WO2024135889A1 - 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기 - Google Patents

안테나 모듈을 구비하는 전자 기기 Download PDF

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WO2024135889A1
WO2024135889A1 PCT/KR2022/021092 KR2022021092W WO2024135889A1 WO 2024135889 A1 WO2024135889 A1 WO 2024135889A1 KR 2022021092 W KR2022021092 W KR 2022021092W WO 2024135889 A1 WO2024135889 A1 WO 2024135889A1
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pattern
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conductive pattern
antenna
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우승민
서유석
이동익
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엘지전자 주식회사
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • 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
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/44—Details of, or arrangements associated with, antennas using equipment having another main function to serve additionally as an antenna, e.g. means for giving an antenna an aesthetic aspect
    • H01Q1/46—Electric supply lines or communication lines
    • 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

Definitions

  • This specification relates to an antenna module and an electronic device including the same. Particular implementations relate to antenna modules implemented as dual-polarized antennas and electronic devices including the same.
  • video display devices such as multimedia players with complex functions such as playing music or video files, playing games, and receiving broadcasts.
  • a video display device is a device that plays video content, and receives and plays video from various sources.
  • Video display devices are implemented in various devices such as PCs (personal computers), smartphones, tablet PCs, laptops, and TVs.
  • Video display devices such as smart TVs can provide applications for providing web content, such as web browsers.
  • a communication module including an antenna may be provided. Meanwhile, as the display area of video display devices has recently expanded, the placement space for communication modules including antennas is reduced. Accordingly, the need to place an antenna inside a multilayer circuit board on which a communication module is implemented is increasing.
  • the WiFi wireless interface can be considered as an interface for communication services between electronic devices.
  • the millimeter wave band (mmWave) can be used for high-speed data transmission between electronic devices.
  • high-speed data transmission between electronic devices is possible using a wireless interface such as 802.11ay.
  • an array antenna capable of operating in the millimeter wave (mmWave) band may be mounted within an antenna module.
  • electronic components such as antennas and transmitter/receiver circuits disposed in these antenna modules are configured to be electrically connected.
  • the transceiver circuit is operably coupled to the antenna module, and the antenna module may be composed of a multi-layer substrate.
  • the multilayer substrate of the antenna module is formed in a flat stacked structure, limitations may arise when implementing a vertically polarized antenna.
  • the length of the vertically polarized antenna may be formed to be higher than the height of the multilayer substrate. Due to limitations in the height of such multilayer substrates, there is a problem that antenna performance may deteriorate if the length of the vertically polarized antenna is formed to be short.
  • a dual polarization antenna of a horizontal polarization antenna and a vertical polarization antenna it can be formed as a combined structure of PCBs of different multilayer substrates.
  • the lengths from each feed line to the vertically polarized antenna and the horizontally polarized antenna may be formed to be different. Accordingly, a performance difference may occur between a vertically polarized antenna and a horizontally polarized antenna, or feed loss may increase in the millimeter wave band due to an increase in the length of the feed line. Therefore, there is a problem that the antenna gain of an antenna module having a combined structure of PCBs of different multilayer boards may be reduced.
  • This specification aims to solve the above-mentioned problems and other problems. Additionally, another purpose is to provide an antenna module implementing a dual polarization antenna operating in a millimeter wave band and an electronic device including the same.
  • Another purpose of this specification is to implement an antenna that radiates from one side of the PCB using an FPCB.
  • Another purpose of the present specification is to provide a dual polarized end-fire antenna in which a dual polarized antenna operating as a horizontally polarized antenna and a vertically polarized antenna radiates through one side of a PCB.
  • Another purpose of the present specification is to provide a vertically polarized antenna through an asymmetric dipole antenna formed on an FPCB and a PCB.
  • Another purpose of the present specification is to form the FPCB perpendicular to the PCB to implement vertical polarization even at a PCB height that is insufficient to implement vertical polarization.
  • Another purpose of the present specification is to improve the radiation performance by implementing one pole as an radiator on the FPCB and the other pole on the PCB to increase the area to improve the performance of vertical polarization.
  • Another purpose of the present specification is to minimize the area occupied by the antenna within a limited substrate area by forming it in an area where a vertically polarized antenna and a horizontally polarized antenna overlap.
  • Another purpose of the present specification is to optimally place the antenna module at the bottom of the electronic device to perform wireless communication with surrounding electronic devices.
  • an antenna module consisting of a multilayer substrate made of a plurality of dielectric materials and a conductive pattern according to an embodiment.
  • the multilayer substrate includes a first layer; second layers formed on one side of the first layer; and third layers formed on the other side of the first layer.
  • the conductive pattern includes a first conductive pattern formed on the first region and a second region of the first side of the first layer to transmit and receive signals, and a sub 1 that is one of the second layers.
  • the second conductive pattern and the third conductive pattern may be connected to each other through a first via hole.
  • the multilayer substrate includes a first layer made of a flexible first material; second layers consisting of a plurality of layers made of a rigid second material formed on one side of the first layer; and third layers consisting of a plurality of layers made of the rigid second material formed on the other side of the first layer.
  • the first layer includes a first region formed in parallel with the second layers and the third layers, and a second region formed perpendicular to the second layers and the third layers.
  • the lower first layer may be disposed close to the one side of the first layer, and the lower second layer may be disposed on the one side of the first layer farther than the lower first layer.
  • the fourth conductive pattern formed on the sub-3 layer, which is one of the third layers, and the fifth conductive pattern formed on the sub-4 layer, which is the other layer among the third layers, are the second conductive pattern. They can be connected to each other through via holes.
  • the lower third floor may be disposed closer to the other side of the first floor, and the lower fourth floor may be disposed farther than the lower third floor from the other side of the first floor.
  • the area of the first conductive pattern formed in the first area of the one side of the first layer may be electrically connected to the first power supply pattern disposed inside the substrate in any one area of the first area.
  • the second conductive pattern formed on one of the second layers, the sub first layer may be electrically connected to a second power supply pattern disposed inside the substrate in one area of the lower first layer.
  • Any region of the fourth conductive pattern formed on the sub-third layer, which is one of the third layers, may be connected to the ground of the multilayer substrate.
  • the spacing of the first conductive pattern formed in the first area may be narrower than the spacing of the fourth conductive pattern connected to the ground of the multilayer substrate.
  • the third conductive pattern formed on the lower sub layer (layer), which is another layer among the second layers, may be formed of a first sub pattern, a second sub pattern, and a third sub pattern.
  • the first sub-pattern may be connected to the second conductive pattern and the first via hole.
  • One area of the third sub-pattern may be connected to the ground of the substrate.
  • the first sub-pattern and the third sub-pattern may be connected by the second sub-pattern.
  • the length of the second sub-pattern may be longer than the gap between the first sub-pattern and the third sub-pattern.
  • the second sub-pattern may be formed of pattern areas extending to both sides from two parts connected to the pattern area between the first sub-pattern and the third sub-pattern.
  • the first conductive pattern formed in the first area may be formed in a central area between the first sub-pattern and the third sub-pattern.
  • the fourth conductive pattern may be formed of a fourth sub-pattern connected to one of the grounds of the multi-layer substrate and a fifth sub-pattern connected to the second via holes.
  • the spacing of the fourth sub-pattern, which is part of the fourth conductive pattern, may be narrower than the spacing of the fifth conductive pattern formed on the lower (sub) fourth layer (layer) among the third layers.
  • the length of the fifth conductive pattern may be shorter than the length of the fourth sub-pattern of the fourth conductive pattern.
  • one end area of the fifth conductive pattern may be electrically connected to the fifth sub-pattern through a plurality of rows of via holes.
  • the first conductive pattern, the fourth conductive pattern, the fifth conductive pattern, and the plurality of via holes may operate as an antenna element with horizontal polarization.
  • the second conductive pattern and the third conductive pattern may operate as an antenna element with horizontal polarization.
  • the first height of the third conductive pattern may be formed within a predetermined range based on 1 mm.
  • the second height between the fourth conductive pattern and the fifth conductive pattern of the via structure implemented with the plurality of via holes may be formed within a predetermined range based on 0.3 mm.
  • the fourth sub-pattern of the fourth conductive pattern may be formed to have a first width
  • the fifth sub-pattern of the fourth conductive pattern may be formed to have a second width wider than the first width.
  • the via structure may include a plurality of via holes spaced apart from each other by a predetermined distance to connect the fourth sub-pattern and the fifth conductive pattern in a first axis direction.
  • the second width of the fifth sub-pattern may range from 0.2 mm to 1.0 mm.
  • a plurality of antenna elements may be arranged in the first axis direction to form an array antenna.
  • the first to fourth horizontal polarized antenna elements of the array antenna may be configured to radiate a first beamformed radio signal having horizontal polarization in the first axis direction.
  • the first to fourth vertically polarized antenna elements of the array antenna may be configured to radiate a second beamformed radio signal having vertical polarization in the first axis direction.
  • the antenna module may further include a shield can disposed in the ground pattern at the top of the ground wall formed in the inner region of the PCB of the multilayer board.
  • the distance (d) between the shield can and the third conductive pattern formed on the FPCB may be in the range of (0.17+n)* ⁇ 0 ⁇ d ⁇ (0.33+n)* ⁇ 0 .
  • An electronic device includes a metal frame forming a side area of the electronic device; a dielectric case formed on one side of the metal frame; and an antenna module disposed in the inner region of the dielectric case, facing the inner surface of the dielectric case, and composed of a multilayer substrate made of a plurality of dielectric materials and a conductive pattern.
  • the multilayer substrate includes a first layer; second layers formed on one side of the first layer; and third layers formed on the other side of the first layer.
  • the conductive pattern includes a first conductive pattern formed on the first region and a second region of the first side of the first layer to transmit and receive signals, and a sub 1 that is one of the second layers. a second conductive pattern formed on a layer; and a third conductive pattern formed on a sub layer, which is another one of the second layers.
  • the second conductive pattern and the third conductive pattern may be connected to each other through a first via hole.
  • the multilayer substrate includes a first layer made of a flexible first material; second layers consisting of a plurality of layers made of a rigid second material formed on one side of the first layer; and third layers consisting of a plurality of layers made of the rigid second material formed on the other side of the first layer.
  • the first layer includes a first region formed in parallel with the second layers and the third layers, and a second region formed perpendicular to the second layers and the third layers.
