
  • FIGS. 10A and 10B show an exploded perspective view and front view of an antenna structure in which a plurality of cavities are formed in a dielectric substrate according to an embodiment of the present specification.
  • FIG. 10A is an exploded perspective view of an antenna structure in which a plurality of cavities are formed in a dielectric substrate according to an embodiment of the present specification and an enlarged view of the third cavity.
  • FIG. 10B is a front view showing a plurality of cavities formed in the dielectric substrate of the antenna structure of FIG. 10A.
  • the metal substrate 1200 may be configured to include a first cavity 1210, a second cavity 1220, and a third cavity 1230.
  • the first cavity 1210 may be disposed on the fourth surface S4 of the metal substrate 1200.
  • the first cavity 1210 may be formed at a location that overlaps the radiators 1110 and the first portion of the conductive pattern 1200.
  • a second cavity 1220 may be disposed on the fourth surface S4 of the metal substrate 1200.
  • the second cavity 1220 may be formed at a position overlapping the second portion of the conductive pattern 1200.
  • a third cavity 1230 may be disposed on the fourth surface S4 of the metal substrate 1200.
  • the third cavity 1230 may be formed at a position that overlaps the middle portion between the first portion 1121 and the second portion 1122 of the conductive pattern 1120 .
  • a third cavity 1230 may be formed to be connected to the first cavity 1210 and the second cavity 1220.
  • the third cavity 1230 may be formed between the first cavity 1210 and the second cavity 1220.
  • the size, shape, and depth of the first cavity 1210 may be the same as the size, shape, and depth of the second cavity 1220.
  • the interior of the first cavity 1210, the interior of the second cavity 1220, and the interior of the third cavity 1230 may be formed of air. Accordingly, the radiation efficiency of the signal radiated from the radiators 1110 can be improved by preventing propagation loss due to surface waves formed in the dielectric region 1010 where the radiators 1110 are disposed.
  • the surface wave formed in the dielectric region 1010 may radiate to the top of the radiators 1110 through the inside of the first cavity 1210, the inside of the second cavity 1220, and the inside of the third cavity 1230.
  • the interior of at least one of the first cavity 1210, the second cavity 1220, and the third cavity 1230 may be formed of a dielectric structure.
  • the dielectric constant of the dielectric structure associated with the cavity may be set to a lower value than the dielectric constant of the metal substrate 1200.
  • the dielectric constant of the dielectric structure associated with the cavity is set lower than the dielectric constant of the metal substrate 1200, radiation efficiency can be improved.
  • the ground 1110g may form the open area OA1.
  • Radiators 1110 may be provided in the open area OA1.
  • a first cavity 1211 and a second cavity 1221 may be formed corresponding to the open area OA1. Accordingly, the radiation efficiency of the radiators 1110 provided in the open area OA1 may be improved.
  • a second open area OA2 and a third open area OA3 may be formed on one side and the other side of the open area OA1 adjacent to the open area OA1. Accordingly, first cavities 1212 and 1213 and second cavities 1222 and 1223 may be formed corresponding to the second open area OA2 and the third open area OA3. Accordingly, surface waves from one side and the other side of the radiators 1110 are radiated upward in the second and third open areas OA2 and OA3, thereby improving radiation efficiency.
  • the open area OA of the ground 1110g may be formed to be smaller than the size of the first cavity 1211.
  • the second and third open areas OA2 and OA3 of the ground 1110g may also be formed to be smaller than the size of the first cavities 1212 and 1213.
  • the size of the first cavities 1211 to 1213 may be larger than the size of the first to third open areas OA1 to OA3 of the ground 1110g.
  • Surface waves formed in the first to third open areas OA1 to OA3 of the ground 1110g may be accommodated inside the first cavities 1211 to 1213 and propagate to the upper area of the radiators 1110. Accordingly, the surface wave component formed in the boundary area of the first to third open areas OA1 to OA3 of the ground 1110g propagates to the upper area of the radiators 1110, thereby improving radiation efficiency.
  • the first cavity 1210 and the second cavity 1220 are arranged in one axis direction corresponding to the first to third open areas OA1 to OA3 formed in the ground 1110g of the PCB 1000 disposed on the upper portion. You can. Three first cavities 1210 and two second cavities 1220 may be arranged in the horizontal direction, respectively, in the center area, one side area adjacent to the center area, and the other side area, respectively.
  • the first cavity 1210 may include a plurality of cavities 1211 to 1213 arranged to be spaced apart in one axis direction.
  • the second cavity 1220 may include a plurality of cavities 1221 to 1223 arranged to be spaced apart in one axis direction.
  • the third cavity 1230 may be formed as a single structure only in the central area.
  • the third cavity 1230 may be formed to be connected to the first cavity 1211 and the second cavity 1221 disposed in the center area.
  • the third cavity 1230 may be configured to connect the first cavity 1211 and the second cavity 1221 in the central area where the radiator 1110 is disposed.
  • a second radiator 1112 corresponding to a coupling pattern may be disposed in the area where the third cavity 1230 is formed.
  • the third cavity 1230 in which the coupling pattern is disposed may be referred to as a coupling slit.
  • the size and depth of the third cavity 1230 may be smaller than those of the first cavity 1210 or the second cavity 1220.
  • the size of the third cavity 1230 may be 0.12 x 0.5 mm in the horizontal and vertical directions.
  • the first cavity 1210 and the second cavity 1220 may be formed to have a predetermined length (L) in one axis direction.
  • the first cavity 1210 may be formed to have a first width W1 in the other axis direction.
  • the second cavity 1220 may be formed to have a second width W2 in the other axis direction.
  • the first width W1 of the first cavity 1210 and the second width W2 of the second cavity 1220 may be set to the same value, but are not limited to this.
  • Antenna performance may change according to changes in the length (L) of the first cavity 1210 and the second cavity 1220.
  • Figure 11a compares the reflection coefficient and radiation gain of an antenna with a single cavity structure and an antenna with a multi-cavity structure.
  • the reflection coefficient of the antenna of the single cavity structure has a double resonance based on the center frequency and operates as a radiator within the first bandwidth (BW1) based on -10dB . Double resonance characteristics occur due to the first resonance mode of the dipole antenna and the second resonance mode of the single cavity structure.
  • the reflection coefficient of the antenna of the single cavity structure is multi-resonant based on the center frequency, and the second bandwidth (BW2) is wider than the first bandwidth (BW1) based on -10 dB. It acts as an emitter within the body. Multiple resonance characteristics occur due to the first resonance mode of the dipole antenna and the second to fourth resonance modes of the first to third cavities.
  • the cavity 1210 of FIG. 7C(b) may have lengths a and b in one axis and the other axis and a depth of d.
  • the resonance frequency of the resonance mode formed by the cavity 1210 may be determined as shown in Equation 1.
  • m, n, l are wave numbers determined by the resonance mode, and when the values of a, b, and d are determined, the resonance frequency can be derived by Equation 1.
  • c is the speed of light and ⁇ r and ⁇ r represent relative permittivity and relative permeability. It is possible to implement double resonance characteristics by setting the resonance frequency by a single cavity adjacent to the resonance frequency by a dipole antenna. It is possible to implement multiple resonance characteristics by setting the second to fourth resonance frequencies by the multi-cavity adjacent to the resonance frequencies by the dipole antenna.
  • the radiation gain of the single cavity structure antenna has a maximum value of 6.4dBi.
  • the radiation gain of the antenna with (ii) a multi-cavity structure takes a value of up to 10.9 dBi, which is about 4.5 dB more than the radiation gain of the antenna with a (i) single cavity structure.
  • the multi-cavity structure improves the directivity of the dipole antenna, increasing radiation efficiency.
  • Figures 11b and 11c show electric field distributions in the first and second lateral directions in a single cavity structure antenna and a multi-cavity structure antenna.
  • a cavity back dipole antenna using a single cavity structure is a structure that radiates by combining the first resonance mode of the dipole antenna and the second resonance mode of the cavity.
  • the signal is radiated in a first direction (D1) perpendicular to the dipole antenna, but the signal is also radiated in a second direction (D2) and a third direction (D3) that are different from the first direction. Accordingly, the electric field is still scattered over a wide width, making it impossible to form a directional beam pattern. Therefore, there is a need to further improve the radiation gain of the antenna in the single cavity structure.
  • FIGS. 9A, 11C(a), and 11C(b) the electric field distribution in the first side direction (SD1) and the second side direction (SD2) of the multi-cavity antenna module is shown.
  • An electric field can be coupled and supplied to cavity structures arranged adjacent to a single cavity structure to form a resonance mode and be used as an additional radiated source.
  • the electric field formed by the added cavity structure and the electric field formed by the dipole antenna are combined to focus the beam in the first vertical direction D1. If the electric field is not properly synthesized between a plurality of cavities, it is difficult to achieve a gain increase effect.
  • FIGS. 12A and 12B show simulation results of the reflection coefficient characteristics and radiation gain characteristics of the antenna in the structure in which the plurality of cavities of FIG. 10B are formed with the same length.
  • the operating band of the antenna moves to a low frequency band.
  • the operating band of the antenna moves to a high frequency band.
  • the lengths (L) of the first cavity 1210 and the second cavity 1220 are 1.18 mm and 1.23 mm, they have reflection coefficient characteristics of -10 dB or less at 151 to 175 GHz.
  • the overall frequency band for 6G communications is 151 to 175 GHz.
  • antenna gain characteristics are high at about 8 dB or more at 151 to 175 GHz. It can be seen that when the length (L) of the first cavity 1210 and the second cavity 1220 is 1.03 mm to 1.13 mm, the antenna gain is slightly reduced in the 151 to 160 GHz band compared to the case where the length (L) of the first cavity 1210 and the second cavity 1220 is 1.18 mm and 1.23 mm.
  • the size of the first cavity 1210 and the second cavity 1220 may be 1.18 x 0.74 mm in the horizontal and vertical directions.
  • the depth of the first cavity 1210 and the second cavity 1220 may be 0.35 mm.
  • the depth of the third cavity 1230 may be 0.13 mm.
  • the width of one of the first cavity 1210 and the second cavity 1220 may be 0.74 mm, and the width of the other cavity may be a different value.
  • Figure 13a shows antenna radiation gain characteristics depending on the width of the second cavity.
  • Figure 13b shows the electric field distribution of an antenna structure having second cavities with different width values.
  • FIG. 13C shows a 3D radiation pattern of the antenna structure having second cavities with different width values of FIG. 13B.
  • the antenna structure when the width W2 of the second cavity 1220 is set to 0.54 mm, the antenna structure has an antenna gain value of 8 dB or less in the entire frequency band.
  • the antenna structure When the width (W2) of the second cavity 1220 is set to 0.64 mm, the antenna structure has an antenna gain value of 8 dB or less in the frequency band of 155 GHz or less.
  • the antenna structure When the width (W2) of the second cavity 1220 is set to 0.74 mm, the antenna structure has an antenna gain value of 8 dB or more.
  • the width (W2) of the second cavity 1220 is set to 0.84 mm, the antenna structure has an antenna gain value of 8 dB or more.
  • the width W2 of the second cavity 1220 may be set to 0.84 mm, the same as the width W1 of the first cavity 1210.
  • the width W2 of the second cavity 1220 when the width W2 of the second cavity 1220 is set to 0.54 mm, the first peak region (PR1) and the second peak of the electric field distribution of the antenna structure
  • the region PR2 is formed in a first direction and a second direction, which are different from each other. If the width W2 of the second cavity 1220 is 0.54 mm, the electric field generated by the second cavity 1220 is not in phase with the electric field generated by the dipole antenna, resulting in a decrease in radiation gain performance.
  • Figure 13c(a) shows the 3D radiation pattern of the antenna structure when the width W2 of the second cavity 1220 is 0.54 mm.
  • the width W2 of the second cavity 1220 is 0.54 mm
  • the radiation pattern component by the second cavity 1220 and the radiation by the dipole antenna Pattern components are separated rather than synthesized. Therefore, if the width W2 of the second cavity 1220 is 0.54 mm, the phase of the electric field component or the phase of the radiation pattern component of the cavity and the dipole antenna are not synthesized in phase. Accordingly, if the width (W2) of the second cavity 1220 is 0.54 mm, antenna performance deteriorates.
  • the peak area PR of the electric field distribution of the antenna structure is formed in the same direction.
  • the peak area PR of the electric field distribution of the antenna structure is formed in a direction perpendicular to the antenna structure. Therefore, if the width W2 of the second cavity 1220 is 0.74 mm, the electric field generated by the second cavity 1220 can be synthesized in phase with the electric field generated by the dipole antenna. The electric field generated by the second cavity 1220 is synthesized in phase with the electric field generated by the dipole antenna, thereby improving radiation gain performance.
  • Figure 13c(b) shows the 3D radiation pattern of the antenna structure when the width W2 of the second cavity 1220 is 0.74 mm.
  • the radiation pattern component by the second cavity 1220 and the radiation by the dipole antenna Pattern components are synthesized in the vertical direction of the antenna structure.
  • the peak value of the radiation pattern in FIG. 11C(b) where the width W2 of the second cavity 1220 is 0.74 mm is the peak value of the radiation pattern in FIG. 11C(a) where the width W2 of the second cavity 1220 is 0.54 mm. It has a value greater than the peak value.
  • the width W2 of the second cavity 1220 is 0.74 mm
  • the phase of the electric field component or the phase of the radiation pattern component of the cavity and the dipole antenna is synthesized in phase in the vertical direction, thereby improving directivity. Accordingly, when the width W2 of the second cavity 1220 is 0.74 mm, the radiation pattern peak value increases, thereby improving antenna performance. Additionally, when the width W2 of the second cavity 1220 is 0.74 mm, the radiation pattern is formed in a symmetrical shape with respect to the vertical direction, improving antenna performance.
  • Antenna performance can be improved by adjusting the gap between the first cavity 1210 and the second cavity 1220.
  • the width W3 of the third cavity 1230 connected to the first cavity 1210 and the second cavity 1220 changes.
  • Figure 14a shows antenna radiation gain characteristics according to a change in the spacing between the first and second cavities.
  • Figure 14b shows the electric field distribution of an antenna structure having first and second cavities with different spacing values.
  • FIG. 14C shows a 3D radiation pattern of the antenna structure having first and second cavities with different spacing values of FIG. 14B.
  • the gap between the first cavity 1210 and the second cavity 1220 is expressed as the width W3 of the third cavity 1230.
  • the antenna structure when the width W3 of the third cavity 1230 is set to 1.5 mm, the antenna structure slightly reduces the antenna gain value in some frequency bands below 160 GHz.
  • the antenna structure When the width W3 of the third cavity 1230 is set to 1.0 mm, the antenna structure slightly reduces the antenna gain value in some frequency bands above 160 GHz.
  • the antenna structure When the width W3 of the third cavity 1230 is set to 0.5 mm, the antenna structure has a high antenna gain value of 9 dB or more in the entire frequency band.