  • the lower first layer may be disposed close to the one side of the first layer, and the lower second layer may be disposed on the one side of the first layer farther than the lower first layer.
  • the fourth conductive pattern formed on the sub-3 layer, which is one of the third layers, and the fifth conductive pattern formed on the sub-4 layer, which is the other layer among the third layers, are the second conductive pattern. They can be connected to each other through via holes.
  • the lower third floor may be disposed closer to the other side of the first floor, and the lower fourth floor may be disposed farther than the lower third floor from the other side of the first floor.
  • the area of the first conductive pattern formed in the first area of the one side of the first layer may be electrically connected to the first power supply pattern disposed inside the substrate in any one area of the first area.
  • the second conductive pattern formed on one of the second layers, the sub first layer may be electrically connected to a second power supply pattern disposed inside the substrate in one area of the lower first layer.
  • Any region of the fourth conductive pattern formed on the sub-third layer, which is one of the third layers, may be connected to the ground of the multilayer substrate.
  • the spacing of the first conductive pattern formed in the first area may be narrower than the spacing of the fourth conductive pattern connected to the ground of the multilayer substrate.
  • the third conductive pattern formed on the lower sub layer (layer), which is another layer among the second layers, may be formed of a first sub pattern, a second sub pattern, and a third sub pattern.
  • the first sub-pattern may be connected to the second conductive pattern and the first via hole.
  • One area of the third sub-pattern may be connected to the ground of the substrate.
  • the first sub-pattern and the third sub-pattern may be connected by the second sub-pattern.
  • the length of the second sub-pattern may be longer than the gap between the first sub-pattern and the third sub-pattern.
  • an antenna module implementing a dual polarization antenna operating in a millimeter wave band and an electronic device including the same can be provided.
  • an antenna may be implemented on one side of the PCB that radiates through the conductive pattern of the FPCB and the via structure and conductive pattern implemented on one side of the PCB.
  • a dual polarization antenna operating as a horizontal polarization antenna and a vertical polarization antenna may provide a dual polarization end-fire antenna that radiates through one side of the PCB.
  • a vertically polarized antenna can be provided through an asymmetric dipole antenna formed by an upper pole and a lower pole formed on an FPCB and a PCB.
  • the FPCB is formed perpendicular to the PCB, and vertical polarization can be implemented even at a PCB height that is insufficient to implement vertical polarization through the conductive pattern of the FPCB, the conductive pattern of the PCB, and vertical vias.
  • one pole in order to improve the performance of vertical polarization, one pole can be implemented as a radiator on an FPCB, and the other pole can be implemented on a PCB to increase the area and improve the radiation performance of the antenna.
  • a vertically polarized antenna and a horizontally polarized antenna are formed in an overlapping area, so that the area occupied by the antenna within a limited substrate area can be minimized.
  • the antenna module is optimally placed at the bottom of the electronic device to perform wireless communication with surrounding electronic devices.
  • Figure 1 is a diagram schematically showing an example of an entire wireless AV system including an image display device according to an embodiment of the present specification.
  • Figure 2 shows the detailed configuration of electronic devices supporting a wireless interface according to the present specification.
  • FIG. 3a shows a Request to Send (RTS) frame and a Clear to Send (CTS) frame according to the present specification.
  • RTS Request to Send
  • CTS Clear to Send
  • FIG. 3B illustrates a block diagram of a communication system 400 according to an example herein.
  • Figure 4 shows an electronic device in which a plurality of antenna modules and a plurality of transceiver circuit modules are arranged according to an embodiment.
  • Figure 5a shows a configuration in which an RFIC is connected to a multilayer circuit board on which an array antenna module is placed in relation to the present specification.
  • Figure 5b is a conceptual diagram showing antenna structures with different radiation directions.
  • Figure 5c shows a combined structure of a multilayer substrate and a main substrate according to embodiments.
  • Figure 6 is a conceptual diagram of a plurality of communication modules disposed at the bottom of the video display device, the configuration of the corresponding communication modules, and communication with other communication modules disposed in the front direction.
  • Figure 7a shows a perspective view of the structure connected to the PCB and FPCB on which the antenna element is placed.
  • Figure 7b shows a side view of the structure connected to the PCB and FPCB of Figure 7a.
  • Figure 7c shows the structure of a dual polarized antenna excluding the dielectric area of the PCB.
  • Figure 8 shows various configurations in which a PCB and an FPCB on which a power supply pattern and a ground pattern are formed are connected.
  • Figure 9 shows the structures of a vertically polarized antenna and a horizontally polarized antenna according to embodiments.
  • FIG. 10A shows a front view of the dual polarized antenna structure of FIGS. 7A to 7C in which a vertically polarized antenna and a vertically polarized antenna are disposed in corresponding areas of different layers.
  • Figure 10b shows a vertically polarized antenna structure consisting of an upper pole and a lower pole in the dual polarized antenna structure of Figures 7a to 7c.
  • Figure 11 compares the current distribution due to coupling between antennas according to the change in the width of the third conductive pattern of the vertically polarized antenna.
  • Figure 12 shows reflection coefficient characteristics of a horizontally polarized antenna according to the width of the third conductive pattern, which is the bottom pole, in an antenna module implemented as a dual polarized antenna.
  • Figure 13a shows a current distribution diagram when the width of the first conductive pattern of the vertically polarized antenna is larger than the gap between the first and third subpatterns of the horizontally polarized antenna.
  • Figure 13b shows the impedance change according to the change in the width of the first conductive pattern of the vertically polarized antenna on a Smith chart.
  • Figure 14 shows a structure in which a horizontally polarized antenna can be placed in the upper or lower area of the PCB of the antenna module.
  • Figure 15a compares the current distribution according to the structure in which the horizontal polarized antenna is arranged.
  • Figure 15b shows reflection coefficient characteristics according to the structure in which the horizontally polarized antenna is arranged.
  • Figure 16a shows an antenna module implemented as a dual polarization array antenna according to an embodiment.
  • FIG. 16b shows a structure in which a shield can is disposed on the top of the PCB of the antenna module of FIG. 16a.
  • FIG. 17A shows a front view of the array antenna module on which the shield can of FIG. 16B is disposed.
  • FIG. 17B shows a side view of the array antenna module in which the shield can of FIG. 17A is disposed.
  • Figure 18 shows an electronic device including an antenna module disposed inside a dielectric case according to the present specification.
  • Figure 19a shows a structure in which an antenna module formed of a plurality of array antennas is disposed in an electronic device.
  • FIG. 19B is an enlarged view of the plurality of array antenna modules of FIG. 19A.
  • Figure 20 shows antenna modules combined with different coupling structures at specific locations of electronic devices according to embodiments.
  • Electronic devices described in this specification include mobile phones, smart phones, laptop computers, digital broadcasting terminals, personal digital assistants (PDAs), portable multimedia players (PMPs), navigation, and slate PCs.
  • PDAs personal digital assistants
  • PMPs portable multimedia players
  • slate PCs slate PCs.
  • tablet PC ultrabook
  • wearable device e.g., smartwatch
  • glass-type terminal smart glass
  • HMD head mounted display
  • Figure 1 is a diagram schematically showing an example of an entire wireless AV system including an image display device according to an embodiment of the present specification.
  • the image display device 100 is connected to a wireless AV system (or broadcast network) and an Internet network.
  • the video display device 100 is, for example, a network TV, smart TV, HBBTV, etc.
  • the video display device 100 may be wirelessly connected to a wireless AV system (or broadcasting network) through a wireless interface, or may be connected wirelessly or wired to an Internet network through an Internet interface.
  • the image display device 100 may be configured to be connected to a server or other electronic device through a wireless communication system.
  • the video display device 100 needs to provide an 802.111 ay communication service operating in the millimeter wave (mmWave) band in order to transmit or receive large-capacity, high-speed data.
  • mmWave millimeter wave
  • the mmWave band can be any frequency band from 10 GHz to 300 GHz.
  • the mmWave band herein may include the 802.11ay band in the 60 GHz band. Additionally, the mmWave band may include the 5G frequency band in the 28GHz band or the 802.11ay band in the 60GHz band.
  • the 5G frequency band is set to about 24 ⁇ 43GHz band, and the 802.11ay band can be set to 57 ⁇ 70GHz or 57 ⁇ 63GHz band, but is not limited to this.
  • the image display device 100 may wirelessly transmit or receive data with an electronic device surrounding the image display device 100, such as a set-top box or other electronic device, through a wireless interface.
  • the video display device 100 may transmit or receive wireless AV data to a set-top box or other electronic device, such as a mobile terminal, placed on the front or bottom of the video display device.
  • the image display device 100 includes, for example, a wireless interface 101b, a section filter 102b, an AIT filter 103b, an application data processing unit 104b, a data processing unit 111b, a media player 106b, and an Internet protocol. It includes a processing unit 107b, an Internet interface 108b, and a runtime module 109b.
  • AIT Application Information Table
  • real-time broadcast content Through the broadcast interface 101b, AIT (Application Information Table) data, real-time broadcast content, application data, and stream events are received. Meanwhile, the real-time broadcast content may also be named Linear A/V Content.
  • the section filter 102b performs section filtering on the four types of data received through the wireless interface 101b, transmits the AIT data to the AIT filter 103b, and transmits the linear AV content to the data processing unit 111b. , stream events and application data are transmitted to the application data processing unit 104b.
  • Non-linear A/V content and application data are received through the Internet interface 108b.
  • Non-linear AV content may be, for example, a COD (Content On Demand) application.
  • Non-linear AV content is transmitted to the media player 106b, and application data is transmitted to the runtime module 109b.
  • the runtime module 109b includes, for example, an application manager and a browser, as shown in Figure 1.
  • the application manager controls the life cycle of the interactive application using, for example, AIT data.
  • the browser performs the function of displaying and processing interactive applications, for example.
  • the wireless interface for communication between electronic devices may be a WiFi wireless interface, but is not limited thereto.
  • a wireless interface supporting the 802.11 ay standard may be provided for high-speed data transmission between electronic devices.
  • the 802.11ay standard is a successor standard to increase the throughput of the 802.11ad standard to over 20Gbps.
  • Electronic devices supporting the 802.11ay wireless interface may be configured to use a frequency band of approximately 57 to 64 GHz.
  • the 802.11 ay wireless interface can be configured to provide backward compatibility for the 802.11ad wireless interface. Meanwhile, electronic devices that provide the 802.11 ay wireless interface have coexistence with legacy devices that use the same band. It can be configured to provide.
  • the wireless environment of the 802.11ay standard can be configured to provide coverage of 10 meters or more in an indoor environment and 100 meters or more in an outdoor environment under LOS (Line of Sight) channel conditions.
  • LOS Line of Sight
  • Electronic devices that support the 802.11ay wireless interface can be configured to provide VR headset connectivity, support server backup, and support cloud applications that require low latency.
  • the Ultra Short Range (USR) communication scenario a close-range communication scenario that is a use case for 802.11ay, is a model for fast large-capacity data exchange between two terminals.
  • USR communication scenarios can be configured to require fast link setup within 100 msec, transaction time within 1 second, and 10 Gbps data rate at ultra-close distances of less than 10 cm, while requiring low power consumption of less than 400 mW. .
  • the 8K UHD Wireless Transfer at Smart Home Usage Model can be considered.
  • Smart home usage models can consider a wireless interface between source and sink devices to stream 8K UHD content at home.
  • the source device may be any of a set-top box, Blu-ray player, tablet, or smart phone
  • the sink device may be any of a smart TV or display device, but are not limited thereto.
  • the wireless interface can be configured to transmit uncompressed 8K UHD streaming (60fps, 24 bits per pixel, minimum 4:2:2) at a coverage of less than 5m between the sink device and the sink device.
  • the wireless interface can be configured to transfer data between electronic devices at a rate of at least 28 Gbps.
  • FIG. 2 shows the detailed configuration of electronic devices supporting a wireless interface according to the present specification.
  • 2 illustrates a block diagram of an access point 110 (generally a first wireless node) and an access terminal 120 (generally a second wireless node) in a wireless communication system.
  • Access point 110 is a transmitting entity for the downlink and a receiving entity for the uplink.
  • Access terminal 120 is a transmitting entity for the uplink and a receiving entity for the downlink.
  • a “transmitting entity” is an independently operated device or device capable of transmitting data over a wireless channel
  • a “receiving entity” is an independently operated device capable of receiving data over a wireless channel. It is an apparatus or device.
  • the set-top box (STB) of FIG. 1 may be an access point 110, and the electronic device 100 of FIG. 1 may be an access terminal 120, but the present invention is not limited thereto. Accordingly, it should be understood that access point 110 may alternatively be an access terminal and access terminal 120 may alternatively be an access point.
  • the access point 110 includes a transmit data processor 220, a frame builder 222, a transmit processor 224, a plurality of transceivers 226-1 to 226-N, and a plurality of antennas ( 230-1 to 230-N). Access point 110 also includes a controller 234 to control the operations of access point 110.
  • the access point 110 includes a transmit data processor 220, a frame builder 222, a transmit processor 224, a plurality of transceivers 226-1 to 226-N, and a plurality of antennas ( 230-1 to 230-N). Access point 110 also includes a controller 234 to control the operations of access point 110.
  • transmit data processor 220 receives data (e.g., data bits) from data source 215 and processes the data for transmission. For example, transmit data processor 220 may encode data (e.g., data bits) into encoded data and modulate the encoded data into data symbols.
  • the transmit data processor 220 may support different modulation and coding schemes (MCSs). For example, transmit data processor 220 may encode data (e.g., using low-density parity check (LDPC) encoding) at any one of a plurality of different coding rates.
  • MCSs modulation and coding schemes
  • the transmit data processor 220 may process data encoded using any one of a plurality of different modulation schemes, including but not limited to BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM, 64APSK, 128APSK, 256QAM, and 256APSK. It can be tampered with.
  • Controller 234 may send a command to transmit data processor 220 that specifies which modulation and coding scheme (MCS) to use (e.g., based on channel conditions of the downlink).
  • MCS modulation and coding scheme
  • Transmit data processor 220 may encode and modulate data from data source 215 according to the specified MCS. It should be appreciated that transmit data processor 220 may perform additional processing on the data, such as data scrambling and/or other processing. Transmit data processor 220 outputs data symbols to frame builder 222.
  • Frame builder 222 constructs a frame (also referred to as a packet) and inserts data symbols into the frame's data payload.
  • a frame may include a preamble, header, and data payload.
  • the preamble may include a short training field (STF) sequence and a channel estimation (CE) sequence to assist the access terminal 120 in receiving the frame.
  • the header may contain information related to the data in the payload, such as the length of the data and the MCS used to encode and modulate the data. This information allows access terminal 120 to demodulate and decode the data.
  • Data in the payload may be divided between a plurality of blocks, and each block may include a portion of the data and a guard interval (GI) to assist the receiver in phase tracking.
  • Frame builder 222 outputs the frame to transmit processor 224.
  • GI guard interval
  • Transmission processor 224 processes frames for transmission on the downlink.
  • the transmit processor 224 may support different transmission modes, such as an orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) transmission mode and a single-carrier (SC) transmission mode.
  • controller 234 can send a command to transmit processor 224 specifying which transmission mode to use, and transmit processor 224 can process the frame for transmission according to the specified transmission mode.
  • Transmit processor 224 may apply a spectral mask to the frame such that the frequency configuration of the downlink signal meets specific spectral requirements.
  • the transmission processor 224 may support multiple-input-multiple-output (MIMO) transmission.
  • access point 110 includes multiple antennas 230-1 through 230-N and multiple transceivers 226-1 through 226-N (e.g., one for each antenna). may include.
  • Transmit processor 224 may perform spatial processing on incoming frames and provide multiple streams of transmitted frames to a plurality of antennas.
  • Transceivers 226-1 through 226-N receive and process (e.g., convert to analog, amplify, filter, and frequency upconvert) each of the transmitted frame streams, and transmit antennas 230-1 through 230-N. ) generates transmission signals for transmission respectively.
  • access terminal 120 To transmit data, access terminal 120 includes a transmit data processor 260, a frame builder 262, a transmit processor 264, a plurality of transceivers 266-1 through 266-M, and a plurality of antennas ( 270-1 to 270-M) (e.g., one antenna per transceiver). Access terminal 120 may transmit data on an uplink to access point 110 and/or may transmit data to other access terminals (e.g., for peer-to-peer communications). Access terminal 120 also includes a controller 274 to control the operations of access terminal 120.
  • a transmit data processor 260 To transmit data, access terminal 120 includes a transmit data processor 260, a frame builder 262, a transmit processor 264, a plurality of transceivers 266-1 through 266-M, and a plurality of antennas ( 270-1 to 270-M) (e.g., one antenna per transceiver). Access terminal 120 may transmit data on an uplink to access point 110 and/or may transmit data to other access
  • Transceivers 266-1 through 266-M receive and process (e.g., convert to analog, etc.) the output of transmit processor 264 for transmission via one or more antennas 270-1 through 270-M. amplification, filtering, and frequency upconversion).
  • the transceiver 266 may up-convert the output of the transmit processor 264 into a transmit signal having a frequency in the 60 GHz band.
  • the antenna module according to the present specification may be configured to operate beamforming in the 60 GHz band, for example, in the approximately 57 to 63 GHz band. Additionally, the antenna module can be configured to support MIMO transmission while operating beamforming in the 60 GHz band.
  • the antennas 270-1 to 270-M and the transceivers 266-1 to 266-M may be implemented in an integrated form on a multilayer circuit board.
  • the antenna operating in vertical polarization among the antennas 270-1 to 270-M may be vertically disposed inside the multilayer circuit board.
  • access point 110 includes a receive processor 242 and a receive data processor 244.
  • transceivers 226-1 through 226-N receive a signal (e.g., from access terminal 120) and perform spatial processing (e.g., frequency downconversion, amplification, etc.) on the received signal. filtered and converted to digital).
  • spatial processing e.g., frequency downconversion, amplification, etc.
  • Receive processor 242 receives the outputs of transceivers 226-1 through 226-N and processes the outputs to recover data symbols.
  • access point 110 may receive data (e.g., from access terminal 120) in a frame.
  • receive processor 242 may use the STF sequence within the preamble of the frame to detect the start of the frame.
  • Receiver processor 242 may also use the STF for automatic gain control (AGC) adjustment.
  • AGC automatic gain control
  • Receive processor 242 may also perform channel estimation (e.g., using a CE sequence within the preamble of the frame) and perform channel equalization on the received signal based on the channel estimation.
  • Receive data processor 244 receives data symbols from receive processor 242 and a corresponding MSC-style indication from controller 234. The receiving data processor 244 demodulates and decodes the data symbols, restores the data according to the indicated MSC scheme, and stores the restored data (e.g., data bits) and/or data sink 246 for further processing. ) is output.
  • the receiving data processor 244 demodulates and decodes the data symbols, restores the data according to the indicated MSC scheme, and stores the restored data (e.g., data bits) and/or data sink 246 for further processing. ) is output.
  • Access terminal 120 may transmit data using OFDM transmission mode or SC transmission mode.
  • the receive processor 242 may process the received signal according to the selected transmission mode.
  • transmit processor 264 may support multiple-input-multiple-output (MIMO) transmission.
  • access point 110 includes multiple antennas 230-1 through 230-N and multiple transceivers 226-1 through 226-N (e.g., one for each antenna). Includes.
  • the antenna module according to the present specification may be configured to operate beamforming in the 60 GHz band, for example, in the approximately 57 to 63 GHz band. Additionally, the antenna module can be configured to support MIMO transmission while operating beamforming in the 60 GHz band.
  • the antennas 230-1 to 230-M and the transceivers 226-1 to 226-M may be implemented in an integrated form on a multilayer circuit board.
  • an antenna operating in vertical polarization may be placed vertically inside the multilayer circuit board.
  • each transceiver receives and processes (e.g., frequency downconverts, amplifies, filters, and converts to digital) signals from each antenna.
  • the receiving processor 242 may restore data symbols by performing spatial processing on the outputs of the transceivers 226-1 to 226-N.
  • Access point 110 also includes memory 236 coupled to controller 234.
  • Memory 236 may store instructions that, when executed by controller 234, cause controller 234 to perform one or more of the operations described herein.
  • access terminal 120 also includes memory 276 coupled to controller 274.
  • Memory 276 may store instructions that, when executed by controller 274, cause controller 274 to perform one or more of the operations described herein.