  • the width W3 of the third cavity 1230 when the width W3 of the third cavity 1230 is set to 1.5 mm, the first peak area PR1 and the second peak area PR2 of the electric field distribution of the antenna structure ) is formed in different directions, the first direction and the second direction. If the width (W3) of the third cavity 1230 is 1.5 mm, the electric field generated by the first cavity 1210 and the second cavity 1220 is not in phase with the electric field generated by the dipole antenna, and thus radiation Gain performance deteriorates.
  • Figure 14c(a) shows the 3D radiation pattern of the antenna structure when the width W3 of the third cavity 1230 is 1.5 mm.
  • the width W3 of the third cavity 1230 is 0.54 mm, the radiation pattern by the first cavity 1210 and the second cavity 1220 The radiation pattern component and the dipole antenna component are separated rather than synthesized. Accordingly, if the width W3 of the third cavity 1230 is 1.5 mm, the phase of the electric field component or the phase of the radiation pattern component of the cavity and the dipole antenna are not synthesized in phase. Accordingly, if the width W3 of the third cavity 1230 is 1.5 mm, antenna performance deteriorates.
  • the width W3 of the third cavity 1230 when the width W3 of the third cavity 1230 is set to 0.5 mm, the peak area PR of the electric field distribution of the antenna structure is formed in the same direction.
  • the width W3 of the third cavity 1230 is set to 0.5 mm, the peak area PR of the electric field distribution of the antenna structure is formed in a direction perpendicular to the antenna structure. Therefore, if the width W3 of the third cavity 1230 is 0.5 mm, the electric field generated by the first cavity 1210 and the second cavity 1220 can be synthesized in phase with the electric field generated by the dipole antenna. .
  • the electric field generated by the first cavity 1210 and the second cavity 1220 is synthesized in phase with the electric field generated by the dipole antenna, thereby improving radiation gain performance.
  • Figure 14c(b) shows the 3D radiation pattern of the antenna structure when the width W3 of the third cavity 1230 is 0.5 mm. 10B, 14B(a), and 14C(b), if the width W3 of the third cavity 1230 is 0.5 mm, the radiation pattern by the first cavity 1210 and the second cavity 1220 The radiation pattern component and the dipole antenna component are synthesized in the vertical direction of the antenna structure.
  • the peak value of the radiation pattern of FIG. 12C(b) where the width W3 of the third cavity 1230 is 0.5 mm is the peak value of the radiation pattern of FIG. 12C(a) where the width W3 of the third cavity 1230 is 1.5 mm. It has a value greater than the peak value.
  • the width W3 of the third cavity 1230 is 0.5 mm
  • the phase of the electric field component or the phase of the radiation pattern component of the cavity and the dipole antenna is synthesized in phase in the vertical direction, thereby improving directivity.
  • the width W3 of the third cavity 1230 is 0.5 mm
  • the radiation pattern peak value increases, thereby improving antenna performance.
  • the width W3 of the third cavity 1230 is 0.5 mm
  • the radiation pattern is formed in a left-right symmetrical shape with respect to the vertical direction, thereby improving antenna performance.
  • the first cavity 1210 and the second cavity 1220 may have a size of 1.18 x 0.74 mm in the horizontal and vertical directions.
  • the length (L) of the first cavity 1210 and the second cavity 1220 may be 1.18 mm.
  • the width W1 of the first cavity 1210 and the width W2 of the second cavity 1220 may be 0.74 mm.
  • the depth of the first cavity 1210 and the second cavity 1220 may be 0.35 mm.
  • the width W3 of the third cavity 1230 may be 0.5 mm.
  • the ground 1110g may be disposed on the second surface S2 of the dielectric substrate 1010.
  • the ground 1110g may include a first open area (OA1), a second open area (OA2), and a third open area (OA3).
  • the second open area OA2 and the third open area OA3 may be disposed on one side of the first open area OA1 and on the other side.
  • the radiators 1110 may be disposed in the first open area OA1 at the center of the second surface S2 of the dielectric substrate 1010. First ends of the radiators 1110 may be connected to a portion of the ground 1110g.
  • the microstrip feeder 1110f may be disposed on the first surface S1 of the dielectric substrate 1010. A portion of the ground 1110g may be electrically coupled to the microstrip feeder 1110f.
  • the microstrip feeder 1110f disposed on the first surface S1 of the dielectric substrate 1010 is electrically coupled to the slot 1100s on the first surface S1 of the dielectric substrate 1010 to generate radiators 1110. Power can be supplied through coupling.
  • a conductive pattern 1120 may be disposed on the second surface S2 of the dielectric substrate 1010. The conductive pattern 1120 may be electrically coupled to the second end of the radiators 1110.
  • the radiators 1110 may be formed in a plurality of radiator patterns.
  • the radiators 1110 may be formed of a first radiator 1111 and a second radiator 1112.
  • the second radiator 1112 may be formed in a structure separate from the first radiator 1111.
  • One end of the second radiator 1112 may be formed to be spaced apart from the end of the first radiator 1111.
  • the other end of the second radiator 1112 may be disposed in the second cavity 1221 in the central area.
  • the other end of the second radiator 1112 may be formed to have a predetermined length CL in one axis direction.
  • the second radiator 1112 may include a first sub-pattern 1112a and a second sub-pattern 1112b corresponding to a coupling pattern.
  • the second sub-pattern 1112b may be formed to have a predetermined length CL in one axis direction.
  • the slot 1110s may be configured to include a first part 1111s and a second part 1112s.
  • a first portion 1111s of the slot may be formed between the first radiator pattern 1111a and the second radiator pattern 1111b.
  • a second portion 1112s of the slot may be formed in the ground 1110g connected to the radiators 1100.
  • the first part 1111s of the slot and the second part 1112s of the slot may be connected.
  • the spacing SG2 of the second part 1112s of the slot may be wider than the spacing SG1 of the first part 1111s of the slot.
  • Figure 15a shows antenna radiation gain characteristics according to a change in the length of the second subpattern.
  • Figure 15b shows the electric field distribution of an antenna structure including second sub-patterns having different lengths.
  • FIG. 15C shows a 3D radiation pattern of the antenna structure having second sub-patterns of different lengths of FIG. 15B.
  • the antenna gain value is reduced to 8 dB or less in the frequency band of 155 GHz or less. If the length (CL) of the second sub-pattern 1112b is set to 1.1 mm, the antenna gain value is reduced to 8 dB or less in some frequency bands centered on 160 GHz.
  • the antenna structure has a high antenna gain value of about 9 dB or more in the entire frequency band.
  • the antenna structure has a high antenna gain value of about 10 dB or more in a frequency band of 160 GHz or more.
  • the antenna radiation performance changes.
  • design optimization of the second sub-pattern 1112b corresponding to the coupling pattern is required.
  • the signal and cavity resonance mode applied to the second cavity 121 change depending on the length CL of the second sub-pattern 1112b. Accordingly, when the signal applied to the second cavity 121 and the signal applied to the first cavity 111 are not synthesized in phase, antenna gain performance may be deteriorated.
  • the length CL of the second sub-pattern 1112b when the length CL of the second sub-pattern 1112b is set to 1.1 mm, the first peak area PR1 and the second peak area (PR1) of the electric field distribution of the antenna structure ( PR2) is formed in different directions, the first direction and the second direction. If the length (CL) of the second sub-pattern 1112b is 1.1 mm, the electric field generated by the first cavity 1210 and the second cavity 1220 is not synthesized in phase with the electric field generated by the dipole antenna. Radiation gain performance deteriorates.
  • Figure 15c(a) shows the 3D radiation pattern of the antenna structure when the length (CL) of the second sub-pattern 1112b is 1.1 mm.
  • the length CL of the second sub-pattern 1112b is 1.1 mm
  • the phase of the electric field component or the phase of the radiation pattern component of the cavity and dipole antenna is not synthesized in phase.
  • antenna performance deteriorates.
  • the peak area PR of the electric field distribution of the antenna structure is formed in the same direction.
  • the peak area PR of the electric field distribution of the antenna structure is formed in a direction perpendicular to the antenna structure. Therefore, if the length (CL) of the second sub-pattern 1112b is 0.3 mm, the electric field generated by the first cavity 1210 and the second cavity 1220 can be synthesized in phase with the electric field generated by the dipole antenna. there is. The electric field generated by the first cavity 1210 and the second cavity 1220 is synthesized in phase with the electric field generated by the dipole antenna, thereby improving radiation gain performance.
  • Figure 15c(b) shows the 3D radiation pattern of the antenna structure when the length (CL) of the second sub-pattern 1112b is 0.3 mm.
  • the first cavity 1210 and the second cavity 1220 The radiation pattern component by and the radiation pattern component by the dipole antenna are synthesized in the vertical direction of the antenna structure.
  • the peak value of the radiation pattern in FIG. 14C(b) where the length (CL) of the second sub-pattern 1112b is 0.3 mm is the peak value of FIG. 14C(a) where the length (CL) of the second sub-pattern 1112b is 1.1 mm.
  • the radiation pattern peak value It has a value greater than the radiation pattern peak value. Therefore, if the length CL of the second sub-pattern 1112b is 0.3 mm, the phase of the electric field component or the phase of the radiation pattern component of the cavity and dipole antenna is synthesized in-phase in the vertical direction, thereby improving directivity. Accordingly, when the length CL of the second sub-pattern 1112b is 0.3 mm, the peak value of the radiation pattern increases, thereby improving antenna performance. Additionally, when the length CL of the second sub-pattern 1112b is 0.3 mm, the radiation pattern is formed in a left-right symmetrical shape with respect to the vertical direction, thereby improving antenna performance.
  • Figures 16a and 16b show a cavity-back microstrip dipole antenna array structure.
  • Figure 16a is an enlarged perspective view of a portion of the cavity-back microstrip dipole antenna array structure.
  • Figure 16b is a front view of the cavity-back microstrip dipole antenna array structure.
  • the antenna array structure of FIGS. 16A and 16B is shown as a 1x8 array antenna, it is not limited to this and can be changed to a 1x4, 1x6, 1x10, 1x12, or 1x16 array antenna.
  • the antenna array structure of FIGS. 16A and 16B can also be implemented as a two-dimensional array antenna, such as an M x N array.
  • a cavity-backed microstrip dipole antenna array 1100 may be configured to include a PCB 1100 and a metal substrate 1200.
  • the description of the single antenna structure with a plurality of cavities described above can also be applied to the dipole antenna array structure of FIGS. 15A and 15B.
  • the metal substrate 1200 may be placed in the lower area of the PCB 1100.
  • the PCB 1100 and the metal substrate 1200 may also be referred to as a first substrate and a second substrate, respectively.
  • the PCB 1100 may be configured to include a dielectric substrate 1010, a ground 1110g, and radiators 1110.
  • the PCB 1100 may be configured to further include a microstrip feeder 1110f and a conductive pattern 1120.
  • Radiators 1110 may be configured to include first to eighth antenna elements EL1 to EL8.
  • the dielectric substrate 1010 may have a first surface (S1) and a second surface (S2).
  • the second surface S2 may be on an opposite side from the first surface S1.
  • the first surface S1 and the second surface S2 may form a rear surface and a front surface of the dielectric substrate 1010, respectively.
  • the ground 1110g may be disposed on the second surface S2 of the dielectric substrate 1010.
  • the ground 1110g may be configured to include a plurality of open areas.
  • the ground 1110g may be configured to include first to tenth open areas OA1 to OA10 in one axis direction. Cavities may be formed corresponding to the first to tenth open areas OA1 to OA10.
  • An antenna element may not be disposed in the first open area OA1 and only a cavity 1211 may be formed.
  • First and second cavities 1211 and 1221 may be formed in the other axis direction.
  • the size, shape, and depth of the first cavity 1211 may be the same as the size, shape, and depth of the second cavity 1221.
  • the first antenna element EL1 may be disposed in the second open area OA2, and a cavity 1212 may be formed in the lower portion.
  • the size, shape, and depth of the first cavity 1212 may be the same as the size, shape, and depth of the second cavity 1222.
  • the size and depth of the third cavity 1232 may be smaller than those of the second cavity 1222.
  • the second antenna element EL2 may be disposed in the third open area OA3 and a cavity 1213 may be formed in the lower portion.
  • the size, shape, and depth of the first cavity 1213 may be the same as the size, shape, and depth of the second cavity 1223.
  • the size and depth of the third cavity 1233 may be smaller than those of the second cavity 1223.
  • 10 cavities can be arranged in one axis direction and 3 cavities can be arranged in the other axis direction.
  • (N+2) cavities may be arranged in one axis direction and three cavities may be arranged in the other axis direction.
  • a cavity-backed microstrip dipole antenna structure according to an aspect of the present specification has been described.
  • a microstrip dipole antenna structure of cavity-back and gap coupling structures according to other aspects of the present specification will be described.
  • the description of the cavity-back microstrip dipole antenna structure described above can also be applied to the microstrip dipole antenna structure of the cavity-back and gap coupling structures below.
  • the microstrip dipole antenna structure may be configured to include a PCB (1100) and a metal substrate (1200).
  • the PCB 1100 may be configured to include a dielectric substrate 1010, a ground 1110g, a first radiator 1111a, a second radiator 1111b, a first gap G1, and a second gap G2. .
  • the PCB 1100 may be configured to further include a microstrip feeder 1110f and a conductive pattern 1120.
  • the ground 1110g may be disposed on the first surface S1 of the dielectric substrate 1010.
  • the ground 1110g may include a first open area (OA1), a second open area (OA2), and a third open area (OA3).
  • the first radiator 1111a may be disposed in the first open area OA1 on the first surface S1 of the dielectric substrate 1010. The first end of the first radiator 1111a may be connected to the first portion 1111g of the ground 1110g.
  • the second radiator 1111b may be disposed in the first open area OA1 on the first surface S1 of the dielectric substrate 1010. The second end of the second radiator 1111b may be connected to the second portion 1112g of the ground 1110g.
  • a first gap G1 may be disposed between the first part 1111g of the ground 1110g and the second part 1112g of the ground 1110g.
  • a second gap G2 may be disposed between the first radiator 1111a and the second radiator 1111b.
  • the microstrip feeder 1110f may be disposed on the second surface S2 of the dielectric substrate 1010. The microstrip feeder 1110f may be electrically coupled to the first portion 1111g and the second portion 1112g of the ground 1110g.
  • a conductive pattern 1120 may be disposed on the first surface S1 of the dielectric substrate 1010.
  • the conductive pattern 1120 may be electrically coupled to the second end of the first radiator 1111a.
  • the conductive pattern 1120 may be electrically coupled to the fourth end of the second radiator 1111b.
  • the first and second radiators 1111a and 1111b are not directly connected to the conductive pattern 1120, but are spaced apart by a predetermined distance so that the signals of the first and second radiators 1111a and 1111b are combined into the conductive pattern 1120. It can be.
  • first and second radiators 1111a and 1111b and the conductive pattern 1120 are each connected to the ground 1110g, the first and second radiators 1111a and 1111b and the conductive pattern 1120 are not directly connected. Connected through ground (1110g).
  • the metal substrate 1200 may include a third surface S3, a fourth surface S4, a first cavity 1210, a second cavity 1220, and a third cavity 1230.
  • the fourth surface S4 may be on the opposite side from the third surface S3.
  • the fourth surface S4 of the metal substrate 1200 may be formed to face the first surface S1 of the dielectric substrate 1010.
  • the height of the metal substrate 1200 may be 1.0 mm.
  • the height of the dielectric substrate 1010 may be 80um.
  • the first cavity 1210 may be disposed on the fourth surface S4 of the metal substrate 1200.
  • the first cavity 1210 may be formed at a position overlapping the first and second radiators 1111a and 1111b and the first portion of the conductive pattern 1200.
  • a second cavity 1220 may be disposed on the fourth surface S4 of the metal substrate 1200.
  • the second cavity 1220 may be formed at a position overlapping the second portion of the conductive pattern 1200.
  • a third cavity 1230 may be disposed on the fourth surface S4 of the metal substrate 1200.
  • the third cavity 1230 may be formed to be connected to the first cavity 1210 and the second cavity 1220.
  • the third cavity 1230 may be formed at a position that overlaps the middle portion between the first portion 1121 and the second portion 1122 of the conductive pattern 1120 .
  • the size, shape, and depth of the first cavity 1210 may be the same as the size, shape, and depth of the second cavity 1220.
  • the size and depth of the third cavity 1230 may be smaller than those of the first cavity 1210 or the second cavity 1220.
  • the interior of the first cavity 1210, the interior of the second cavity 1220, and the interior of the third cavity 1230 may be formed of air.
  • the ground 1110g may form an open area OA1.
  • First and second radiators 1111a and 111b may be provided in the open area OA1.
  • the open area OA1 of the ground 1110g may be formed to be smaller than the size of the first cavity 1210.
  • a first portion 1111s of the slot 1110s may be formed between the first radiator 1111a and the second radiator 1111b.
  • a second portion 1112s of the slot 1110s may be formed in the ground 1110g connected to the first radiator 1111a and the second radiator 1111b.
  • the first part 1111s of the slot and the second part 1112s of the slot may be connected.
  • the gap G1 of the second part 1112s of the slot may be wider than the gap G2 of the first part 1111s of the slot.
  • the size of the first cavity 1210 and the second cavity 1220 may be 1.18 x 0.74 mm in the horizontal and vertical directions.
  • the depth of the first cavity 1210 and the second cavity 1220 may be 0.35 mm.
  • the depth of the third cavity 1230 may be 0.13 mm.
  • Three first cavities 1210 and two second cavities 1220 may be arranged in the horizontal direction, respectively, in the center area, one side area adjacent to the center area, and the other side area, respectively.
  • the third cavity 1230 may be configured to connect the first cavity 1211 and the second cavity 1221 in the central area where the first radiator 1111a and the second radiator 1111b are disposed.
  • the size of the third cavity 1230 may be 0.12 x 0.5 mm in the horizontal and vertical directions.
  • the antenna module to which the cavity-backed microstrip dipole antenna structure disclosed in this specification is applied may be configured as an array antenna within an electronic device.
  • Figure 17a 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 17b 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. 16B. 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.
  • FIG. 18 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 antenna module operating in the terahertz band and an electronic device including the same can be provided.
  • a terahertz band antenna structure with high radiation gain and wide bandwidth performance can be designed through a multi-cavity structure.
  • high radiation gain performance can be secured throughout the 6G frequency band through optimal design of the shape, size, and depth of the multi-cavity structure.
  • the electric field distribution between antenna structures can be synthesized in-phase through optimal design of the shape, size, and depth of the multi-cavity structure, thereby improving antenna directivity and radiation gain.
  • 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. It 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.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

캐비티-백(cavity-backed) 마이크로스트립 다이폴 안테나 어레이는 PCB(Printed Circuit Board); 및 메탈 기판을 포함할 수 있다. 상기 PCB는 유전체 기판; 상기 유전체 기판의 제2 표면상에 배치된 그라운드 - 상기 그라운드는 제1 개방 영역(open area), 제2 개방 영역 및 제3 개방 영역을 포함; 상기 유전체 기판의 제2 표면상의 상기 제1 개방 영역에 배치된 방사체들 - 상기 방사체들의 제1 단부는 상기 그라운드의 일부와 연결됨; 상기 유전체 기판의 제1 표면상에 배치된 마이크로스트립 피더 - 상기 그라운드의 일부는 상기 마이크로스트립 피더와 전기적으로 결합됨; 및 상기 유전체 기판의 제2 표면상에 배치된 도전 패턴 - 상기 도전 패턴은 상기 방사체들의 제2 단부와 전기적으로 결합됨 - 을 포함할 수 있다.

Description

캐비티-백 마이크로스트립 다이폴 안테나
본 명세서는 캐비티-백 마이크로스트립 안테나에 관한 것이다. 특정 구현은 캐비티-백 마이크로스트립 안테나 어레이 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 내지 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.
최근 6G THz 대역 송수신기에 관한 연구는 주로 D-band (110 GHz 내지 170 GHz) 주파수 대역에서 수행되고 있다. 이에 따라, D-band 대역 내에서 매우 넓은 동작 대역을 갖는 광대역 안테나 설계가 요구된다. 또한 6G 통신에서는 송신기와 수신기 사이의 거리에 따른 자유 공간 경로 손실(Free space path loss)이 매우 크다. 따라서, 높은 신호 손실을 보상하기 위한 고이득 안테나 설계가 요구된다.
6G 안테나 설계에서는 안테나의 방사이득을 높이기 위하여 높은 지향성을 갖는 패치 안테나가 사용될 수 있다. 하지만, 패치 안테나는 동작 주파수대역이 협소하고, 안테나 이득도 제한된다. 따라서, 120 GHz 대역에서 광대역 동작하고 및 고이득을 갖는 캐비티 안테나 설계가 요구된다. 이와 관련하여, 실제 6G 통신에서의 요구 성능을 만족하기 위해서는 동작 대역폭 및 방사 이득 측면에서 추가적인 개선이 필요하다.
본 명세서는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하기 위한 것으로 6G 통신을 위한 테라 헤르츠 대역에서 동작하는 안테나 모듈 및 이를 구비하는 전자 기기를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 목적은 높은 방사이득과 넓은 대역폭 성능을 갖는 테라 헤르츠 대역의 안테나 구조를 설계하고자 한다.
본 명세서의 목적은 6G 주파수 대역 전체에서 높은 방사이득 성능을 확보하기 위한 것이다.
본 명세서의 목적은 안테나 구조들 간에 전계 분포가 동위상 합성되어 안테나 지향성 및 방사 이득을 향상하기 위한 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 실시 예에 따른 캐비티-백(cavity-backed) 마이크로스트립 다이폴 안테나 어레이는 PCB(Printed Circuit Board); 및 메탈 기판을 포함할 수 있다. 상기 PCB는 유전체 기판; 상기 유전체 기판의 제2 표면상에 배치된 그라운드 - 상기 그라운드는 제1 개방 영역(open area), 제2 개방 영역 및 제3 개방 영역을 포함; 상기 유전체 기판의 제2 표면상의 상기 제1 개방 영역에 배치된 방사체들 - 상기 방사체들의 제1 단부는 상기 그라운드의 일부와 연결됨; 상기 유전체 기판의 제1 표면상에 배치된 마이크로스트립 피더 - 상기 그라운드의 일부는 상기 마이크로스트립 피더와 전기적으로 결합됨; 및 상기 유전체 기판의 제2 표면상에 배치된 도전 패턴 - 상기 도전 패턴은 상기 방사체들의 제2 단부와 전기적으로 결합됨 - 을 포함할 수 있다.
실시 예로, 상기 메탈 기판은 제3 표면; 상기 제3 표면에서 반대 측인 제4 표면 - 상기 메탈 기판의 상기 제4 표면은 상기 유전체 기판의 제1 표면과 마주함(faced with); 상기 메탈 기판의 제4 표면에 배치된 제1 캐비티 - 상기 제1 캐비티는 상기 방사체들 및 상기 도전 패턴의 제1 부분과 중첩된 위치에 형성됨; 상기 메탈 기판의 제4 표면에 배치된 제2 캐비티 - 상기 제2 캐비티는 상기 도전 패턴의 제2 부분과 중첩된 위치에 형성됨; 및 상기 메탈 기판의 제4 표면에 배치된 제3 캐비티 - 상기 제3 캐비티는 상기 제1 캐비티 및 상기 제2 캐비티에 연결되고, 상기 제3 캐비티는 상기 도전 패턴의 제1 부분 및 제2 부분 사이의 중간 부분과 중첩된 위치에 형성됨 - 을 포함할 수 있다.
실시 예로, 상기 제1 캐비티의 크기, 형상 및 깊이는 상기 제2 캐비티의 크기, 형상 및 깊이와 동일하고, 상기 제3 캐비티의 크기 및 깊이는 상기 제2 캐비티의 크기 및 깊이보다 더 작게 형성될 수 있다.
실시 예로, 상기 PCB는 유전체 기판; 상기 유전체 기판의 제2 표면상에 배치된 그라운드 - 상기 그라운드는 제1 개방 영역(open area), 제2 개방 영역 및 제3 개방 영역을 포함; 상기 유전체 기판의 제2 표면상의 상기 제1 개방 영역에 배치된 방사체들 - 상기 방사체들의 제1 단부는 상기 그라운드의 일부와 연결됨; 상기 유전체 기판의 제1 표면상에 배치된 마이크로스트립 피더 - 상기 그라운드의 일부는 상기 마이크로스트립 피더와 전기적으로 결합됨; 및 상기 유전체 기판의 제2 표면상에 배치된 도전 패턴 - 상기 도전 패턴은 상기 방사체들의 제2 단부와 전기적으로 결합됨 - 을 포함할 수 있다.
실시 예로, 상기 제1 캐비티의 내부, 상기 제2 캐비티의 내부 및 상기 제3 캐비티의 내부는 공기(air)로 형성될 수 있다.
실시 예로, 상기 그라운드는 개방 영역을 형성할 수 있다. 상기 개방 영역에 방사체들이 구비될 수 있다.
실시 예로, 상기 그라운드의 개방 영역은 상기 제1 캐비티의 크기보다 더 작게 형성될 수 있다.
실시 예로, 상기 방사체들은 제1 방사체 패턴과 제2 방사체 패턴으로 형성될 수 있다. 상기 제1 방사체 패턴과 상기 제2 방사체 패턴 사이에 슬롯의 제1 부분이 형성될 수 있다. 상기 방사체들과 연결된 상기 그라운드에 상기 슬롯의 제2 부분이 형성될 수 있다. 상기 슬롯의 제1 부분과 상기 슬롯의 제2 부분은 연결될 수 있다. 상기 슬롯의 제2 부분의 간격이 상기 슬롯의 제1 부분보다 더 넓게 형성될 수 있다.
실시 예로, 상기 제1 캐비티와 상기 제2 캐비티의 크기는 가로 및 세로 방향으로 1.18 X 0.74mm이고, 상기 제1 캐비티와 상기 제2 캐비티의 깊이는 0.35mm로 형성될 수 있다.
실시 예로, 상기 제3 캐비티의 깊이는 0.13mm로 형성될 수 있다.
실시 예로, 상기 제1 캐비티와 상기 제2 캐비티는 각각 가로 방향으로 중심 영역과 상기 중심 영역에 인접한 일 측 영역 및 타 측 영역에 3개씩 배치될 수 있다. 상기 제3 캐비티는 상기 방사체가 배치된 상기 중심 영역의 상기 제1 캐비티와 상기 제2 캐비티를 연결하도록 구성될 수 있다. 상기 제3 캐비티의 크기는 가로 및 세로 방향으로 0.12 X 0.5mm로 형성될 수 있다.
실시 예로, 상기 메탈 기판의 높이는 1.0mm로 형성될 수 있다.
실시 예로, 상기 유전체 기판의 높이는 80um로 형성될 수 있다.
본 명세서의 또 다른 양상에 따른 캐비티-백(cavity-backed) 마이크로스트립 다이폴 안테나 어레이는 유전체 기판; 상기 유전체 기판의 제1 표면상에 배치된 그라운드 - 상기 그라운드는 제1 개방 영역(open area), 제2 개방 영역 및 제3 개방 영역을 포함; 상기 유전체 기판의 제1 표면상의 상기 제1 개방 영역에 배치된 제1 방사체 - 상기 제1 방사체의 제1 단부는 상기 그라운드의 제1 부분과 연결됨; 상기 유전체 기판의 제1 표면상의 상기 제1 개방 영역에 배치된 제2 방사체 - 상기 제2 방사체의 제3 단부는 상기 그라운드의 제2 부분과 연결됨; 상기 그라운드의 제1 부분 및 상기 그라운드의 제2 부분 사이에 배치된 제1 갭; 상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체 사이에 배치된 제2 갭; 상기 유전체 기판의 제2 표면상에 배치된 마이크로스트립 피더 - 상기 마이크로스트립 피더는 상기 그라운드의 제1 부분 및 제2 부분과 전기적으로 결합됨; 및 상기 유전체 기판의 제1 표면상에 배치된 도전 패턴 - 상기 도전 패턴은 상기 제1 방사체의 제2 단부 및 상기 제2 방사체의 제4 단부와 전기적으로 결합됨 - 을 포함하는 PCB(Printed Circuit Board)를 포함할 수 있다.
실시 예로, 상기 안테나 어레이는 메탈 기판을 포함할 수 있다. 상기 메탈 기판은 제3 표면; 상기 제3 표면에서 반대 측인 제4 표면 - 상기 메탈 기판의 상기 제4 표면은 상기 유전체 기판의 제1 표면과 마주함(faced with); 상기 메탈 기판의 제4 표면에 배치된 제1 캐비티 - 상기 제1 캐비티는 상기 제1 및 제2 방사체 및 상기 도전 패턴의 제1 부분과 중첩된 위치에 형성됨; 상기 메탈 기판의 제4 표면에 배치된 제2 캐비티 - 상기 제2 캐비티는 상기 도전 패턴의 제2 부분과 중첩된 위치에 형성됨; 및 상기 메탈 기판의 제4 표면에 배치된 제3 캐비티 - 상기 제3 캐비티는 상기 제1 캐비티 및 상기 제2 캐비티에 연결되고, 상기 제3 캐비티는 상기 도전 패턴의 제1 부분 및 제2 부분 사이의 중간 부분과 중첩된 위치에 형성됨 - 을 포함하고, 상기 제1 캐비티의 크기, 형상 및 깊이는 상기 제2 캐비티의 크기, 형상 및 깊이와 동일하고, 상기 제3 캐비티의 크기 및 깊이는 상기 제2 캐비티의 크기 및 깊이보다 더 작게 형성될 수 있다.
실시 예로, 상기 제1 캐비티의 내부, 상기 제2 캐비티의 내부 및 상기 제3 캐비티의 내부는 공기(air)로 형성될 수 있다.
실시 예로, 상기 그라운드는 개방 영역을 형성하고, 상기 개방 영역에 상기 제1 및 제2 방사체가 구비될 수 있다.