  • an electronic device supporting the 802.11 ay wireless interface determines whether a communication medium is available to communicate with another electronic device.
  • the electronic device transmits an RTS-TRN frame including a Request to Send (RTS) portion and a first beam training sequence.
  • RTS Request to Send
  • CTS Clear to Send
  • an originating device can use an RTA frame to determine whether a communication medium is available to transmit one or more data frames to a destination device.
  • the destination device transmits a Clear to Send (CTS) frame back to the originating device if the communication medium is available.
  • the originating device transmits one or more data frames to the destination device.
  • the destination device transmits one or more acknowledgment (“ACK”) frames to the originating device.
  • ACK acknowledgment
  • frame 300 includes a frame control field 310, a duration field 312, a receiver address field 314, a transmitter address field 316, and a frame check sequence field 318. Includes RTS part.
  • the frame 300 further includes a beam training sequence field 320 for configuring the respective antennas of the destination device and one or more neighboring devices.
  • the CTS frame 350 includes a CTS portion including a frame control field 360, a duration field 362, a receiver address field 364, and a frame check sequence field 366. do.
  • frame 350 further includes a beam training sequence field 368 for configuring the respective antennas of the originating device and one or more neighboring devices.
  • the beam training sequence fields 320 and 368 may comply with a training (TRN) sequence according to IEEE 802.11ad or 802.11ay.
  • the originating device may use the beam training sequence field 368 to configure its antenna to transmit directed to the destination device. Meanwhile, the originating device can use the beam training sequence field to configure their respective antennas to reduce transmission interference at the destination device. In this case, the beam training sequence field can be used to configure their respective antennas to create an antenna radiation pattern with nulls aimed at the destination device.
  • FIG. 3B illustrates a block diagram of a communication system 400 according to an example herein.
  • the first and second devices 410 and 420 can improve communication performance by ensuring that the directions of the main beams match.
  • the first and second devices 410 and 420 may form a signal-null with weak signal strength in a specific direction to reduce interference with the third device 430.
  • a plurality of electronic devices may be configured to perform beamforming through an array antenna.
  • some of a plurality of electronic devices may be configured to communicate with an array antenna of another electronic device through a single antenna.
  • the beam pattern is formed as an omnidirectional pattern.
  • the first to third devices 410 to 430 perform beamforming and the fourth device 440 does not perform beamforming, but the present invention is not limited thereto. Accordingly, three of the first to fourth devices 410 may be configured to perform beamforming, and the other device may be configured not to perform beamforming.
  • only one of the first to fourth devices 410 may be configured to perform beamforming, and the remaining three devices may be configured not to perform beamforming.
  • two of the first to fourth devices 410 may be configured to perform beamforming, but the other two may not perform beamforming.
  • all of the first to fourth devices 410 may be configured to perform beamforming.
  • the first device 410 determines that it is the intended recipient of the CTS-TRN frame 350 based on the address indicated in the receiver address field 364 of the CTS-TRN frame 350. Decide it is a device. In response to determining that it is the intended receiving device of the CTS-TRN frame 350, the first device 410 optionally selects its own for directional transmission substantially destined for the second device 420.
  • the beam training sequence in the beam training sequence field 368 of the received CTS-TRN 350 may be used to configure the antenna. That is, the antenna of the first device 410 has a primary lobe (e.g., the highest gain lobe) aimed substantially at the second device 420 and non-primary lobes aimed at other directions. It is configured to generate an antenna radiation pattern.
  • the second device 420 may optionally configure its antenna for directional reception (e.g., primary antenna radiation lobe) aimed at the first device 410. Accordingly, the antenna of the first device 410 is configured for directional transmission to the second device 420, while the antenna of the second device 420 is configured for directional reception from the first device 410. , the first device 410 transmits one or more data frames to the second device 420. Accordingly, the first and second devices 410 and 420 perform directional transmission/reception (DIR-TX/RX) of one or more data frames through the primary lobe (main beam).
  • DIR-TX/RX directional transmission/reception
  • the first and second devices 410 and 420 partially modify the beam pattern of the third device 430 to reduce interference with the third device 430 due to the antenna radiation pattern having non-primary lobes. You can do it.
  • the third device 430 determines that it is not the intended recipient device of the CTS-TRN frame 350 based on the address indicated in the receiver address field 364 of the CTS-TRN frame 350. . In response to determining that it is not the intended recipient device of the CTS-TRN frame 350, the third device 430 sends a null signal substantially destined for the second device 420 and the first device 410. In order to configure one's antenna to generate an antenna radiation pattern having each of the beam training sequence field 368 of the received CTS-TRN 350 and The sequence of the beam training sequence field 320 is used. Nulls may be based on the estimated angle of arrival of the previously received RTS-TRN frame 300 and CTS-TRN frame 350.
  • the third device 430 communicates with the first device 410 and the second device 420 (e.g., a desired BER, SNR, SINR, and/or one or more other communications generate an antenna radiation pattern having desired signal powers, rejections or gains, respectively) to achieve the properties) and to achieve the estimated interference in these devices 410 and 420 below a defined threshold.
  • a desired BER, SNR, SINR, and/or one or more other communications generate an antenna radiation pattern having desired signal powers, rejections or gains, respectively
  • the third device 430 estimates antenna gains in directions facing the first and second devices 410 and 420, and the third device 430 and the first and second devices 410 and 420 in one or more sectors to estimate antenna reciprocity differences (e.g., transmit antenna gain - receive antenna gain) between and determine corresponding estimated interference at first and second devices 410 and 420.
  • antenna reciprocity differences e.g., transmit antenna gain - receive antenna gain
  • the third device 430 transmits an RTS-TRN frame 300 intended for the fourth device 440, which the fourth device 440 receives.
  • the third device 430 determines that the first device 410 and the second device 420 determine the duration of the duration fields 312 and 362 of the RTS-TRN frame 300 and the CTS-TRN frame 350. Maintain an antenna configuration with nulls intended for these devices as long as they are communicating based on the durations indicated in the fields respectively. Since the antenna of the third device 430 is configured to generate nulls targeting the first device 410 and the second device 420, the RTS-TRN frame 300 by the third device 430 Transmission may produce reduced interference in first device 410 and second device 420, respectively.
  • electronic devices supporting the 802.11 ay wireless interface disclosed in this specification can use array antennas to match each other's main beam directions and form a signal null direction in a specific direction to reduce interference.
  • a plurality of electronic devices can form an initial beam direction through a beam training sequence and change the beam direction through a periodically updated beam training sequence.
  • the array antenna needs to be placed inside the multilayer substrate where the RFIC is placed. Additionally, for radiation efficiency, the array antenna needs to be placed adjacent to the side area inside the multilayer substrate.
  • beam training sequence updates are required between electronic devices to adapt to changes in the wireless environment.
  • the RFIC To update the beam training sequence, the RFIC must periodically send and receive signals to and from a processor, such as a modem. Therefore, in order to minimize update delay time, control signal transmission and reception between the RFIC and modem must be performed quickly. To achieve this, it is necessary to reduce the physical length of the connection path between the RFIC and the modem.
  • a modem may be placed on a multilayer board on which an array antenna and an RFIC are placed.
  • the connection length between the RFIC and the modem can be minimized.
  • the detailed structure is explained in Figure 5c.
  • FIG. 4 shows an electronic device in which a plurality of antenna modules and a plurality of transceiver circuit modules are arranged according to an embodiment.
  • a home appliance in which a plurality of antenna modules and a plurality of transceiver circuit modules are disposed may be a television, but is not limited thereto. Therefore, in this specification, a home appliance in which a plurality of antenna modules and a plurality of transceiver circuit modules are disposed may include any home appliance or display device that supports communication services in the millimeter wave 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, and 64 GHz 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 the 60 GHz band with another electronic device or set-top box through an 802.11 ay 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 in the millimeter band, such as the 28 GHz band, 39 GHz band, and 64 GHz 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 RF SUB-MODULEs 1210a to 1210d include an up-conversion module and a down-conversion module that convert a signal in the RF frequency band into a signal in the IF frequency band or convert a signal in the IF frequency band into a signal in the RF frequency band. It can be provided.
  • the up-conversion module and the down-conversion module may be equipped with a local oscillator (LO: Local Oscillator) that can perform up- and down-frequency conversion.
  • LO Local Oscillator
  • the plurality of RF SUB-MODULEs 1210a to 1210d may transmit signals from one of the plurality of transceiver circuit modules to an adjacent transceiver circuit module. Accordingly, the transmitted signal may be configured to be transmitted at least once to all of the plurality of transceiver circuit modules 1210a to 1210d.
  • a data transfer path with a loop structure may be added.
  • loop-structured transmission path (P2) adjacent RF SUB-MODULEs (1210b, 1210c) can transmit signals in two directions (bi-direction).
  • a data transmission path with a feedback structure may be added.
  • at least one SUB-MODULE (1210c) can transmit signals in one direction (uni-direction) to the remaining SUB-MODULEs (1210a, 1210b, and 1210c).
  • the plurality of RF SUB-MODULEs may include first to fourth RF SUB-MODULEs 1210a to 1210d.
  • the signal from the first RF SUB-MODULE (1210a) may be transmitted to the adjacent RF SUB-MODULE (1210b) and the fourth RF SUB-MODULE (1210d).
  • the second RF SUB-MODULE (1210b) and the fourth RF SUB-MODULE (1210d) may transmit the signal to the adjacent third RF SUB-MODULE (1210c).
  • bidirectional transmission is possible between the second RF SUB-MODULE (1210b) and the third RF SUB-MODULE (1210c) as shown in FIG.
  • this may be referred to as a loop structure.
  • this can be referred to as a feedback structure.
  • the feedback structure there may be at least two signals transmitted to the third RF SUB-MODULE (1210c).
  • the baseband module may be provided only in specific modules among the first to fourth RF sub-modules 1210a to 1210d.
  • the baseband module may not be provided in the first to fourth RF sub-modules 1210a to 1210d, but may be configured as a separate control unit, that is, the baseband processor 1400.
  • control signals may be transmitted only by a separate control unit, that is, the baseband processor 1400.
  • wireless AV audio-video
  • high-speed data transmission can be provided using the 802.11ay wireless interface with the mmWave wireless interface.
  • 802.11ay wireless interface it is not limited to the 802.11ay wireless interface, and any wireless interface in the 60GHz band can be applied.