실시 예로, 상기 그라운드의 개방 영역은 상기 제1 캐비티의 크기보다 더 작게 형성될 수 있다.
실시 예로, 상기 제1 방사체와 상기 제2 방사체 사이에 슬롯의 제1 부분이 형성될 수 있다. 상기 방사체들과 연결된 상기 그라운드에 상기 슬롯의 제2 부분이 형성될 수 있다. 상기 슬롯의 제1 부분과 상기 슬롯의 제2 부분은 연결될 수 있다. 상기 슬롯의 제2 부분의 간격이 상기 슬롯의 제1 부분보다 더 넓게 형성될 수 있다.
실시 예로, 상기 제1 캐비티와 상기 제2 캐비티의 크기는 가로 및 세로 방향으로 1.18 X 0.74mm이고, 상기 제1 캐비티와 상기 제2 캐비티의 깊이는 0.35mm로 형성될 수 있다.
실시 예로, 상기 제3 캐비티의 깊이는 0.13mm로 형성될 수 있다.
실시 예로, 상기 제1 캐비티와 상기 제2 캐비티는 각각 가로 방향으로 중심 영역과 상기 중심 영역에 인접한 일 측 영역 및 타 측 영역에 3개씩 배치되고, 상기 제3 캐비티는 상기 방사체가 배치된 상기 중심 영역의 상기 제1 캐비티와 상기 제2 캐비티를 연결하도록 구성되고, 상기 제3 캐비티의 크기는 가로 및 세로 방향으로 0.12 X 0.5mm로 형성될 수 있다.
실시 예로, 상기 메탈 기판의 높이는 1.0mm로 형성될 수 있다.
실시 예로, 상기 유전체 기판의 높이는 80um로 형성될 수 있다.
이와 같은 캐비티-백 마이크로스트립 안테나 어레이 및 이를 포함하는 전자 기기의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
실시 예에 따르면, 테라 헤르츠 대역에서 동작하는 안테나 모듈 및 이를 구비하는 전자 기기를 제공할 수 있다.
실시 예에 따르면, 멀티 캐비티 구조를 통해 높은 방사이득과 넓은 대역폭 성능을 갖는 테라 헤르츠 대역의 안테나 구조를 설계할 수 있다.
실시 예에 따르면, 멀티 캐비티 구조의 형상, 크기 및 깊이의 최적 설계를 통해 6G 주파수 대역 전체에서 높은 방사 이득 성능을 확보할 수 있다.
실시 예에 따르면, 멀티 캐비티 구조의 형상, 크기 및 깊이의 최적 설계를 통해 안테나 구조들 간에 전계 분포가 동위상 합성되어 안테나 지향성 및 방사 이득을 향상시킬 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 7a 내지 도 7c는 단일 캐비티 백 구조의 마이크로스트립 다이폴 안테나를 나타낸다.
도 8a 및 도 8b는 단일 캐비티 백 구조의 마이크로스트립 다이폴 안테나의 반사 계수 및 이득 특성을 나타낸 것이다.
도 9a 내지 9c는 본 명세서에 따른 복수의 캐비티들이 형성된 마이크로스트립 다이폴 안테나를 나타낸다.
도 10a 및 도 10b는 본 명세서의 실시 예에 따른 유전체 기판에 복수의 캐비티들이 형성된 안테나 구조의 분해 사시도와 전면도를 나타낸다.
도 11a는 단일 캐비티 구조의 안테나와 멀티 캐비티 구조의 안테나의 반사 계수와 방사 이득을 비교한 것이다.
도 11b 및 도 11c는 단일 캐비티 구조의 안테나와 멀티 캐비티 구조의 안테나에서 제1 및 제2 측면 방향에서의 전계 분포를 나타낸 것이다.
도 12a 및 도 12b는 도 10b의 복수의 캐비티들이 동일한 길이로 형성된 구조에서 안테나의 반사 계수 특성 및 방사이득 특성의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 13a는 제2 캐비티의 너비에 따른 안테나 방사 이득 특성을 나타낸다.
도 13b는 서로 다른 너비 값을 갖는 제2 캐비티를 구비하는 안테나 구조의 전계 분포를 나타낸다.
도 13c는 도 13b의 서로 다른 너비 값을 갖는 제2 캐비티를 구비하는 안테나 구조의 3D 방사 패턴을 나타낸다.
도 14a는 제1 및 제2 캐비티 간의 간격 변화에 따른 안테나 방사 이득 특성을 나타낸다.
도 14b는 서로 다른 간격 값을 갖는 제1 및 제2 캐비티를 구비하는 안테나 구조의 전계 분포를 나타낸다.
도 14c는 도 14b의 서로 다른 간격 값을 갖는 제1 및 제2 캐비티를 구비하는 안테나 구조의 3D 방사 패턴을 나타낸다.
도 15a는 제2 서브 패턴의 길이 변화에 따른 안테나 방사 이득 특성을 나타낸다.
도 15b는 서로 다른 길이를 갖는 제2 서브 패턴을 구비하는 안테나 구조의 전계 분포를 나타낸다.
도 15c는 도 15b의 서로 다른 길이를 갖는 제2 서브 패턴을 구비하는 안테나 구조의 3D 방사 패턴을 나타낸다.
도 16a 및 도 16b는 캐비티-백 마이크로스트립 다이폴 안테나 어레이 구조를 나타낸다.
도 17a는 제1 타입 안테나와 제2 타입 안테나가 배열 안테나로 형성된 안테나 모듈이 전자 기기에 배치된 구조를 나타낸다.
도 17b는 복수의 배열 안테나 모듈을 확대한 도면이다.
도 18은 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 6a(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 6a(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 6b(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 캐비티-백(cavity-backed) 마이크로스트립 다이폴 안테나 어레이 및 이를 구비하는 전자 기기에 대해 설명한다. 구체적으로, 본 명세서에 따른 캐비티-백(cavity-backed) 마이크로스트립 다이폴 안테나 구조에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 도 7a 내지 도 7c는 단일 캐비티 백 구조의 마이크로스트립 다이폴 안테나를 나타낸다. 도 7a는 단일 캐비티 백 구조의 마이크로스트립 다이폴 안테나의 일부 영역을 확대한 사시도이다. 도 7b는 단일 캐비티 백 구조의 마이크로스트립 다이폴 안테나의 전면도이다. 도 7c는 단일 캐비티 백 구조의 마이크로스트립 다이폴 안테나의 측면도와 기판에 캐비티가 형성된 구조를 나타낸다.
도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 다이폴 안테나 구조는 PCB(1100) 및 메탈 기판(metallic substrate)(1200)를 포함하도록 구성될 수 있다. 메탈 기판(1200)은 PCB(1100)의 하부 영역에 배치될 수 있다. 메탈 기판(1200)은 전체 구조가 메탈 구조일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 내부가 빈 메탈 구조 또는 일정 두께로 표면만 도금된 메탈 구조를 모두 포함할 수 있다.
PCB(1100) 및 메탈 기판(1200)을 각각 제1 기판(substrate) 및 제2 기판으로 지칭할 수도 있다. PCB(1100)는 실리콘 기판으로 형성될 수 있고, 메탈 기판(1200)은 표면이 메탈 재질로 형성될 수 있다. 실리콘 기판으로 구현된 PCB(1100)의 유전율은 약 11.7이고 PCB(1100)의 두께는 약 80um로 형성될 수 있다. 메탈 기판(1200)의 두께는 약 1mm로 형성될 수 있다.
PCB(1100)는 유전체 기판(1010), 그라운드(1110g), 방사체(radiator)(1110)를 포함하도록 구성될 수 있다. PCB(1100)는 마이크로스트립 피더(1110f) 및 도전 패턴(1120)을 더 포함하도록 구성될 수 있다. 유전체 기판(1010)은 배면인 제1 표면(S1)과 전면인 제2 표면(S2)에 금속 층(metal layer)가 형성될 수 있다. 유전체 기판(1010)의 제1 표면(S1) 상에 방사체(1110)와 그라운드(1110g)가 배치될 수 있다. 유전체 기판(1010)의 제2 표면(S2) 상에 마이크로스트립 피더(1110f)가 형성될 수 있다. 마이크로스트립 피더(1110f)는 50ohm의 특성 임피던스를 갖도록 구현되고, 제1 표면(S1) 상의 슬롯(1100s)과의 커플링을 이용한 급전 구조를 형성한다.
방사체(1110)는 제1 방사체 패턴(1111a)과 제2 방사체 패턴(1111b)으로 형성될 수 있다. 방사체(1110)의 일 축 상의 길이는 약 0.38mm로 형성될 수 있다. 제1 방사체 패턴(1111a)과 제2 방사체 패턴(1111b)은 소정 간격, 예를 들면 약 34um만큼 이격되게 형성될 수 있다. 그라운드(1110g)는 개방 영역(open area)(OA)을 포함할 수 있다. 개방 영역(OA) 내에 방사체(1110)가 배치될 수 있다. 개방 영역(OA)의 일 축 상의 길이는 약 1.18mm로 형성될 수 있다. 마이크로스트립 피더(1110f)에 의해 커플링되도록 개방 영역(OA)의 단부가 타 축 방향으로 연장될 수 있다. 개방 영역(OA)의 타 축 상의 길이는 약 0.74mm로 형성될 수 있다.
방사체(1110)가 형성된 영역에 대응하여 메탈 기판(1200)에 캐비티(1210)가 형성될 수 있다. 캐비티(1210)의 깊이는 약 0.35mm로 형성될 수 있다. 실리콘 기판인 PCB(1100)의 하부에 배치되는 메탈 기판(1200)의 두께는 약 1mm로 형성되고, 캐비티(1210)의 하단에서 메탈 기판(1200)의 하단까지의 두께는 약 0.65mm로 형성될 수 있다. 그라운드(1110g)의 개방 영역(OA)이 형성된 영역에 대응하여 캐비티(1210)가 형성될 수 있다. 캐비티(1210)는 일 축 및 타 축 방향으로 1.18 x 0.74mm의 길이로 형성될 수 있다. 메탈 기판(1200)에 캐비티(1210)가 형성되어 안테나 지향성 향상 및 안테나 이득 향상이 가능하다.
이러한 단일 캐비티 구조의 마이크로스트립 다이폴 안테나의 성능에 대해 설명하면 다음과 같다. 도 8a 및 도 8b는 단일 캐비티 백 구조의 마이크로스트립 다이폴 안테나의 반사 계수 및 이득 특성을 나타낸 것이다. 도 8a를 참조하면, 단일 캐비티 백 구조의 마이크로스트립 다이폴 안테나의 반사 계수 대역폭은 -10dB 이하를 기준으로 150 내지 169.7GHz로 19.7GHz로 형성될 수 있다. 도 8b를 참조하면, D-band의 6G 주파수 대역에서 방사 이득은 약 4.4 내지 6.4dBi의 값을 갖는다. 중심 주파수인 160GHz에서 방사 이득은 약 6.0dBi의 값을 갖고, 최대 방사 이득은 165GHz에서 6.4dBi의 값을 갖는다. D-band의 6G 주파수 대역은 약 151 내지 175GHz로 설정될 수 있다. 한편, 단일 캐비티 백 구조의 마이크로스트립 다이폴 안테나는 다이폴 안테나가 배치된 수평면에 수직한 방향으로 지향성을 갖도록 방사 패턴이 형성될 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 캐비티 백 구조의 마이크로스트립 다이폴 안테나는 복수의 캐비티 백 구조들로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 9a 내지 9c는 본 명세서에 따른 복수의 캐비티들이 형성된 마이크로스트립 다이폴 안테나를 나타낸다. 도 9a는 마이크로스트립 다이폴 안테나 구조의 사시도와 일부 영역의 확대도를 나타낸다. 도 9b는 도 9a의 마이크로스트립 다이폴 안테나 구조의 전면도를 나타낸다. 도 9c는 도 9a의 안테나 구조에서 복수의 캐비티들이 형성된 마이크로스트립 다이폴 안테나 구조의 측면도를 나타낸다.
도 9a 내지 도 9c를 참조하여, 캐비티-백(cavity-backed) 마이크로스트립 다이폴 안테나 어레이의 다이폴 안테나 구조에 대해 설명한다. 다이폴 안테나 구조는 PCB(1100) 및 메탈 기판(metallic substrate)(1200)를 포함하도록 구성될 수 있다. 메탈 기판(1200)은 PCB(1100)의 하부 영역에 배치될 수 있다. PCB(1100) 및 메탈 기판(1200)을 각각 제1 기판(substrate) 및 제2 기판으로 지칭할 수도 있다.
PCB(1100)는 유전체 기판(1010), 그라운드(1110g), 방사체들(radiators)(1110)을 포함하도록 구성될 수 있다. PCB(1100)는 마이크로스트립 피더(1110f) 및 도전 패턴(1120)을 더 포함하도록 구성될 수 있다.
유전체 기판(1010)은 제1 표면(S1) 및 제2 표면(S2)을 구비할 수 있다. 제2 표면(S2)은 제1 표면(S1)으로부터 반대 측(opposite side)일 수 있다. 제1 표면(S1) 및 제2 표면(S2)은 각각 유전체 기판(1010)의 배면(rear surface) 및 전면(front surface)을 형성할 수 있다. 그라운드(1110g)는 유전체 기판(1010)의 제2 표면(S2) 상에 배치될 수 있다. 그라운드(1110g)는 제1 개방 영역(open area)(OA1), 제2 개방 영역(OA2) 및 제3 개방 영역(OA3)을 포함할 수 있다. 제1 개방 영역(OA1)이 일 측 및 타 측에 제2 개방 영역(OA2) 및 제3 개방 영역(OA3)이 배치될 수 있다.
방사체들(1110)은 유전체 기판(1010)의 제2 표면(S2) 상의 중심 부의 제1 개방 영역(OA1)에 배치될 수 있다. 방사체들(1110)의 제1 단부가 그라운드(1110g)의 일부와 연결될 수 있다. 마이크로스트립 피더(1110f)는 유전체 기판(1010)의 제1 표면(S1) 상에 배치될 수 있다. 그라운드(1110g)의 일부는 마이크로스트립 피더(1110f)와 전기적으로 결합될 수 있다. 유전체 기판(1010)의 제1 표면(S1) 상에 배치된 마이크로스트립 피더(1110f)는 유전체 기판(1010)의 제1 표면(S1) 상의 슬롯(1100s)과 전기적으로 결합되어 방사체들(1110)로 커플링 급전될 수 있다. 유전체 기판(1010)의 제2 표면(S2) 상에 도전 패턴(1120)이 배치될 수 있다. 도전 패턴(1120)은 방사체들(1110)의 제2 단부와 전기적으로 결합될 수 있다. 방사체들(1110)과 도전 패턴(1120)이 직접 연결되어 있지는 않지만, 소정 간격만큼 이격되어 방사체들(1110)의 신호가 도전 패턴(1120)으로 결합될 수 있다. 방사체들(1110)과 도전 패턴(1120)이 각각 그라운드(1110g)와 연결되어 방사체들(1110)과 도전 패턴(1120)이 직접 연결되어 있지는 않지만, 그라운드(1110g)를 통해 연결된다.
메탈 기판(1200)은 제3 표면(S3) 및 제4 표면(S4)을 포함할 수 있다. 제4 표면(S4)은 제3 표면(S3)으로부터 반대 측일 수 있다. 제3 표면(S3) 및 제4 표면(S4)은 각각 메탈 기판(1200)의 배면 및 전면을 형성할 수 있다. 메탈 기판(1200)의 제4 표면(S4)은 유전체 기판(1010)의 제1 표면(S1)과 마주보게(faced with)형성될 수 있다. 메탈 기판(1200)의 높이는 유전체 기판(1010)의 높이보다 더 높게 형성될 수 있다. 메탈 기판(1200)의 높이가 더 높게 형성되어, 메탈 기판(1200)에 복수의 캐비티들이 형성될 수 있다. 예를 들어, 메탈 기판(1200)의 높이는 1.0mm로 형성될 수 있다. 한편, 유전체 기판(1010)의 높이는 80um로 형성될 수 있다.
메탈 기판(1200)에 복수의 캐비티들이 방사체들과 방사체들의 주변 영역에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 10a 및 도 10b는 본 명세서의 실시 예에 따른 유전체 기판에 복수의 캐비티들이 형성된 안테나 구조의 분해 사시도와 전면도를 나타낸다. 도 10a는 본 명세서의 실시 예에 따른 유전체 기판에 복수의 캐비티들이 형성된 안테나 구조의 분해 사시도와 제3 캐비티를 확대한 도면이다. 도 10b는 도 10a의 안테나 구조의 유전체 기판에 복수의 캐비티들이 형성된 전면도를 나타낸 도면이다.
도 9a 내지 도 10b를 참조하면, 메탈 기판(1200)은 제1 캐비티(1210), 제2 캐비티(1220) 및 제3 캐비티(1230)을 포함하도록 구성될 수 있다. 메탈 기판(1200)의 제4 표면(S4)에 제1 캐비티(1210)가 배치될 수 있다. 제1 캐비티(1210)는 방사체들(1110) 및 도전 패턴(1200)의 제1 부분과 중첩된 위치에 형성될 수 있다. 메탈 기판(1200)의 제4 표면(S4)에 제2 캐비티(1220)가 배치될 수 있다. 제2 캐비티(1220)는 도전 패턴(1200)의 제2 부분과 중첩된 위치에 형성될 수 있다. 메탈 기판(1200)의 제4 표면(S4)에 제3 캐비티(1230)가 배치될 수 있다. 제3 캐비티(1230)는 도전 패턴(1120)의 제1 부분(1121) 및 제2 부분(1122) 사이의 중간 부분과 중첩된 위치에 형성될 수 있다.
제1 캐비티(1210) 및 제2 캐비티(1220)에 연결되게 제3 캐비티(1230)가 형성될 수 있다. 제3 캐비티(1230)가 제1 캐비티(1210) 및 제2 캐비티(1220)의 사이에 형성될 수 있다. 제1 캐비티(1210)의 크기, 형상 및 깊이는 제2 캐비티(1220)의 크기, 형상 및 깊이와 동일하게 형성될 수 있다.
제1 캐비티(1210)의 내부, 제2 캐비티(1220)의 내부 및 제3 캐비티(1230)의 내부는 공기(air)로 형성될 수 있다. 이에 따라, 방사체들(1110)가 배치되는 유전체 영역(1010)에 형성된 표면파(surface wave)에 의해 전파 손실을 방지하여 방사체들(1110)에서 방사되는 신호의 방사효율을 향상시킬 수 있다. 유전체 영역(1010)에 형성된 표면파는 제1 캐비티(1210)의 내부, 제2 캐비티(1220)의 내부 및 제3 캐비티(1230)의 내부를 통해 방사체들(1110)의 상부로 방사될 수 있다.
제1 캐비티(1210)의 내부, 제2 캐비티(1220)의 내부 및 제3 캐비티(1230) 중 적어도 하나의 내부는 유전체 구조로 형성될 수도 있다. 이와 관련하여, 메탈 기판(1200)의 유전율보다 캐비티와 연관된 유전체 구조의 유전율이 더 낮은 값으로 설정될 수 있다. 메탈 기판(1200)의 유전율보다 캐비티와 연관된 유전체 구조의 유전율이 더 낮게 설정됨에 따라, 방사효율을 향상시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 그라운드(1110g)는 개방 영역(OA1)을 형성할 수 있다. 개방 영역(OA1)에 방사체들(1110)이 구비될 수 있다. 개방 영역(OA1)에 대응하여 제1 캐비티(1211) 및 제2 캐비티(1221)가 형성될 수 있다. 이에 따라, 개방 영역(OA1)에 구비된 방사체들(1110)의 방사 효율이 향상될 수 있다. 개방 영역(OA1)의 일 측과 타 측에 개방 영역(OA1)과 인접하여 제2 개방 영역(OA2) 및 제3 개방 영역(OA3)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2 개방 영역(OA2) 및 제3 개방 영역(OA3)에 대응하여 제1 캐비티(1212, 1213) 및 제2 캐비티(1222, 1223)가 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2 및 제3 개방 영역(OA2, OA3)에서 방사체들(1110)의 일측 및 타 측 영역의 표면파가 상부 방향으로 방사되게 하여, 방사 효율이 향상될 수 있다.
그라운드(1110g)의 개방 영역(OA)은 제1 캐비티(1211)의 크기보다 더 작게 형성될 수 있다. 그라운드(1110g)의 제2 및 제3 개방 영역(OA2, OA3)도 제1 캐비티(1212, 1213)의 크기보다 더 작게 형성될 수 있다. 제1 캐비티(1211 내지 1213)의 크기가 그라운드(1110g)의 제1 내지 제3 개방 영역(OA1 내지 OA3)의 크기보다 더 크게 형성될 수 있다. 그라운드(1110g)의 제1 내지 제3 개방 영역(OA1 내지 OA3)에 형성된 표면파들이 제1 캐비티(1211 내지 1213)의 내부에 수용되어 방사체들(1110)의 상부 영역으로 전파될 수 있다. 따라서, 그라운드(1110g)의 제1 내지 제3 개방 영역(OA1 내지 OA3)의 경계 영역에 형성된 표면파 성분까지 방사체들(1110)의 상부 영역으로 전파되어 방사 효율 향상이 가능하다.
제1 캐비티(1210) 및 제2 캐비티(1220)는 상부에 배치된 PCB(1000)의 그라운드(1110g)에 형성된 제1 내지 제3 개방 영역(OA1 내지 OA3)에 대응되게 일 축 방향으로 배치될 수 있다. 제1 캐비티(1210)와 제2 캐비티(1220)는 각각 가로 방향으로 중심 영역과 중심 영역에 인접한 일 측 영역 및 타 측 영역에 3개씩 배치될 수 있다. 제1 캐비티(1210)는 일 축 방향으로 이격되어 배치되는 복수의 캐비티들(1211 내지 1213)을 포함할 수 있다. 제2 캐비티(1220)는 일 축 방향으로 이격되어 배치되는 복수의 캐비티들(1221 내지 1223)을 포함할 수 있다.
한편, 제3 캐비티(1230)는 중심 영역에만 1개의 단일 구조로 형성될 수 있다. 제3 캐비티(1230)는 중심 영역에 배치된 제1 캐비티(1211) 및 제2 캐비티(1221)와 연결되게 형성될 수 있다. 제3 캐비티(1230)는 방사체(1110)가 배치된 중심 영역의 제1 캐비티(1211)와 제2 캐비티(1221)를 연결하도록 구성될 수 있다. 제3 캐비티(1230)가 형성된 영역에 커플링 패턴에 해당하는 제2 방사체 (1112)가 배치될 수 있다. 따라서, 커플링 패턴이 배치되는 제3 캐비티(1230)를 커플링 슬릿(coupling slit)으로 지칭할 수 있다. 제3 캐비티(1230)의 크기 및 깊이는 제1 캐비티(1210) 또는 제2 캐비티(1220)의 크기 및 깊이보다 더 작게 형성될 수 있다. 제3 캐비티(1230)의 크기는 가로 및 세로 방향으로 0.12 X 0.5mm로 형성될 수 있다.
제1 캐비티(1210) 및 제2 캐비티(1220)는 일 축 방향으로 소정 길이(L)로 형성될 수 있다. 제1 캐비티(1210)는 타 축 방향으로 제1 너비(W1)로 형성될 수 있다. 제2 캐비티(1220)는 타 축 방향으로 제2 너비(W2)로 형성될 수 있다. 제1 캐비티(1210)의 제1 너비(W1) 및 제2 캐비티(1220)의 제2 너비(W2)는 동일한 값으로 설정될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 캐비티(1210) 및 제2 캐비티(1220)의 길이(L) 변화에 따라 안테나 성능이 변경될 수 있다.
이하에서는, 도 7a 내지 도 7c의 단일 캐비티 구조의 안테나와 도 9a 내지 도 9c의 멀티 캐비티 구조의 안테나의 특성에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 도 11a는 단일 캐비티 구조의 안테나와 멀티 캐비티 구조의 안테나의 반사 계수와 방사 이득을 비교한 것이다. 도 8a 및 도 11a(a)를 참조하면, (i) 단일 캐비티 구조의 안테나의 반사 계수는 중심 주파수를 기준으로 이중 공진하고, -10dB를 기준으로 제1 대역폭(BW1) 내에서 방사체로 동작한다. 다이폴 안테나의 제1 공진 모드와 단일 캐비티 구조의 제2 공진 모드에 의해 이중 공진 특성이 발생한다.
도 11a(b)를 참조하면, (ii) 단일 캐비티 구조의 안테나의 반사 계수는 중심 주파수를 기준으로 멀티 공진하고, -10dB를 기준으로 제1 대역폭(BW1)보다 더 넓은 제2 대역폭(BW2) 내에서 방사체로 동작한다. 다이폴 안테나의 제1 공진 모드와 제1 내지 제3 캐비티의 제2 내지 제4 공진 모드에 의해 다중 공진 특성이 발생한다.
이와 관련하여, 도 7c(b)의 캐비티(1210)가 일 축 및 타 축 방향의 길이가 a, b로 형성되고 깊이가 d로 형성될 수 있다. 캐비티(1210)가 일 축 및 타 축 방향의 길이 및 깊이가 a, b, d로 형성된 경우 캐비티(1210)에 의해 형성되는 공진 모드의 공진 주파수는 수학식 1과 같이 결정될 수 있다.
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여기서, m, n, l 은 공진모드에 의해 결정되는 파수(wave number)이며 a, b, d의 값이 정해지면 공진주파수가 수학식 1에 의해 도출 가능하다. 또한, c는 빛의 속도이고 εr, μr은 상대 유전율(relative permittivity) 및 상대 투자율(relative permeability)를 나타낸다. 단일 캐비티에 의한 공진 주파수를 다이폴 안테나에 의한 공진 주파수에 인접하게 설정하여 이중 공진 특성 구현이 가능하다. 멀티 캐비티에 의한 제2 내지 제4 공진 주파수를 다이폴 안테나에 의한 공진 주파수에 인접하게 설정하여 다중 공진 특성 구현이 가능하다.
도 8b 및 도 11a(b)를 참조하면, (i) 단일 캐비티 구조의 안테나의 방사 이득은 최대 6.4dBi의 값을 갖는다. 반면에, (ii) 멀티 캐비티 구조의 안테나의 방사 이득은 최대 10.9dBi의 값을 가져, (i) 단일 캐비티 구조의 안테나의 방사 이득보다 약 4.5dB 이상의 이득을 갖는다. 멀티 캐비티 구조에 따라 다이폴 안테나의 지향성이 향상되어 방사 효율이 증가하게 된다.
한편, 단일 캐비티 구조와 멀티 캐비티 구조를 비교하기 위해 단일 캐비티 구조가 채택된 안테나 모듈과 멀티 캐비티 구조가 채택된 안테나 모듈의 전계 분포를 비교한다. 이와 관련하여, 도 11b 및 도 11c는 단일 캐비티 구조의 안테나와 멀티 캐비티 구조의 안테나에서 제1 및 제2 측면 방향에서의 전계 분포를 나타낸 것이다.
도 7a, 도 11b(a) 및 도 11b(b)를 참조하면, 단일 캐비티 안테나 모듈의 제1 측면 방향(SD1) 및 제2 측면 방향(SD2)에서의 전계 분포를 나타낸다. 단일 캐비티 구조를 이용한 캐비티 백 다이폴 안테나는 다이폴 안테나의 제1 공진 모드와 캐비티의 제2 공진 모드가 결합하여 방사하는 구조이다. 다이폴 안테나에 수직한 제1 방향(D1)으로 신호가 방사되지만, 제1 방향과 다른 제2 방향(D2) 및 제3 방향(D3)으로도 신호가 방사된다. 이에 따라, 여전히 전계가 넓은 폭으로 산란되면서 지향성 있는 빔패턴을 형성하지 못하게 된다. 따라서, 단일 캐비티 구조에서 안테나의 방사 이득을 더 개선할 필요가 있다.
도 9a, 도 11c(a) 및 도 11c(b)를 참조하면, 멀티 캐비티 안테나 모듈의 제1 측면 방향(SD1) 및 제2 측면 방향(SD2)에서의 전계 분포를 나타낸다. 단일 캐비티 구조에 인접하게 배치된 캐비티 구조들로 전계를 커플링 급전하여 공진모드를 형성하고 추가적인 방사 원(radiated source)으로 활용할 수 있다. 추가된 캐비티 구조에 의해 형성되는 전계와 다이폴 안테나에 의해 형성되는 전계가 합성되어 수직인 제1 방향(D1)으로 빔이 집중되게 된다. 복수의 캐비티들 간에 전계가 적절히 합성되지 않을 경우 이득 증가 효과를 얻기 어렵다.
한편, 도 12a 및 도 12b는 도 10b의 복수의 캐비티들이 동일한 길이로 형성된 구조에서 안테나의 반사 계수 특성 및 방사이득 특성의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 10b 및 도 12a을 참조하면, 제1 캐비티(1210) 및 제2 캐비티(1220)의 길이(L)가 증가할수록 안테나의 동작 대역은 저주파수 대역으로 이동된다. 제1 캐비티(1210) 및 제2 캐비티(1220)의 길이(L)가 감소할수록 안테나의 동작 대역은 고주파수 대역으로 이동된다. 도 10b 및 도 12b를 참조하면, 제1 캐비티(1210) 및 제2 캐비티(1220)의 길이(L)가 1.18mm 및 1.23mm인 경우 151 내지 175 GHz에서 -10dB 이하의 반사 계수 특성을 갖는다. 이와 관련하여, 6G 통신을 위한 전체 주파수 대역은 151 내지 175 GHz이다. 도 10b 및 도 12b를 참조하면, 제1 캐비티(1210) 및 제2 캐비티(1220)의 길이(L)가 1.18mm 및 1.23mm인 경우 151 내지 175 GHz에서 약 8dB이상의 높은 안테나 이득 특성을 갖는다. 제1 캐비티(1210) 및 제2 캐비티(1220)의 길이(L)가 1.03mm 내지 1.13mm인 경우 1.18mm 및 1.23mm인 경우보다 151 내지 160GHz 대역에서 안테나 이득이 다소 감소함을 알 수 있다.