  • a 5G or 6G wireless interface using the 28 GHz band or 60 GHz band may be used for high-speed data transmission between electronic devices.
  • Figure 5a 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 the present specification.
  • AIP Application In Package
  • the AIP (Antenna In Package) module is for mmWave band communication and is composed of an RFIC-PCB-antenna integrated type.
  • the array antenna module 1100-1 may be configured integrally with a multi-layer PCB, as shown in FIG. 5(a). Accordingly, the array antenna module 1100-1 integrated with the multilayer substrate may be referred to as an AIP module.
  • the 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 arrangement of the array antenna module 1100-2 is limited to the structure of FIG. 5A(b), and may be placed on any layer inside the multilayer substrate.
  • the second beam B2 can be formed in the front area of the multilayer substrate using the array antenna module 1100-2 disposed on an arbitrary racer of the multilayer substrate.
  • an array antenna may be placed on the same PCB to minimize the distance between the RFIC and the antenna.
  • the antenna of the AIP module can be implemented through a multi-layer PCB manufacturing process and can radiate signals in the vertical/lateral direction of the PCB.
  • dual polarization can be implemented using patch antennas and dipole/monopole antennas. Therefore, the first array antenna 1100-1 of FIG. 5A(a) is placed on the side area of the multilayer substrate, and the second array antenna 1100-2 of FIG. 5A(b) is placed on the side area of the multilayer substrate. can do. 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.
  • the first array antenna 1100-1 and the second array antenna 1100-2 may be configured to have orthogonal polarization. It might work.
  • the first array antenna 1100-1 operates as a vertically polarized antenna and may also operate as a horizontally polarized antenna.
  • the first array antenna 1100-1 may be a monopole antenna with vertical polarization
  • the second array antenna may be a patch antenna with horizontal polarization.
  • Figure 5b is a conceptual diagram showing antenna structures with different radiation directions.
  • an antenna implemented on a flexible substrate may be composed of a radiating element such as a dipole/monopole antenna. That is, antennas implemented on flexible substrates may be end-fire antenna elements.
  • end-fire radiation can be implemented by an antenna that radiates in a direction horizontal to the substrate.
  • This end-fire antenna can be implemented as a dipole/monopole antenna, Yagi-dipole antenna, Vivaldi antenna, SIW horn antenna, etc.
  • Yagi-dipole antennas and Vivaldi antennas have horizontal polarization characteristics.
  • one of the antenna modules disposed in the video display presented in this specification requires a vertically polarized antenna. Therefore, there is a need to propose an antenna structure that can minimize the antenna exposure area while operating as a vertically polarized antenna.
  • the radiation direction of the antenna module disposed on the front area of the multilayer substrate corresponds to the front direction.
  • the antenna placed in the AIP module may be composed of a radiating element such as a patch antenna. That is, the antenna placed in the AIP module may be broadside antenna elements that radiate in the broadside direction.
  • FIG. 5c shows a combined structure of a multilayer substrate and a main substrate according to embodiments.
  • FIG. 5C(a) 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 substrate 1010 may be configured to interface with the main substrate 1020 through a connector.
  • the RFIC 1250 may be placed on the multilayer board 1010 and the modem 1400 may be placed on the main board 1020.
  • the multilayer board 1010 may be formed as a separate board from the main board 1020 and configured to be connected through a connector.
  • This modular structure can be applied to a structure in which a plurality of array antenna modules are disposed in an electronic device.
  • the multilayer substrate 1010 and the second multilayer substrate 1020 may be configured to interface with the main substrate 1020 through a connector connection.
  • the modem 1400 disposed on the main substrate 1020 is configured to be electrically coupled to the RFICs 1250 and 1250b disposed on the multilayer substrate 1010 and the second multilayer substrate 1020.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram of a plurality of communication modules disposed at the bottom of the image display device, the configuration of the corresponding communication modules, and communication with other communication modules disposed in the front direction.
  • different communication modules 1100-1 and 1100-2 may be placed below the image display device 100.
  • the image display device 100 may communicate with the communication module 1100b disposed below through the antenna module 1100. Additionally, communication can be performed with the second communication module 1100c disposed at the front through the antenna module 1100 of the image display device 100.
  • the communication module 1100b may be a set-top box or an access point (AP) that transmits AV data at high speed to the video display device 100 through an 802.11 ay wireless interface, but is limited thereto.
  • the second communication module 1100c may be any electronic device that transmits and receives data at high speed with the video display device 100 through the 802.11 ay wireless interface.
  • the antenna height may increase depending on the RFIC driving circuit and heat dissipation structure. Additionally, depending on the antenna type used, the antenna height may increase in the AIP module structure as shown in FIG. 5(a) a.
  • the antenna module structure implemented in the side area of the multilayer substrate as shown in Figure 5a(b) allows the antenna to be implemented in a low-profile shape.
  • a communication module including an antenna may be provided. Meanwhile, as the display area of video display devices has recently expanded, the placement space for communication modules including antennas is reduced. Accordingly, the need to place an antenna inside a multilayer circuit board on which a communication module is implemented is increasing.
  • the WiFi wireless interface can be considered as an interface for communication services between electronic devices.
  • the millimeter wave band (mmWave) can be used for high-speed data transmission between electronic devices.
  • high-speed data transmission between electronic devices is possible using a wireless interface such as 802.11ay.
  • an array antenna capable of operating in the millimeter wave (mmWave) band may be mounted within an antenna module.
  • electronic components such as antennas and transmitter/receiver circuits disposed in these antenna modules are configured to be electrically connected.
  • the transceiver circuit is operably coupled to the antenna module, and the antenna module may be composed of a multi-layer substrate.
  • the multilayer substrate of the antenna module is formed in a flat stacked structure, limitations may arise when implementing a vertically polarized antenna.
  • the length of the vertically polarized antenna may be formed to be higher than the height of the multilayer substrate. Due to limitations in the height of such multilayer substrates, there is a problem that antenna performance may deteriorate if the length of the vertically polarized antenna is formed to be short.
  • a dual polarization antenna of a horizontal polarization antenna and a vertical polarization antenna it can be formed as a combined structure of PCBs of different multilayer substrates.
  • the lengths from each feed line to the vertically polarized antenna and the horizontally polarized antenna may be formed to be different. Accordingly, a performance difference may occur between a vertically polarized antenna and a horizontally polarized antenna, or feed loss may increase in the millimeter wave band due to an increase in the length of the feed line. Therefore, there is a problem that the antenna gain of an antenna module having a combined structure of PCBs of different multilayer boards may be reduced.
  • the purpose of this specification to solve the above-described problems is to provide an antenna module implementing a dual-polarized antenna operating in the millimeter wave band and an electronic device including the same. Another purpose of this specification is to implement an antenna that radiates from one side of the PCB using an FPCB. Another purpose of the present specification is to provide a dual polarized end-fire antenna in which a dual polarized antenna operating as a horizontally polarized antenna and a vertically polarized antenna radiates through one side of a PCB. Another purpose of the present specification is to provide a vertically polarized antenna through an asymmetric dipole antenna formed on an FPCB and a PCB.
  • Another purpose of the present specification is to form the FPCB perpendicular to the PCB to implement vertical polarization even at a PCB height that is insufficient to implement vertical polarization.
  • Another purpose of the present specification is to improve the radiation performance by implementing one pole as an radiator on the FPCB and the other pole on the PCB to increase the area to improve the performance of vertical polarization.
  • Another purpose of the present specification is to minimize the area occupied by the antenna within a limited substrate area by forming it in an area where a vertically polarized antenna and a horizontally polarized antenna overlap.
  • Another purpose of the present specification is to optimally place the antenna module at the bottom of the electronic device to perform wireless communication with surrounding electronic devices.
  • Figure 7a shows a perspective view of a structure connected to a PCB and FPCB on which an antenna element is placed.
  • Figure 7b shows a side view of the structure connected to the PCB and FPCB of Figure 7a.
  • Figure 7c shows the structure of a dual polarized antenna excluding the dielectric area of the PCB.
  • the antenna module 1100 may be configured to include a Printed Circuit Board (FPCB) 1100a and a Printed Circuit Board (PCB) 1100b, which is a multilayer board.
  • the FPCB 1100a may include a first conductive pattern 1110 and a second layer La2 disposed on the first layer La1.
  • the antenna module 1000 may be composed of multi-layered substrates 1100a and 1100b made of a plurality of dielectric materials and conductive patterns.
  • the FPCB (1100a) and PCB (1100b) may be implemented as a multi-layered substrate.
  • the multilayer substrates 1100a and 1100b may include a first layer 1110b, second layers 1120b, and third layers 1130b.
  • the first layer 1110b may be made of a flexible first material.
  • the second layers 1120b may be composed of a plurality of layers made of a rigid second material formed on one side of the first layer 1110b.
  • the third layers 1130b may be composed of a plurality of layers made of a rigid second material formed on the other side of the first layer 1110b.
  • the first layer 1110b may be disposed between the second layers 1120b and the third layers 1130b of the multilayer substrates 1100a and 1100b.
  • the first layer 1110b has a first region R1 formed in parallel with the second layers 1120b and the third layers 1130b and perpendicular to the second layers 1120b and the third layers 1130b. It may be composed of a second region (R2).
  • the first area (R1) may be a PCB area and the second area (R2) may be an FPCB area.
  • the first region R1 may be configured to include a ground region 1100b-R1 on which the ground wall 1100w is formed and a dielectric region 1100b-R2 on which a conductive pattern constituting the antenna is formed.
  • the conductive patterns can form a vertically polarized antenna (V-ANT) and a horizontally polarized antenna (H-ANT).
  • the first conductive pattern 1110 may be implemented as a vertically polarized antenna.
  • the second conductive pattern 1151f and the third conductive pattern 1150 may be implemented as a horizontally polarized antenna.
  • the second conductive pattern 1151f and the third conductive pattern 1150 may be connected by a first via hole (1150v).
  • the third conductive pattern 1150 may be configured to include a first sub-pattern 1152f, a second sub-pattern 1150, and a third sub-pattern 1150g.
  • the second conductive pattern 1151f and the first sub-pattern 1152f of the third conductive pattern 1150 may form a feeding line 1150f (or a feeding pattern).
  • the vertically polarized antenna may include a first conductive pattern 1110, a fourth conductive pattern 1110g, and a fifth conductive pattern 1130.