제1 캐비티(1210)와 제2 캐비티(1220)의 크기는 가로 및 세로 방향으로 1.18 X 0.74mm로 형성될 수 있다. 제1 캐비티(1210)와 제2 캐비티(1220)의 깊이는 0.35mm로 형성될 수 있다. 제3 캐비티(1230)의 깊이는 0.13mm로 형성될 수 있다. 제1 캐비티(1210)와 제2 캐비티(1220) 중 어느 하나의 너비는 0.74mm로 형성되고 다른 하나의 너비는 이와 다른 값으로 형성될 수 있다.
이와 관련하여, 도 13a는 제2 캐비티의 너비에 따른 안테나 방사 이득 특성을 나타낸다. 도 13b는 서로 다른 너비 값을 갖는 제2 캐비티를 구비하는 안테나 구조의 전계 분포를 나타낸다. 도 13c는 도 13b의 서로 다른 너비 값을 갖는 제2 캐비티를 구비하는 안테나 구조의 3D 방사 패턴을 나타낸다.
도 10b 및 도 13a를 참조하면, 제2 캐비티(1220)의 너비(W2)가 0.54mm로 설정되면 전체 주파수 대역에서 안테나 구조는 8dB 이하의 안테나 이득 값을 갖는다. 제2 캐비티(1220)의 너비(W2)가 0.64mm로 설정되면 155GHz 이하의 주파수 대역에서 안테나 구조는 8dB 이하의 안테나 이득 값을 갖는다. 제2 캐비티(1220)의 너비(W2)가 0.74mm로 설정되면 안테나 구조는 8dB 이상의 안테나 이득 값을 갖는다. 제2 캐비티(1220)의 너비(W2)가 0.84mm로 설정되면 안테나 구조는 8dB 이상의 안테나 이득 값을 갖는다. 하지만, 너비(W2)가 0.84mm이면 161GHz 대역에서 안테나 이득 값이 다소 감소하여 주파수 선택적 특성(frequency selective characteristics)을 갖게 된다. 이에 따라, 제2 캐비티(1220)의 너비(W2)도 제1 캐비티(1210)의 너비(W1)와 동일하게 0.84mm로 설정될 수 있다.
도 10b 및 도 13b(a)를 참조하면, 제2 캐비티(1220)의 너비(W2)가 0.54mm로 설정되면, 안테나 구조의 전계 분포의 제1 피크 영역(peak region, PR1) 및 제2 피크 영역(PR2)이 서로 다른 방향인 제1 방향과 제2 방향으로 형성된다. 제2 캐비티(1220)의 너비(W2)가 0.54 mm이면 제2 캐비티(1220)에 의해 생성되는 전계가 다이폴 안테나에 의해 생성되는 전계와 동위상 합성이 되지 않게 되어 방사 이득 성능이 저하되게 된다.
도 13c(a)는 제2 캐비티(1220)의 너비(W2)가 0.54mm인 경우 안테나 구조의 3D 방사 패턴을 나타낸다. 도 10b, 도 13b(a) 및 도 13c(a)를 참조하면, 제2 캐비티(1220)의 너비(W2)가 0.54mm이면 제2 캐비티(1220)에 의한 방사 패턴 성분과 다이폴 안테나에 의한 방사 패턴 성분이 합성되지 않고 분리된다. 따라서, 제2 캐비티(1220)의 너비(W2)가 0.54mm이면 캐비티 및 다이폴 안테나의 전계 성분의 위상 또는 방사 패턴 성분의 위상이 동위상 합성되지 않게 된다. 이에 따라, 제2 캐비티(1220)의 너비(W2)가 0.54mm이면 안테나 성능 저하가 발생된다.
도 10b 및 도 13b(b)를 참조하면, 제2 캐비티(1220)의 너비(W2)가 0.74mm로 설정되면, 안테나 구조의 전계 분포의 피크 영역(PR)이 동일한 방향으로 형성된다. 제2 캐비티(1220)의 너비(W2)가 0.74mm로 설정되면, 안테나 구조의 전계 분포의 피크 영역(PR)이 안테나 구조에 수직한 방향으로 형성된다. 따라서, 제2 캐비티(1220)의 너비(W2)가 0.74 mm이면 제2 캐비티(1220)에 의해 생성되는 전계가 다이폴 안테나에 의해 생성되는 전계와 동위상 합성될 수 있다. 제2 캐비티(1220)에 의해 생성되는 전계가 다이폴 안테나에 의해 생성되는 전계와 동위상 합성되어 방사 이득 성능이 향상되게 된다.
도 13c(b)는 제2 캐비티(1220)의 너비(W2)가 0.74mm인 경우 안테나 구조의 3D 방사 패턴을 나타낸다. 도 10b, 도 13b(a) 및 도 13c(b)를 참조하면, 제2 캐비티(1220)의 너비(W2)가 0.74mm이면 제2 캐비티(1220)에 의한 방사 패턴 성분과 다이폴 안테나에 의한 방사 패턴 성분이 안테나 구조의 수직 방향으로 합성된다. 제2 캐비티(1220)의 너비(W2)가 0.74mm인 도 11c(b)의 방사 패턴의 피크 값이 제2 캐비티(1220)의 너비(W2)가 0.54mm인 도 11c(a)의 방사 패턴 피크 값보다 더 큰 값을 갖는다. 따라서, 제2 캐비티(1220)의 너비(W2)가 0.74mm이면 캐비티 및 다이폴 안테나의 전계 성분의 위상 또는 방사 패턴 성분의 위상이 수직 방향으로 동위상 합성되어 지향성(directivity)이 향상되게 된다. 이에 따라, 제2 캐비티(1220)의 너비(W2)가 0.74mm이면 방사 패턴 피크 값이 증가하여 안테나 성능이 향상된다. 또한, 제2 캐비티(1220)의 너비(W2)가 0.74mm이면 방사 패턴이 수직 방향을 기준으로 좌우 대칭 형태로 형성되어 안테나 성능이 향상된다.
제1 캐비티(1210)와 제2 캐비티(1220) 사이의 간격을 조절하여 안테나 성능이 개선될 수 있다. 제1 캐비티(1210)와 제2 캐비티(1220) 사이의 간격이 변경됨에 따라, 제1 캐비티(1210) 및 제2 캐비티(1220)에 연결된 제3 캐비티(1230)의 너비(W3)가 변경된다. 이와 관련하여, 도 14a는 제1 및 제2 캐비티 간의 간격 변화에 따른 안테나 방사 이득 특성을 나타낸다. 도 14b는 서로 다른 간격 값을 갖는 제1 및 제2 캐비티를 구비하는 안테나 구조의 전계 분포를 나타낸다. 도 14c는 도 14b의 서로 다른 간격 값을 갖는 제1 및 제2 캐비티를 구비하는 안테나 구조의 3D 방사 패턴을 나타낸다. 이하, 제1 캐비티(1210) 및 제2 캐비티(1220)의 간격을 제3 캐비티(1230)의 너비(W3)으로 표현한다.
도 10b 및 도 14a를 참조하면, 제3 캐비티(1230)의 너비(W3)가 1.5mm로 설정되면 안테나 구조는 160GHz 이하의 일부 주파수 대역에서 안테나 이득 값이 다소 감소된다. 제3 캐비티(1230)의 너비(W3)가 1.0mm로 설정되면 안테나 구조는 160GHz 이상의 일부 주파수 대역에서 안테나 이득 값이 다소 감소된다. 제3 캐비티(1230)의 너비(W3)가 0.5mm로 설정되면 안테나 구조는 전체 주파수 대역에서 9dB 이상의 높은 안테나 이득 값을 갖는다.
도 10b 및 도 14b(a)를 참조하면, 제3 캐비티(1230)의 너비(W3)가 1.5mm로 설정되면, 안테나 구조의 전계 분포의 제1 피크 영역(PR1) 및 제2 피크 영역(PR2)이 서로 다른 방향인 제1 방향과 제2 방향으로 형성된다. 제3 캐비티(1230)의 너비(W3)가 1.5mm이면 제1 캐비티(1210)와 제2 캐비티(1220)에 의해 생성되는 전계가 다이폴 안테나에 의해 생성되는 전계와 동위상 합성이 되지 않게 되어 방사 이득 성능이 저하되게 된다.
도 14c(a)는 제3 캐비티(1230)의 너비(W3)가 1.5mm인 경우 안테나 구조의 3D 방사 패턴을 나타낸다. 도 10b, 도 14b(a) 및 도 14c(a)를 참조하면, 제3 캐비티(1230)의 너비(W3)가 0.54mm이면 제1 캐비티(1210)와 제2 캐비티(1220)에 의한 방사 패턴 성분과 다이폴 안테나에 의한 방사 패턴 성분이 합성되지 않고 분리된다. 따라서, 제3 캐비티(1230)의 너비(W3)가 1.5mm이면 캐비티 및 다이폴 안테나의 전계 성분의 위상 또는 방사 패턴 성분의 위상이 동위상 합성되지 않게 된다. 이에 따라, 제3 캐비티(1230)의 너비(W3)가 1.5mm이면 안테나 성능 저하가 발생된다.
도 10b 및 도 14b(b)를 참조하면 제3 캐비티(1230)의 너비(W3)가 0.5mm로 설정되면, 안테나 구조의 전계 분포의 피크 영역(PR)이 동일한 방향으로 형성된다. 제3 캐비티(1230)의 너비(W3)가 0.5mm로 설정되면, 안테나 구조의 전계 분포의 피크 영역(PR)이 안테나 구조에 수직한 방향으로 형성된다. 따라서, 제3 캐비티(1230)의 너비(W3)가 0.5mm이면 제1 캐비티(1210)와 제2 캐비티(1220)에 의해 생성되는 전계가 다이폴 안테나에 의해 생성되는 전계와 동위상 합성될 수 있다. 제1 캐비티(1210)와 제2 캐비티(1220)에 의해 생성되는 전계가 다이폴 안테나에 의해 생성되는 전계와 동위상 합성되어 방사 이득 성능이 향상되게 된다.
도 14c(b)는 제3 캐비티(1230)의 너비(W3)가 0.5mm인 경우 안테나 구조의 3D 방사 패턴을 나타낸다. 도 10b, 도 14b(a) 및 도 14c(b)를 참조하면, 제3 캐비티(1230)의 너비(W3)가 0.5mm이면 제1 캐비티(1210)와 제2 캐비티(1220)에 의한 방사 패턴 성분과 다이폴 안테나에 의한 방사 패턴 성분이 안테나 구조의 수직 방향으로 합성된다. 제3 캐비티(1230)의 너비(W3)가 0.5mm인 도 12c(b)의 방사 패턴의 피크 값이 제3 캐비티(1230)의 너비(W3)가 1.5mm인 도 12c(a)의 방사 패턴 피크 값보다 더 큰 값을 갖는다. 따라서, 제3 캐비티(1230)의 너비(W3)가 0.5mm이면 캐비티 및 다이폴 안테나의 전계 성분의 위상 또는 방사 패턴 성분의 위상이 수직 방향으로 동위상 합성되어 지향성(directivity)이 향상되게 된다. 이에 따라, 제3 캐비티(1230)의 너비(W3)가 0.5mm이면 방사 패턴 피크 값이 증가하여 안테나 성능이 향상된다. 또한, 제3 캐비티(1230)의 너비(W3)가 0.5mm이면 방사 패턴이 수직 방향을 기준으로 좌우 대칭 형태로 형성되어 안테나 성능이 향상된다.
도 9a 내지 도 14c를 참조하면, 제1 캐비티(1210)와 제2 캐비티(1220)의 크기는 가로 및 세로 방향으로 1.18 X 0.74mm로 형성될 수 있다. 제1 캐비티(1210)와 제2 캐비티(1220)의 길이(L)는 1.18mm로 형성될 수 있다. 제1 캐비티(1210)의 너비(W1)와 제2 캐비티(1220)의 너비(W2)는 0.74mm로 형성될 수 있다. 제1 캐비티(1210)와 제2 캐비티(1220)의 깊이는 0.35mm로 형성될 수 있다. 제3 캐비티(1230)의 너비(W3)는 0.5mm로 형성될 수 있다.
그라운드(1110g)는 유전체 기판(1010)의 제2 표면 (S2) 상에 배치될 수 있다. 그라운드(1110g)는 제1 개방 영역(open area)(OA1), 제2 개방 영역(OA2) 및 제3 개방 영역(OA3)을 포함할 수 있다. 제1 개방 영역(OA1)이 일 측 및 타 측에 제2 개방 영역(OA2) 및 제3 개방 영역(OA3)이 배치될 수 있다.
방사체들(1110)은 유전체 기판(1010)의 제2 표면(S2) 상의 중심 부의 제1 개방 영역(OA1)에 배치될 수 있다. 방사체들(1110)의 제1 단부가 그라운드(1110g)의 일부와 연결될 수 있다. 마이크로스트립 피더(1110f)는 유전체 기판(1010)의 제1 표면(S1) 상에 배치될 수 있다. 그라운드(1110g)의 일부는 마이크로스트립 피더(1110f)와 전기적으로 결합될 수 있다. 유전체 기판(1010)의 제1 표면(S1) 상에 배치된 마이크로스트립 피더(1110f)는 유전체 기판(1010)의 제1 표면(S1) 상의 슬롯(1100s)과 전기적으로 결합되어 방사체들(1110)로 커플링 급전될 수 있다. 유전체 기판(1010)의 제2 표면(S2) 상에 도전 패턴(1120)이 배치될 수 있다. 도전 패턴(1120)은 방사체들(1110)의 제2 단부와 전기적으로 결합될 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 캐비티-백(cavity-backed) 마이크로스트립 다이폴 안테나 구조에서 방사체들(1110)은 복수의 방사체 패턴으로 형성될 수 있다. 도 9a 내지 도 10b를 참조하면, 방사체들(1110)은 제1 방사체(1111)과 제2 방사체 (1112)로 형성될 수 있다. 제2 방사체(1112)는 제1 방사체(1111)와 분리된 구조로 형성될 수 있다. 제2 방사체(1112)의 일 단부는 제1 방사체(1111)의 단부와 이격되어 형성될 수 있다. 제2 방사체(1112)의 타 단부는 중심 영역의 제2 캐비티(1221)에 배치될 수 있다. 제2 방사체(1112)의 타 단부는 일 축 방향으로 소정 길이(CL)로 형성될 수 있다. 제2 방사체(1112)는 제1 서브 패턴(1112a) 및 커플링 패턴에 해당하는 제2 서브 패턴(1112b)를 포함할 수 있다. 제2 서브 패턴(1112b)이 일 축 방향으로 소정 길이(CL)로 형성될 수 있다.