  • the fourth conductive pattern 1110g may be configured to include a fourth sub-pattern 1111g and a fifth sub-pattern 1112g.
  • the fourth conductive pattern 1110g and the fifth conductive pattern 1130 may be connected by a second via hole 1100v.
  • the antenna module 1100 may operate as a dual-polarized antenna including a horizontally polarized antenna (H-ANT) and a vertically polarized antenna (V-ANT).
  • a horizontally polarized antenna (H-ANT) may be implemented as a loop antenna 1150.
  • the vertically polarized antenna (V-ANT) may be configured to include a first conductive pattern 1110, a second via hole 1100v, and a fifth conductive pattern 1130.
  • the first sub-pattern 1152f may be connected to the second conductive pattern 1151f and the first via hole 1150v.
  • One area of the third sub-pattern 1150g may be connected to the ground of the multilayer substrate.
  • the first sub-pattern 1152f and the third sub-pattern 1150g may be connected by a second sub-pattern 1150p.
  • Figure 8 shows various configurations in which a PCB and FPCB with power supply patterns and ground patterns are connected. Referring to FIG. 8, the structure and radiation principle of the dual-polarized end-fire antenna of the present specification are explained.
  • a first structure is shown in which a feed line 1110f and a ground line 1110g are disposed in the dielectric region 1100d of the PCB 1100b.
  • the feed line 1110f of the vertically polarized antenna is configured to connect the RFIC and the antenna on the rigid PCB 1100b.
  • a second structure may be formed so that the FPCB (1100a) is connected to the PCB (1100b) to secure space to form a pole-shaped radiator vertically inside the PCB.
  • a first conductive pattern 1100 which is a pole-structured radiator, may be formed on the FPCB 1100a of the second structure. As the first conductive pattern 1100 is formed on a horizontal plane, a radiation area may be formed in the lower area of the FPCB (1100a).
  • a via structure 1100v may be formed at the end of the ground line 1110g of the dielectric region 1100d of the second structure.
  • a second conductive pattern may be formed in parallel with the first conductive pattern in the FPCB 1100a of the second structure. The second conductive pattern may operate as the ground of the first conductive pattern 1110 or may be connected to the first conductive pattern 1110 through a via and operate as a radiator.
  • a third structure may be formed in a shape in which the FPCB (1100a) is bent at about 90 degrees substantially perpendicular to the PCB (1100b).
  • the first conductive pattern 1100a formed on the FPCB 1100a may form an upper-end pole as the first part of the vertical polarization antenna.
  • the via structure 1100v and the fifth conductive pattern 1130 formed on the PCB 1100b may form a lower-end pole as the second part of the vertical polarization antenna.
  • the lower pole can extend the antenna length vertically through the via structure (1100v) inside the PCB (1100b).
  • the FPCB (1100a) is folded up to form the first conductive pattern (1110) vertically, and the lower pole is expanded into a C shape through the fifth conductive pattern (1130) so that a sufficient antenna length can be obtained with the upper and lower poles. This causes the radiation amount to increase.
  • an empty conductor area is created in the rigid PCB (1100b) for radiation of the vertically polarized antenna.
  • a dual-polarized end-fire antenna can be implemented by implementing the horizontally polarized antenna 1150 in an area where the conductor is empty.
  • Figure 9 shows the structures of a vertically polarized antenna and a horizontally polarized antenna according to embodiments.
  • the first conductive line 1151-1 and the second conductive line 1152 of the horizontal polarized antenna 1150-1 are on one side and the other side of the feed line 1110f of the vertical polarized antenna.
  • -1) indicates a structure placed within a critical distance.
  • the horizontally polarized antenna 1150-1 may be implemented as a dipole antenna. Since the conductive lines 1151-1 and 1152-1 of the horizontally polarized antenna 1150-1 are disposed adjacent to the feed line 1110f of the vertically polarized antenna, the level of interference between antennas may increase.
  • the feed line 1150f of the horizontal polarized antenna 1150 and the third sub-pattern 1150g are located on one side and the other side of the feed line 1110f of the vertical polarized antenna at a critical distance or more. It represents a spaced apart structure.
  • the horizontally polarized antenna 1150 may be implemented as a loop antenna.
  • the feed line 1150f of the horizontally polarized antenna 1150 is disposed at a distance greater than a critical distance from the feed line 1110f of the vertically polarized antenna, so that the level of interference between antennas can be reduced.
  • the horizontal polarized antenna 1150 when implemented by overlapping the horizontal polarized antenna 1150 and the vertical polarized antenna, the horizontal polarized antenna 1150 may be a loop antenna connected to the ground.
  • FIG. 9(a) two issues may occur when using a dipole antenna, which is an antenna that is not connected to the ground.
  • Horizontal polarization antenna and vertical polarization antenna cannot be implemented by overlapping them in the same area.
  • the feed line 1110f and the conductive lines 1151-1 and 1152-1 may overlap or be placed very adjacent to each other, resulting in significant mutual coupling.
  • antenna areas for the horizontally polarized antenna and the vertically polarized antenna are used separately, the overall size of the antenna increases. Accordingly, antenna miniaturization is impossible and radiation pattern distortion occurs due to mutual influence between antennas when implementing an array antenna. Therefore, a loop-type antenna formed in a structure spaced apart from the feed line 1110f, as shown in FIG. 9(b), must be used.
  • the antenna module 1000 implemented as a dual polarized antenna includes an FPCB (Printed Circuit Board) 1100a and a multilayer PCB (Printed Circuit Board) 1100b. It can be configured.
  • FPCB 1100a may include multiple layers.
  • the FPCB 1100a may include a first conductive pattern 1110 disposed on a first layer.
  • the PCB 1100b may be configured to include a first layer 1110b, second layers 1120b, and third layers 1130b.
  • the first conductive pattern 1110 may be formed on the first layer La1 on one side of the layers made of a flexible material.
  • the first conductive pattern 1110 may be formed in a shape bent at a substantially vertical 90 degrees and connected to the lower first layer Lb1 of the PCB 1100b.
  • the second layer La2 may be disposed on the other side of the layers of the FPCB 1100a.
  • a second conductive pattern may be disposed on the second layer La2, but is not limited thereto.
  • the second layer (La2) may correspond to the lower two layers (Lb2) of the PCB (1100b).
  • the second conductive pattern may be connected to the lower second layer (Lb2) of the PCB (1100b).
  • the horizontal polarization antenna may be arranged to overlap the vertical polarization antenna in a corresponding area of a different layer.
  • Figure 10a shows a front view of a structure in which a vertically polarized antenna and a vertically polarized antenna are disposed in corresponding areas of different layers in the dual polarized antenna structure of Figures 7a to 7c.
  • Figure 10b shows a vertically polarized antenna structure consisting of an upper pole and a lower pole in the dual polarized antenna structure of Figures 7a to 7c.
  • the horizontally polarized antenna (H-ANT) in the area of the rigid PCB 1100b may be configured to include a second conductive pattern 1151f and a third conductive pattern 1150.
  • the third conductive pattern 1150 may be configured to include a first sub-pattern 1152f, a second sub-pattern 1150p, and a third sub-pattern 1150g.
  • the length of the second sub-pattern 1150p may be longer than the gap Ga between the first sub-pattern 1152f and the third sub-pattern 1150g. Accordingly, a horizontally polarized antenna implemented in a loop shape may be implemented as a pi (p) shaped loop antenna.
  • the second sub-pattern 1150p may be formed of pattern regions 1150p1 and 1150p2 extending on both sides from two parts connected to the pattern region between the first sub-pattern 1152f and the third sub-pattern 1150g. there is.
  • the first conductive pattern 1110 formed in the first region R1 of the multilayer substrate may be formed in the middle area between the first sub-pattern 1152f and the third sub-pattern 1150g.
  • a pi loop antenna having a pi ( ⁇ ) shape is used, but it is not limited thereto and can be modified depending on the application.
  • the feed line of a horizontally polarized antenna (H-ANT) implemented as a pi-loop antenna may be placed on the same layer as the feed line of the vertically polarized antenna. Accordingly, one of the conductive patterns of the horizontal polarized antenna and the feed line 1110f of the vertical polarized antenna may overlap and become shorted.
  • the second conductive pattern 1151f and the first sub-pattern 1152 of the third conductive pattern 1150 may be vertically connected through the first via hole 1150v.
  • the feed line of the horizontal polarization antenna may be placed on a different floor from the feed line of the vertical polarization antenna. Accordingly, the feed line 1150f of the loop antenna structure of the horizontal polarized antenna (H-ANT) can be implemented with sub-patterns of different layers.
  • the vertically polarized antenna may be configured to include a first conductive pattern 1110, a fourth conductive pattern 1110g, and a fifth conductive pattern 1150.
  • the fourth conductive pattern 1110g may be configured to include a fourth sub-pattern 1111g and a fifth sub-pattern 1112g.
  • the fourth conductive pattern 1110g and the fifth conductive pattern 1150 of the vertically polarized antenna (V-ANT) may be configured as C-shaped or inverted C-shaped poles. In this regard, it may be configured as a C-shaped or inverted C-shaped pole consisting of a via hole 1100v and a via pad.
  • the inverted C-shaped pole may be referred to as the lower pole.
  • the width of the lower pole of the vertically polarized antenna (V-ANT) affects each other between the fourth conductive pattern (1110g) and the feed line (1110f) of the horizontally polarized antenna (H-ANT), so implementation conditions need to be established.
  • the width (W2) of the third conductive pattern, which is the bottom pole of the vertically polarized antenna (V-ANT) may be the same as the width (W2) of the fifth sub-pattern (1112g) or the difference may be within a predetermined range. It may be formed to be smaller than the gap Ga between the third sub-pattern 1150g of the horizontal polarization antenna (H-ANT) and the feed line 1150f.
  • Figure 11 compares the current distribution due to coupling between antennas according to the change in the width of the third conductive pattern of the vertically polarized antenna. Referring to FIG. 11, the coupled current distribution generated when a signal is applied to a horizontally polarized antenna is shown.
  • Figure 11(a) shows that the width W3a of the fifth conductive pattern 1130 is formed to be equal to the gap Ga between the third sub-pattern 1150g and the feed line 1150f of the horizontal polarized antenna (H-ANT).
  • FIG. 11(b) shows the width W3 of the fifth conductive pattern 1130 being smaller than the gap Ga between the third sub-pattern 1150g and the feed line 1150f of the horizontal polarized antenna (H-ANT). 2 shows the structure.
  • the width W3a of the fifth conductive pattern 1130 which is the bottom pole of the vertically polarized antenna, is the distance between the first and third subpatterns 1110g and 1150g of the horizontally polarized antenna ( It may be equal to or greater than Ga). Accordingly, interference between antennas greatly increases, deteriorating radiation performance.
  • a signal is applied to the horizontally polarized antenna, a high current distribution is formed in one side region (R1a) of the second sub-pattern (1150p).
  • the width W3 of the fifth conductive pattern 1130 which is the lower pole, may be formed to be smaller than the gap Ga between the third sub-pattern 1150g and the feed line (1110g). Accordingly, it can be confirmed that when a signal is applied to the horizontal polarization antenna, coupling in one side region (R1b) of the second sub-pattern (1150p) is significantly reduced.
  • the performance of the horizontal polarized antenna may vary depending on the width (W3) of the fifth conductive pattern 1130, which is the lower pole.
  • Figure 12 shows reflection coefficient characteristics of a horizontally polarized antenna according to the width of the third conductive pattern, which is the lower pole, in an antenna module implemented as a dual polarized antenna.
  • the gap Ga between the third sub-pattern 1150g and the feed line 1110g may be 0.9 mm.
  • the reflection coefficient characteristic (S11) changes. If the width (W3) of the fifth conductive pattern (1130), which is the lower pole, is formed to be 1 mm, which is larger than the gap (Ga) between the third sub-pattern (1150g) and the feed line (1110g), S11 at 63GHz is -6.7 dB. .
  • the width W3 of the fifth conductive pattern 1130 which is the lower pole, may be 0.2 mm or 0.6 mm, which is smaller than the gap Ga of 0.9 mm.
  • the width (W3) of the fifth conductive pattern 1130 is formed to be 0.2 mm and 0.6 mm, the performance of S11 is -17.7 dB and -21.7 dB at 63 GHz, which is improved by 11 dB and 15 dB.
  • vertical polarized antenna performance may change as the width (W1v) of the first conductive pattern 1110, which is the upper pole of the vertical polarized antenna, is changed.
  • Figure 13a shows a current distribution diagram when the width of the first conductive pattern of the vertically polarized antenna is larger than the gap between the first and third subpatterns of the horizontally polarized antenna.
  • Figure 13b shows the impedance change according to the change in the width of the first conductive pattern of the vertically polarized antenna on a Smith chart.
  • the width (W1v) of the first conductive pattern 1110 which is the top pole of the vertically polarized antenna, is equal to the gap (Ga) between the third sub-pattern 1150g and the feed line (1110g). It can be formed larger.
  • the width (W1v) of the first conductive pattern (1110) is larger than the gap (Ga) between the third sub-pattern (1150g) and the feed line (1150f)
  • a very large coupling above the critical level occurs. do.
  • a very large coupling greater than a critical level occurs in the common area R1b including the lower area of the first conductive pattern 1110 and the second sub-pattern 1150p of the loop antenna 1150, which is a horizontally polarized antenna.
  • the width (W1v) of the first conductive pattern 1110 is 1 mm, which is larger than 0.9 mm, which is the gap (Ga) between the third sub-pattern 1150g and the feed line 1150f. can be formed.
  • the width (W1v) of the first conductive pattern 1110 is formed to 1 mm, the change in impedance for each frequency in the 60 GHz band in the Smith chart becomes very large, resulting in a narrow antenna bandwidth.
  • the width (W1v) of the first conductive pattern 1110 is formed to be 0.2mm or 0.6mm, which is less than 0.9mm, the change in impedance for each frequency in the 60GHz band in the Smith chart becomes small, thereby securing a wide antenna bandwidth. can do. Accordingly, the width W1v of the first conductive pattern 1110 needs to be smaller than the gap Ga between the third sub-pattern 1150g and the power supply line 1150f.
  • the horizontally polarized antenna may be placed on the second layers 1120b or the third layers 1130b, which are the upper area of the PCB 1100b.
  • Figure 14 shows a structure in which a horizontally polarized antenna can be placed in the upper or lower area of the PCB of the antenna module.
  • Figure 15a compares the current distribution according to the structure in which the horizontal polarized antenna is arranged.
  • Figure 15b shows reflection coefficient characteristics according to the structure in which the horizontally polarized antenna is arranged.
  • a horizontal polarized antenna (H-ANT) can be placed in a structure where a vertically polarized antenna (V-ANT) is placed are shown.
  • the horizontal polarization antenna (H-ANT) may be disposed in a rear area of the first conductive pattern 1110, which is the upper pole of the vertical polarization antenna (V-ANT).
  • the horizontally polarized antenna (H-ANT) may be placed in the upper area (Ru) of the feed line (1110f) of the vertically polarized antenna (V-ANT).
  • the horizontally polarized antenna (H-ANT) can be placed on two floors, the lower first floor (Lb1) and the lower second floor (Lb2).
  • the feed line 1110f of the vertically polarized antenna (V-ANT) may be placed on the lower second layer (Lb2) of the PCB 1100b.
  • the fourth conductive pattern 1110g corresponding to the ground line of the vertically polarized antenna (V-ANT) may be disposed on the lower third layer (Lb3).
  • the fifth conductive pattern 130 of the vertically polarized antenna (V-ANT) may be disposed on the lower fourth layer (Lb4).
  • the horizontal polarization antenna 1150 may be placed in the lower region (Rd) of the PCB (1100b).
  • a signal is applied to the horizontally polarized antenna 1150, strong coupling occurs in the region R3 where the fifth conductive pattern 1130, which is the lower pole, is formed.
  • This causes the performance of both vertically polarized antennas and horizontally polarized antennas to decrease.
  • the horizontal polarized antenna (H-ANT) is placed in the lower area (Rd) of the fourth conductive pattern (1110g) corresponding to the ground line of the vertical polarized antenna (V-ANT), the performance of the vertically polarized antenna and the horizontal polarized antenna are improved. all decrease.
  • a horizontally polarized antenna may be placed in the upper region (Ru) of the PCB (1100b).
  • the horizontal polarized antenna (H-ANT) is disposed in the upper area (Ru) of the PCB (1100b)
  • the fifth conductive pattern (1130) which is the lower pole, is formed in the area (R3). Coupling can be reduced. Accordingly, the antenna performance of the horizontally polarized antenna (H-ANT) and vertically polarized antenna (V-ANT) can be improved.
  • the reflection coefficient (S11) characteristics of the vertically polarized antenna (V-ANT) according to the structure in which the horizontally polarized antenna (H-ANT) is arranged are shown.
  • the reflection coefficient (S11) of the vertically polarized antenna (V-ANT) has a value of -7.5dB at 63GHz.
  • the reflection coefficient (S11) of the vertically polarized antenna (V-ANT) is -23.7dB at 63GHz, about 16.2 dB can be improved. Therefore, when the FPCB (1100a) is combined with the center layer of the PCB (1100b), the horizontally polarized antenna (H-ANT) is placed in the rear area of the first conductive pattern (1110), which is the top pole of the vertically polarized antenna (V-ANT) needs to be
  • the antenna module 1000 may be configured to include an FPCB (1100a) and a PCB (1100b).
  • the FPCB 1100a may include a first conductive pattern 1110 and a second layer La2 disposed on the first layer La1.
  • the antenna module 1000 may be composed of multi-layered substrates 1100a and 1100b made of a plurality of dielectric materials and conductive patterns.
  • the FPCB (1100a) and PCB (1100b) may be implemented as a multi-layered substrate.
  • the multilayer substrates 1100a and 1100b may include a first layer 1110b, second layers 1120b, and third layers 1130b.
  • the first layer 1110b may be made of a flexible first material.
  • the second layers 1120b may be composed of a plurality of layers made of a rigid second material formed on one side of the first layer 1110b.
  • the third layers 1130b may be composed of a plurality of layers made of a rigid second material formed on the other side of the first layer 1110b.
  • the first layer 1110b may be disposed between the second layers 1120b and the third layers 1130b of the multilayer substrates 1100a and 1100b.
  • the first layer 1110b has a first region R1 formed in parallel with the second layers 1120b and the third layers 1130b and perpendicular to the second layers 1120b and the third layers 1130b. It may be composed of a second region (R2).
  • the first area (R1) may be a PCB area and the second area (R2) may be an FPCB area.
  • the conductive patterns can constitute a vertically polarized antenna and a horizontally polarized antenna.
  • the first conductive pattern 1110 may be implemented as a vertically polarized antenna.
  • the second conductive pattern 1151f and the third conductive pattern 1150 may be implemented as a horizontally polarized antenna.
  • the second conductive pattern 1151f and the third conductive pattern 1150 may be connected by a first via hole (1150v).
  • the vertically polarized antenna may include a first conductive pattern 1110, a fourth conductive pattern 1110g, and a fifth conductive pattern 1130.
  • the fourth conductive pattern 1110g and the fifth conductive pattern 1130 may be connected by a second via hole 1100v.
  • the first conductive pattern 1110 may be formed on one side of the first region R1 and the second region R1 of the first layer 1110a to transmit and/or receive a signal.
  • the second conductive pattern 1151f may be formed on the lower first layer (Lb1), which is one of the second layers 1120b.
  • the third conductive pattern 1150 may be formed on the lower (sub) layer (Lb2), which is another layer among the second layers (1120b).
  • the second conductive pattern 1151f and the third conductive pattern 1150 may be connected to each other through a first via hole 1150v.
  • the lower first layer (Lb1) may be disposed closer to one side of the first layer (1110a) than the lower second layer (Lb2).
  • the lower second layer (Lb2) may be disposed on one side of the first layer (1110a) farther than the lower first layer (Lb1).
  • the fourth conductive pattern 1110g may be formed on the lower third layer (Lb3), which is one of the third layers 1130b.
  • the fifth conductive pattern 1130 may be formed on the lower (sub) fourth layer (layer Lb4), which is another layer among the third layers (1130b).
  • the lower third layer (Lb3) may be disposed closer to the other side of the first layer (1110a) than the lower fourth layer (Lb4).
  • the lower fourth layer (Lb4) may be disposed on the other side of the first layer (1110a) farther than the lower third layer (Lb3).