슬롯(1110s)은 제1 부분(1111s) 및 제2 부분(1112s)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 방사체 패턴(1111a)과 제2 방사체 패턴(1111b) 사이에 슬롯의 제1 부분(1111s)이 형성될 수 있다. 방사체들(1100)과 연결된 그라운드(1110g)에 슬롯의 제2 부분(1112s)이 형성될 수 있다. 슬롯의 제1 부분(1111s)과 슬롯의 제2 부분(1112s)은 연결되게 형성될 수 있다. 슬롯의 제2 부분(1112s)의 간격(SG2)이 슬롯의 제1 부분(1111s)의 간격(SG1)보다 더 넓게 형성될 수 있다.
커플링 패턴에 해당하는 제2 서브 패턴(1112b)의 길이(CL) 변화에 따른 안테나 성능에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 도 15a는 제2 서브 패턴의 길이 변화에 따른 안테나 방사 이득 특성을 나타낸다. 도 15b는 서로 다른 길이를 갖는 제2 서브 패턴을 구비하는 안테나 구조의 전계 분포를 나타낸다. 도 15c는 도 15b의 서로 다른 길이를 갖는 제2 서브 패턴을 구비하는 안테나 구조의 3D 방사 패턴을 나타낸다.
도 10b 및 도 15a를 참조하면, 제2 서브 패턴(1112b)의 길이(CL)가 0.5mm, 0.7mm, 0.9mm로 설정되면 155GHz 이하의 주파수 대역에서 안테나 이득 값이 8dB 이하로 감소된다. 제2 서브 패턴(1112b)의 길이(CL)가 1.1mm로 설정되면 160GHz를 중심으로 일부 주파수 대역에서 안테나 이득 값이 8dB 이하로 감소된다. 제2 서브 패턴(1112b)의 길이(CL)가 0.3mm로 설정되면 안테나 구조는 전체 주파수 대역에서 약 9dB 이상의 높은 안테나 이득 값을 갖는다. 제2 서브 패턴(1112b)의 길이(CL)가 0.3mm로 설정되면 안테나 구조는 160GHz 이상의 주파수 대역에서 안테나 이득이 약 10dB 이상의 높은 안테나 이득 값을 갖는다.
따라서, 제2 서브 패턴(1112b)의 길이(CL)가 변경됨에 따라 안테나 방사 성능이 변경된다. 중심 영역의 제2 캐비티(121)로의 동위상 급전을 위하여 커플링 패턴에 해당하는 제2 서브 패턴(1112b)을 설계 최적화가 필요하다. 제2 서브 패턴(1112b)의 길이(CL)에 따라 제2 캐비티(121)에 인가되는 신호 및 캐비티 공진 모드가 변화된다. 이에 따라, 제2 캐비티(121)에 인가되는 신호와 제1 캐비티(111)에 인가되는 신호가 동위상 합성되지 않는 경우 안테나 이득 성능이 저하될 수 있다.
도 10b 및 도 15(a)를 참조하면, 제2 서브 패턴(1112b)의 길이(CL)가 1.1mm로 설정되면, 안테나 구조의 전계 분포의 제1 피크 영역(PR1) 및 제2 피크 영역(PR2)이 서로 다른 방향인 제1 방향과 제2 방향으로 형성된다. 제2 서브 패턴(1112b)의 길이(CL)가 1.1mm이면 제1 캐비티(1210)와 제2 캐비티(1220)에 의해 생성되는 전계가 다이폴 안테나에 의해 생성되는 전계와 동위상 합성이 되지 않게 되어 방사 이득 성능이 저하되게 된다.
도 15c(a)는 제2 서브 패턴(1112b)의 길이(CL)가 1.1mm인 경우 안테나 구조의 3D 방사 패턴을 나타낸다. 도 10b, 도 15b(a) 및 도 15c(a)를 참조하면, 제2 서브 패턴(1112b)의 길이(CL)가 1.1mm이면 제1 캐비티(1210)와 제2 캐비티(1220)에 의한 방사 패턴 성분과 다이폴 안테나에 의한 방사 패턴 성분이 합성되지 않고 분리된다. 따라서, 제2 서브 패턴(1112b)의 길이(CL)가 1.1mm이면 캐비티 및 다이폴 안테나의 전계 성분의 위상 또는 방사 패턴 성분의 위상이 동위상 합성되지 않게 된다. 이에 따라, 제2 서브 패턴(1112b)의 길이(CL)가 1.1mm이면 안테나 성능 저하가 발생된다.
도 10b 및 도 15b(b)를 참조하면 제2 서브 패턴(1112b)의 길이(CL)가 0.3mm로 설정되면, 안테나 구조의 전계 분포의 피크 영역(PR)이 동일한 방향으로 형성된다. 제2 서브 패턴(1112b)의 길이(CL)가 0.3mm로 설정되면, 안테나 구조의 전계 분포의 피크 영역(PR)이 안테나 구조에 수직한 방향으로 형성된다. 따라서, 제2 서브 패턴(1112b)의 길이(CL)가 0.3mm이면 제1 캐비티(1210)와 제2 캐비티(1220)에 의해 생성되는 전계가 다이폴 안테나에 의해 생성되는 전계와 동위상 합성될 수 있다. 제1 캐비티(1210)와 제2 캐비티(1220)에 의해 생성되는 전계가 다이폴 안테나에 의해 생성되는 전계와 동위상 합성되어 방사 이득 성능이 향상되게 된다.
도 15c(b)는 제2 서브 패턴(1112b)의 길이(CL)가 0.3mm인 경우 안테나 구조의 3D 방사 패턴을 나타낸다. 도 10b, 도 15b(a) 및 도 15c(b)를 참조하면, 제2 서브 패턴(1112b)의 길이(CL)가 0.3mm가 0.5mm이면 제1 캐비티(1210)와 제2 캐비티(1220)에 의한 방사 패턴 성분과 다이폴 안테나에 의한 방사 패턴 성분이 안테나 구조의 수직 방향으로 합성된다. 제2 서브 패턴(1112b)의 길이(CL)가 0.3mm인 도 14c(b)의 방사 패턴의 피크 값이 제2 서브 패턴(1112b)의 길이(CL)가 1.1mm인 도 14c(a)의 방사 패턴 피크 값보다 더 큰 값을 갖는다. 따라서, 제2 서브 패턴(1112b)의 길이(CL)가 0.3mm이면 캐비티 및 다이폴 안테나의 전계 성분의 위상 또는 방사 패턴 성분의 위상이 수직 방향으로 동위상 합성되어 지향성(directivity)이 향상되게 된다. 이에 따라, 제2 서브 패턴(1112b)의 길이(CL)가 0.3mm이면 방사 패턴 피크 값이 증가하여 안테나 성능이 향상된다. 또한, 제2 서브 패턴(1112b)의 길이(CL)가 0.3mm이면 방사 패턴이 수직 방향을 기준으로 좌우 대칭 형태로 형성되어 안테나 성능이 향상된다.
이상에서는 캐비티-백(cavity-backed) 마이크로스트립 다이폴 안테나 구조에 대해 설명하였다. 이하에서는 캐비티-백 마이크로스트립 다이폴 안테나 어레이 구조에 대해 상세하게 설명한다. 이와 관련하여, 도 16a 및 도 16b는 캐비티-백 마이크로스트립 다이폴 안테나 어레이 구조를 나타낸다. 도 16a는 캐비티-백 마이크로스트립 다이폴 안테나 어레이 구조의 일부 영역을 확대한 사시도이다. 도 16b는 캐비티-백 마이크로스트립 다이폴 안테나 어레이 구조의 전면도이다.
도 16a 및 도 16b의 안테나 어레이 구조가 1x8 어레이 안테나로 도시되었지만, 이에 한정되지 않고 1x4, 1x6, 1x10, 1x12, 1x16 어레이 안테나로 변경 가능하다. 또는, 도 16a 및 도 16b의 안테나 어레이 구조는 M x N 어레이와 같이 2차원 어레이 안테나로도 구현이 가능하다.
도 7a 내지 16b를 참조하면, 캐비티-백(cavity-backed) 마이크로스트립 다이폴 안테나 어레이(1100)는 PCB(1100) 및 메탈 기판(metallic substrate)(1200)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여 전술한 복수의 캐비티들을 구비한 단일 안테나 구조에 대한 설명이 도 15a 및 도 15b의 다이폴 안테나 어레이 구조에도 적용될 수 있다.
메탈 기판(1200)은 PCB(1100)의 하부 영역에 배치될 수 있다. PCB(1100) 및 메탈 기판(1200)을 각각 제1 기판(substrate) 및 제2 기판으로 지칭할 수도 있다.
PCB(1100)는 유전체 기판(1010), 그라운드(1110g), 방사체들(radiators)(1110)을 포함하도록 구성될 수 있다. PCB(1100)는 마이크로스트립 피더(1110f) 및 도전 패턴(1120)을 더 포함하도록 구성될 수 있다. 방사체들(radiators)(1110)은 제1 안테나 소자(EL1) 내지 제8 안테나 소자(EL8)를 포함하도록 구성될 수 있다.
유전체 기판(1010)은 제1 표면(S1) 및 제2 표면(S2)을 구비할 수 있다. 제2 표면(S2)은 제1 표면(S1)으로부터 반대 측(opposite side)일 수 있다. 제1 표면(S1) 및 제2 표면(S2)은 각각 유전체 기판(1010)의 배면(rear surface) 및 전면(front surface)을 형성할 수 있다. 그라운드(1110g)는 유전체 기판(1010)의 제2 표면(S2) 상에 배치될 수 있다. 그라운드(1110g)는 복수의 개방 영역들(open areas)을 포함하도록 구성될 수 있다. 그라운드(1110g)는 일 축 방향으로 제1 개방 영역(OA1) 내지 제10 개방 영역(OA10)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 개방 영역(OA1) 내지 제10 개방 영역(OA10)을 포함에 대응하여 캐비티들이 형성될 수 있다.
제1 개방 영역(OA1)에 안테나 소자가 배치되지 않고 캐비티(1211)만 형성될 수 있다. 타 축 방향으로 제1 및 제2 캐비티(1211, 1221)이 형성될 수 있다. 제1 캐비티(1211)의 크기, 형상 및 깊이는 제2 캐비티(1221)의 크기, 형상 및 깊이와 동일하게 형성될 수 있다.
제2 개방 영역(OA2)에 제1 안테나 소자(EL1)가 배치되고, 하부에 캐비티(1212)가 형성될 수 있다. 제1 캐비티(1212)의 크기, 형상 및 깊이는 제2 캐비티(1222)의 크기, 형상 및 깊이와 동일하게 형성될 수 있다. 제3 캐비티(1232)의 크기 및 깊이는 제2 캐비티(1222)의 크기 및 깊이보다 더 작게 형성될 수 있다.
제3 개방 영역(OA3)에 제2 안테나 소자(EL2)가 배치되고 하부에 캐비티(1213)이 형성될 수 있다. 제1 캐비티(1213)의 크기, 형상 및 깊이는 제2 캐비티(1223)의 크기, 형상 및 깊이와 동일하게 형성될 수 있다. 제3 캐비티(1233)의 크기 및 깊이는 제2 캐비티(1223)의 크기 및 깊이보다 더 작게 형성될 수 있다. 1x8 어레이 안테나 구조에서 캐비티들이 일 축 방향으로 10개가 배치되고, 타 축 방향으로 3개가 배치될 수 있다. 1 x N 어레이 안테나 구조에서 캐비티들이 일 축 방향으로 (N+2) 개가 배치되고, 타 축 방향으로 3개가 배치될 수 있다.
이상에서는 본 명세서의 일 양상에 따른 캐비티-백(cavity-backed) 마이크로스트립 다이폴 안테나 구조에 대해 설명하였다. 이하에서는 본 명세서의 다른 양상에 따른 캐비티-백 및 갭 커플링 구조의 마이크로스트립 다이폴 안테나 구조에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 전술한 캐비티-백 마이크로스트립 다이폴 안테나 구조에 대한 설명이 이하의 캐비티-백 및 갭 커플링 구조의 마이크로스트립 다이폴 안테나 구조에도 적용될 수 있다.
이하, 도 9a 내지 도 11 및 도 15를 참조하여, 캐비티-백(cavity-backed) 및 갭 커플링 구조의 마이크로스트립 다이폴 안테나 구조에 대해 설명한다. 마이크로스트립 다이폴 안테나 구조는 PCB(1100) 및 메탈 기판(1200)을 포함하도록 구성될 수 있다.
PCB(1100)는 유전체 기판(1010), 그라운드(1110g), 제1 방사체(1111a), 제2 방사체(1111b), 제1 갭(G1) 및 제2 갭(G2)을 포함하도록 구성될 수 있다. PCB(1100)는 마이크로스트립 피더(1110f) 및 도전 패턴(1120)을 더 포함하도록 구성될 수 있다.
그라운드(1110g)는 유전체 기판(1010)의 제1 표면(S1) 상에 배치될 수 있다. 그라운드(1110g)는 제1 개방 영역(OA1), 제2 개방 영역(OA2) 및 제3 개방 영역(OA3)을 포함할 수 있다.
제1 방사체(1111a)는 유전체 기판(1010)의 제1 표면(S1) 상의 제1 개방 영역(OA1)에 배치될 수 있다. 제1 방사체(1111a)의 제1 단부는 그라운드(1110g)의 제1 부분(1111g)과 연결될 수 있다. 제2 방사체(1111b)는 유전체 기판(1010)의 제1 표면(S1) 상의 제1 개방 영역(OA1)에 배치될 수 있다. 제2 방사체(1111b)의 제2 단부는 그라운드(1110g)의 제2 부분(1112g)과 연결될 수 있다.
그라운드(1110g)의 제1 부분(1111g) 및 그라운드(1110g)의 제2 부분(1112g) 사이에 제1 갭(G1)이 배치될 수 있다. 제1 방사체(1111a) 및 제2 방사체(1111b) 사이에 배치된 제2 갭(G2)이 배치될 수 있다. 마이크로스트립 피더(1110f)는 유전체 기판(1010)의 제2 표면(S2) 상에 배치될 수 있다. 마이크로스트립 피더(1110f)는 그라운드(1110g)의 제1 부분(1111g) 및 제2 부분(1112g)과 전기적으로 결합될 수 있다.
유전체 기판(1010)의 제1 표면(S1) 상에 도전 패턴(1120)이 배치될 수 있다. 도전 패턴(1120)은 제1 방사체(1111a)의 제2 단부와 전기적으로 결합될 수 있다. 도전 패턴(1120)은 제2 방사체(1111b)의 제4 단부와 전기적으로 결합될 수 있다. 제1 및 제2 방사체(1111a, 1111b)와 도전 패턴(1120)이 직접 연결되어 있지는 않지만, 소정 간격만큼 이격되어 제1 및 제2 방사체(1111a, 1111b)의 신호가 도전 패턴(1120)으로 결합될 수 있다. 제1 및 제2 방사체(1111a, 1111b)와 도전 패턴(1120)이 각각 그라운드(1110g)와 연결되어 제1 및 제2 방사체(1111a, 1111b)와 도전 패턴(1120)이 직접 연결되어 있지는 않지만, 그라운드(1110g)를 통해 연결된다.
메탈 기판(1200)은 제3 표면(S3), 제4 표면(S4) 제1 캐비티(1210), 제2 캐비티(1220) 및 제3 캐비티(1230)를 포함할 수 있다. 제4 표면(S4)은 제3 표면(S3)으로부터 반대 측일 수 있다. 메탈 기판(1200)의 제4 표면(S4)은 유전체 기판(1010)의 제1 표면(S1)과 마주보게 형성될 수 있다. 메탈 기판(1200)의 높이는 1.0mm로 형성될 수 있다. 유전체 기판(1010)의 높이는 80um로 형성될 수 있다.
메탈 기판(1200)의 제4 표면(S4)에 제1 캐비티(1210)가 배치될 수 있다. 제1 캐비티(1210)는 제1 및 제2 방사체(1111a, 1111b) 및 도전 패턴(1200)의 제1 부분과 중첩된 위치에 형성될 수 있다. 메탈 기판(1200)의 제4 표면(S4)에 제2 캐비티(1220)가 배치될 수 있다. 제2 캐비티(1220)는 도전 패턴(1200)의 제2 부분과 중첩된 위치에 형성될 수 있다. 메탈 기판(1200)의 제4 표면(S4)에 제3 캐비티(1230)가 배치될 수 있다. 제3 캐비티(1230)가 제1 캐비티(1210) 및 제2 캐비티(1220)에 연결되게 형성될 수 있다. 제3 캐비티(1230)는 도전 패턴(1120)의 제1 부분(1121) 및 제2 부분(1122) 사이의 중간 부분과 중첩된 위치에 형성될 수 있다. 제1 캐비티(1210)의 크기, 형상 및 깊이는 제2 캐비티(1220)의 크기, 형상 및 깊이와 동일하게 형성될 수 있다. 제3 캐비티(1230)의 크기 및 깊이는 제1 캐비티(1210) 또는 제2 캐비티(1220)의 크기 및 깊이보다 더 작게 형성될 수 있다.
제1 캐비티(1210)의 내부, 제2 캐비티(1220)의 내부 및 제3 캐비티(1230)의 내부는 공기(air)로 형성될 수 있다.
그라운드(1110g)는 개방 영역(OA1)을 형성할 수 있다. 개방 영역(OA1)에 제1 및 제2 방사체(1111a, 111b)가 구비될 수 있다. 그라운드(1110g)의 개방 영역(OA1)은 제1 캐비티(1210)의 크기보다 더 작게 형성될 수 있다.
제1 방사체(1111a)와 제2 방사체(1111b) 사이에 슬롯(1110s)의 제1 부분(1111s)이 형성될 수 있다. 제1 방사체(1111a) 및 제2 방사체(1111b)와 연결된 그라운드(1110g)에 슬롯(1110s)의 제2 부분(1112s)이 형성될 수 있다. 슬롯의 제1 부분(1111s)과 슬롯의 제2 부분(1112s)은 연결되게 형성될 수 있다. 슬롯의 제2 부분(1112s)의 간격(G1)이 슬롯의 제1 부분(1111s)의 간격(G2)보다 더 넓게 형성될 수 있다.
제1 캐비티(1210)와 제2 캐비티(1220)의 크기는 가로 및 세로 방향으로 1.18 X 0.74mm일 수 있다. 제1 캐비티(1210)와 제2 캐비티(1220)의 깊이는 0.35mm 일 수 있다. 제3 캐비티(1230)의 깊이는 0.13mm일 수 있다.
제1 캐비티(1210)와 제2 캐비티(1220)는 각각 가로 방향으로 중심 영역과 중심 영역에 인접한 일 측 영역 및 타 측 영역에 3개씩 배치될 수 있다. 제3 캐비티(1230)는 제1 방사체(1111a) 및 제2 방사체(1111b)가 배치된 중심 영역의 제1 캐비티(1211)와 제2 캐비티(1221)를 연결하도록 구성될 수 있다. 제3 캐비티(1230)의 크기는 가로 및 세로 방향으로 0.12 X 0.5mm로 형성될 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 캐비티-백(cavity-backed) 마이크로스트립 다이폴 안테나 구조가 적용된 안테나 모듈은 전자 기기 내에 배열 안테나로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 17a는 제1 타입 안테나와 제2 타입 안테나가 배열 안테나로 형성된 안테나 모듈이 전자 기기에 배치된 구조를 나타낸다. 도 17b는 복수의 배열 안테나 모듈을 확대한 도면이다.
도 1 내지 도 17b를 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 16b와 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 18은 실시 예들에 따른 전자 기기의 특정 위치에서 서로 다른 결합 구조로 결합된 안테나 모듈을 나타낸다. 도 18(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 18(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 18(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.
이상에서는 캐비티-백(cavity-backed) 마이크로스트립 다이폴 안테나 및 이를 구비하는 전자 기기에 대해 설명하였다. 이와 같은 캐비티-백(cavity-backed) 마이크로스트립 다이폴 안테나 및 이를 구비하는 전자 기기의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
실시 예에 따르면, 테라 헤르츠 대역에서 동작하는 안테나 모듈 및 이를 구비하는 전자 기기를 제공할 수 있다.
실시 예에 따르면, 멀티 캐비티 구조를 통해 높은 방사이득과 넓은 대역폭 성능을 갖는 테라 헤르츠 대역의 안테나 구조를 설계할 수 있다.
실시 예에 따르면, 멀티 캐비티 구조의 형상, 크기 및 깊이의 최적 설계를 통해 6G 주파수 대역 전체에서 높은 방사 이득 성능을 확보할 수 있다.
실시 예에 따르면, 멀티 캐비티 구조의 형상, 크기 및 깊이의 최적 설계를 통해 안테나 구조들 간에 전계 분포가 동위상 합성되어 안테나 지향성 및 방사 이득을 향상시킬 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. 캐비티-백(cavity-backed) 마이크로스트립 다이폴 안테나 어레이에 있어서,
    유전체 기판;
    상기 유전체 기판의 제2 표면상에 배치된 그라운드 - 상기 그라운드는 제1 개방 영역(open area), 제2 개방 영역 및 제3 개방 영역을 포함;
    상기 유전체 기판의 제2 표면상의 상기 제1 개방 영역에 배치된 방사체들 - 상기 방사체들의 제1 단부는 상기 그라운드의 일부와 연결됨;
    상기 유전체 기판의 제1 표면상에 배치된 마이크로스트립 피더 - 상기 그라운드의 일부는 상기 마이크로스트립 피더와 전기적으로 결합됨; 및
    상기 유전체 기판의 제2 표면상에 배치된 도전 패턴 - 상기 도전 패턴은 상기 방사체들의 제2 단부와 전기적으로 결합됨 - 을 포함하는 PCB(Printed Circuit Board); 및
    메탈 기판을 포함하고,
    상기 메탈 기판은,
    제3 표면;
    상기 제3 표면에서 반대 측인 제4 표면 - 상기 메탈 기판의 상기 제4 표면은 상기 유전체 기판의 제1 표면과 마주함(faced with);
    상기 메탈 기판의 제4 표면에 배치된 제1 캐비티 - 상기 제1 캐비티는 상기 방사체들 및 상기 도전 패턴의 제1 부분과 중첩된 위치에 형성됨;
    상기 메탈 기판의 제4 표면에 배치된 제2 캐비티 - 상기 제2 캐비티는 상기 도전 패턴의 제2 부분과 중첩된 위치에 형성됨; 및
    상기 메탈 기판의 제4 표면에 배치된 제3 캐비티 - 상기 제3 캐비티는 상기 제1 캐비티 및 상기 제2 캐비티에 연결되고, 상기 제3 캐비티는 상기 도전 패턴의 제1 부분 및 제2 부분 사이의 중간 부분과 중첩된 위치에 형성됨 - 을 포함하고,
    상기 제1 캐비티의 크기, 형상 및 깊이는 상기 제2 캐비티의 크기, 형상 및 깊이와 동일하고,
    상기 제3 캐비티의 크기 및 깊이는 상기 제2 캐비티의 크기 및 깊이보다 더 작은, 다이폴 안테나 어레이.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 캐비티의 내부, 상기 제2 캐비티의 내부 및 상기 제3 캐비티의 내부는 공기(air)로 형성되는, 다이폴 안테나 어레이.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 그라운드는 개방 영역을 형성하고,
    상기 개방 영역에 방사체들이 구비되는, 다이폴 안테나 어레이.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 그라운드의 개방 영역은 상기 제1 캐비티의 크기보다 더 작은, 다이폴 안테나 어레이.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 방사체들은 제1 방사체 패턴과 제2 방사체 패턴으로 형성되고,
    상기 제1 방사체 패턴과 상기 제2 방사체 패턴 사이에 슬롯의 제1 부분이 형성되고,
    상기 방사체들과 연결된 상기 그라운드에 상기 슬롯의 제2 부분이 형성되고,
    상기 슬롯의 제1 부분과 상기 슬롯의 제2 부분은 연결되고,
    상기 슬롯의 제2 부분의 간격이 상기 슬롯의 제1 부분보다 더 넓게 형성되는, 다이폴 안테나 어레이.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 캐비티와 상기 제2 캐비티의 크기는 가로 및 세로 방향으로 1.18 X 0.74mm이고, 상기 제1 캐비티와 상기 제2 캐비티의 깊이는 0.35mm인, 다이폴 안테나 어레이.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제3 캐비티의 깊이는 0.13mm인, 다이폴 안테나 어레이.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 캐비티와 상기 제2 캐비티는 각각 가로 방향으로 중심 영역과 상기 중심 영역에 인접한 일 측 영역 및 타 측 영역에 3개씩 배치되고,
    상기 제3 캐비티는 상기 방사체가 배치된 상기 중심 영역의 상기 제1 캐비티와 상기 제2 캐비티를 연결하도록 구성되고,
    상기 제3 캐비티의 크기는 가로 및 세로 방향으로 0.12 X 0.5mm인, 다이폴 안테나 어레이.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 메탈 기판의 높이는 1.0mm인, 다이폴 안테나 어레이.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 유전체 기판의 높이는 80um인, 다이폴 안테나 어레이.
  11. 캐비티-백(cavity-backed) 마이크로스트립 다이폴 안테나 어레이에 있어서,
    유전체 기판;
    상기 유전체 기판의 제1 표면상에 배치된 그라운드 - 상기 그라운드는 제1 개방 영역(open area), 제2 개방 영역 및 제3 개방 영역을 포함
    상기 유전체 기판의 제1 표면상의 상기 제1 개방 영역에 배치된 제1 방사체 - 상기 제1 방사체의 제1 단부는 상기 그라운드의 제1 부분과 연결됨;
    상기 유전체 기판의 제1 표면상의 상기 제1 개방 영역에 배치된 제2 방사체 - 상기 제2 방사체의 제3 단부는 상기 그라운드의 제2 부분과 연결됨;
    상기 그라운드의 제1 부분 및 상기 그라운드의 제2 부분 사이에 배치된 제1 갭;
    상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체 사이에 배치된 제2 갭;
    상기 유전체 기판의 제2 표면상에 배치된 마이크로스트립 피더 - 상기 마이크로스트립 피더는 상기 그라운드의 제1 부분 및 제2 부분과 전기적으로 결합됨;
    상기 유전체 기판의 제1 표면상에 배치된 도전 패턴 - 상기 도전 패턴은 상기 제1 방사체의 제2 단부 및 상기 제2 방사체의 제4 단부와 전기적으로 결합됨 - 을 포함하는 PCB(Printed Circuit Board); 및
    메탈 기판을 포함하고,
    상기 메탈 기판은,
    제3 표면;
    상기 제3 표면에서 반대 측인 제4 표면 - 상기 메탈 기판의 상기 제4 표면은 상기 유전체 기판의 제1 표면과 마주함(faced with);
    상기 메탈 기판의 제4 표면에 배치된 제1 캐비티 - 상기 제1 캐비티는 상기 제1 및 제2 방사체 및 상기 도전 패턴의 제1 부분과 중첩된 위치에 형성됨;
    상기 메탈 기판의 제4 표면에 배치된 제2 캐비티 - 상기 제2 캐비티는 상기 도전 패턴의 제2 부분과 중첩된 위치에 형성됨; 및
    상기 메탈 기판의 제4 표면에 배치된 제3 캐비티 - 상기 제3 캐비티는 상기 제1 캐비티 및 상기 제2 캐비티에 연결되고, 상기 제3 캐비티는 상기 도전 패턴의 제1 부분 및 제2 부분 사이의 중간 부분과 중첩된 위치에 형성됨 - 을 포함하고,
    상기 제1 캐비티의 크기, 형상 및 깊이는 상기 제2 캐비티의 크기, 형상 및 깊이와 동일하고,
    상기 제3 캐비티의 크기 및 깊이는 상기 제2 캐비티의 크기 및 깊이보다 더 작은, 다이폴 안테나 어레이.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 캐비티의 내부, 상기 제2 캐비티의 내부 및 상기 제3 캐비티의 내부는 공기(air)로 형성되는, 다이폴 안테나 어레이.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 그라운드는 개방 영역을 형성하고,
    상기 개방 영역에 상기 제1 및 제2 방사체가 구비되는, 다이폴 안테나 어레이.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 그라운드의 개방 영역은 상기 제1 캐비티의 크기보다 더 작은, 다이폴 안테나 어레이.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 방사체와 상기 제2 방사체 사이에 슬롯의 제1 부분이 형성되고,
    상기 방사체들과 연결된 상기 그라운드에 상기 슬롯의 제2 부분이 형성되고,
    상기 슬롯의 제1 부분과 상기 슬롯의 제2 부분은 연결되고,
    상기 슬롯의 제2 부분의 간격이 상기 슬롯의 제1 부분보다 더 넓게 형성되는, 다이폴 안테나 어레이.
  16. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 캐비티와 상기 제2 캐비티의 크기는 가로 및 세로 방향으로 1.18 X 0.74mm이고, 상기 제1 캐비티와 상기 제2 캐비티의 깊이는 0.35mm인, 다이폴 안테나 어레이.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 제3 캐비티의 깊이는 0.13mm인, 다이폴 안테나 어레이.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 캐비티와 상기 제2 캐비티는 각각 가로 방향으로 중심 영역과 상기 중심 영역에 인접한 일 측 영역 및 타 측 영역에 3개씩 배치되고,
    상기 제3 캐비티는 상기 방사체가 배치된 상기 중심 영역의 상기 제1 캐비티와 상기 제2 캐비티를 연결하도록 구성되고,
    상기 제3 캐비티의 크기는 가로 및 세로 방향으로 0.12 X 0.5mm인, 다이폴 안테나 어레이.
  19. 제11 항에 있어서,
    상기 메탈 기판의 높이는 1.0mm인, 다이폴 안테나 어레이.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 유전체 기판의 높이는 80um인, 다이폴 안테나 어레이.
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