  • the area of the first conductive pattern 1110 formed in the first region (R1) on one side of the first layer (1110a) is any of the first power supply pattern (1110f) and the first region (R1) disposed inside the multilayer substrate. Can be electrically connected in one area.
  • the second conductive pattern 1151f formed on the lower first layer Lb1, which is one of the second layers 1120b, is formed on one area of the lower first layer Lb1 and the second feed pattern 1120f disposed inside the multilayer substrate. can be electrically connected to One area of the fourth conductive pattern 1140 formed on the lower third layer Lb3, which is one of the third layers 1130a, may be connected to the ground of the multilayer substrate.
  • the gap W1v of the first conductive pattern 1110 formed in the first region R1 may be narrower than the gap W1 and W2 of the fourth conductive pattern 1110g connected to the ground of the multilayer substrate. there is.
  • the first sub-pattern 1152f may be connected to the second conductive pattern 1151f and the first via hole 1150v.
  • One area of the third sub-pattern 1150g may be connected to the ground of the multilayer substrate.
  • the first sub-pattern 1152f and the third sub-pattern 1150g may be connected by a second sub-pattern 1150p.
  • the length of the second sub-pattern 1150p may be longer than the gap Ga between the first sub-pattern 1152f and the third sub-pattern 1150g. Accordingly, a horizontally polarized antenna implemented in a loop shape may be implemented as a pi (p) shaped loop antenna.
  • the second sub-pattern 1150p may be formed of pattern regions 1150p1 and 1150p2 extending on both sides from two parts connected to the pattern region between the first sub-pattern 1152f and the third sub-pattern 1150g. there is.
  • the first conductive pattern 1110 formed in the first region R1 of the multilayer substrate may be formed in the middle area between the first sub-pattern 1152f and the third sub-pattern 1150g. Accordingly, the level of interference can be reduced compared to a structure in which the first conductive pattern 1110 is offset to one of the first sub-pattern 1152f and the third sub-pattern 1150g. Accordingly, the level of interference between the feeding pattern of the first conductive pattern 1110, which operates as a vertically polarized antenna, and the horizontally polarized antenna can be reduced.
  • the fourth conductive pattern 1110g may be formed of a fourth sub-pattern 1111g connected to one of the grounds of the multilayer substrate and a fifth sub-pattern 1112g connected to the second via holes 1100v.
  • the spacing of the fourth sub-pattern 1111g, which is part of the fourth conductive pattern 1110g, will be narrower than the spacing of the fifth conductive pattern 1130 formed on the lower fourth layer Lb4 among the third layers 1130b. You can.
  • the length of the fifth conductive pattern 1130 may be shorter than the length of the fourth sub-pattern 1111g of the fourth conductive pattern 1110g.
  • One end area of the fifth conductive pattern 1130 may be electrically connected to the fifth sub-pattern 1112g and a plurality of rows 1121v to 1123v of via holes.
  • the plurality of via holes 1100v arranged in a plurality of rows may be configured to include first via holes 1121v, second via holes 1122v, and third via holes 1123v.
  • the first conductive pattern 1110, the fourth conductive pattern 1110g, the fifth conductive pattern 1130, and the plurality of via holes 1100v may operate as an antenna element with horizontal polarization.
  • the second conductive pattern 1151f and the third conductive pattern 1150 may operate as antenna elements with horizontal polarization.
  • the first height h1 of the first conductive pattern 1110 may be formed within a predetermined range based on 1 mm.
  • the second height h2 between the fourth conductive pattern 1110g and the fifth conductive pattern 1130 of the via structure 1100v formed of a plurality of via holes may be formed within a predetermined range based on 0.3 mm.
  • the fifth conductive pattern 1130 formed on the bottom layer may be connected to the fourth conductive pattern 1110g of the PCB 1100b through a via structure 1100v.
  • the fourth sub-pattern 1111g of the fourth conductive pattern 1110g may be formed to have a first width W1.
  • the fifth sub-pattern 1112g of the fourth conductive pattern 1110g may be formed to have a second width W2 that is wider than the first width W1.
  • the via structure 1100v may include a plurality of via holes arranged at a predetermined distance in the first axis direction to connect the fourth sub-pattern 1111g and the fifth conductive pattern 1130 in the first axis direction.
  • the plurality of via holes 1100v arranged in a plurality of rows may be configured to include first via holes 1121v, second via holes 1122v, and third via holes 1123v.
  • the second width of the fifth sub-pattern 1112g in which the first to third via holes 1121v, 1122v, and 1123v are disposed may range from 0.2 mm to 1.0 mm.
  • a vertically polarized dipole antenna structure can be presented using an FPCB (1100a) perpendicular to the end portion on one side of the PCB (1100b).
  • one pole may be formed on one layer of the FPCB (1100a) and the other pole may be formed on the PCB.
  • An electric field with vertical polarization is formed by the top pole and the bottom pole, allowing it to operate as a vertically polarized antenna.
  • a pi-loop antenna operating in horizontal polarization is implemented in another layer of the PCB (1100b) and can radiate electric field components of horizontal polarization.
  • the antenna module implemented as a dual polarized antenna according to the present specification may be implemented as an array antenna.
  • Figure 16a shows an antenna module implemented as a dual polarization array antenna according to an embodiment.
  • FIG. 16b shows a structure in which a shield can is disposed on the top of the PCB of the antenna module of FIG. 16a.
  • Figure 17a shows a front view of the array antenna module on which the shield can of Figure 16b is disposed.
  • FIG. 17B shows a side view of the array antenna module in which the shield can of FIG. 17A is disposed.
  • a shield can 1170 will be placed on the upper part of the PCB 1100b on which a 1x4 dual-polarized end-fire array antenna is implemented. You can.
  • the shield can 1170 may be implemented as a metal case, but is not limited thereto.
  • the array antenna gain can be improved by using components mounted on the dual polarization end-fire array antenna PCB (1110b).
  • the shield can 1170 may be placed in the upper area of the PCB (1110b).
  • the shield can 1170 may be attached to the ground wall 1100w of the PCB 1100b, and a dual polarization end-fire array antenna may be disposed in the front area of the shield can 1170.
  • the antenna gain of the array antenna varies depending on the distance (d) between the shield can 1170 and the antenna.
  • d may be defined as the distance from the shield can 1170 to the first conductive pattern 1100 of the vertically polarized antenna formed on the FPCB.
  • a plurality of antenna elements may be arranged in the first axis direction to form an array antenna 1100AR.
  • the first horizontally polarized antenna elements (H-ANT1) to the fourth horizontally polarized antenna elements (H-ANT4) of the array antenna (1100AR) are configured to radiate a first beamformed wireless signal having horizontal polarization in the first axis direction. It can be.
  • the first vertically polarized antenna elements (V-ANT1) to the fourth vertically polarized antenna elements (V-ANT4) of the array antenna (1100AR) are configured to radiate a second beam-formed wireless signal having vertical polarization in the first axis direction. It can be.
  • the antenna module 1100 may further include a shield can 1170 disposed in the ground pattern at the top of the ground wall 1100w formed in the inner area of the PCB 1100b.
  • the distance (d) between the shield can 1170 and the first conductive pattern 1110 formed on the FPCB 1100a is in the range between (0.17+n)* ⁇ 0 ⁇ d ⁇ (0.33+n)* ⁇ 0. It can be.
  • n may be 0 or a natural number.
  • FIG. 18 shows an electronic device including an antenna module disposed inside a dielectric case according to the present specification.
  • the antenna module 1000 may be disposed inside a device structure such as the dielectric case 1020 of the metal frame 1010 of an electronic device equipped with a display.
  • the back of the PCB (1100b) of the antenna module 1000 may be arranged to face the metal frame 1010 so that the back of the antenna module 1000 faces the metal frame 1010.
  • the first conductive pattern 1110 which is the top pole
  • the fifth conductive pattern 1130 which is an inverted C-shaped bottom pole, may be disposed adjacent to the metal frame 1010.
  • the electronic device 1000 may be configured to include a metal frame 1010, a dielectric case 1020, and an antenna module 1100.
  • the metal frame 1010 may be configured to form a side area of the electronic device 1000.
  • the metal frame 1010 may be formed to surround the display and support the display.
  • the dielectric case 1020 may be formed on one side of the metal frame 1010.
  • the dielectric case 1020 may be disposed on one side forming the lower region of the metal frame 1010.
  • the antenna module 1100 may be placed in the inner area of the dielectric case 1020.
  • the antenna module 1100 may be arranged to face the inner surface 1023 of the dielectric case 1020.
  • the dielectric case 1020 includes a front portion 1021 attached to the metal frame 1020, a rear portion 1022 corresponding to the front portion 1021, and a side portion formed between the front portion 1021 and the rear portion 1022. It may include part 1023.
  • the antenna module 1000 may be configured to include an FPCB (1100a) and a PCB (1100b).
  • the antenna module 1000 may be composed of multi-layered substrates 1100a and 1100b made of a plurality of dielectric materials and conductive patterns.
  • the FPCB (1100a) and PCB (1100b) may be implemented as a multi-layered substrate.
  • the multilayer substrates 1100a and 1100b may include a first layer 1110b, second layers 1120b, and third layers 1130b.
  • the first layer 1110b may be made of a flexible first material.
  • the second layers 1120b may be composed of a plurality of layers made of a rigid second material formed on one side of the first layer 1110b.
  • the third layers 1130b may be composed of a plurality of layers made of a rigid second material formed on the other side of the first layer 1110b.
  • the first layer 1110b may be disposed between the second layers 1120b and the third layers 1130b of the multilayer substrates 1100a and 1100b.
  • the first layer 1110b has a first region R1 formed in parallel with the second layers 1120b and the third layers 1130b and perpendicular to the second layers 1120b and the third layers 1130b. It may be composed of a second region (R2).
  • the first area (R1) may be a PCB area and the second area (R2) may be an FPCB area.
  • the conductive patterns can constitute a vertically polarized antenna and a horizontally polarized antenna.
  • the first conductive pattern 1110 may be implemented as a vertically polarized antenna.
  • the second conductive pattern 1151f and the third conductive pattern 1150 may be implemented as a horizontally polarized antenna.
  • the second conductive pattern 1151f and the third conductive pattern 1150 may be connected by a first via hole (1150v).
  • the vertically polarized antenna may include a first conductive pattern 1110, a fourth conductive pattern 1110g, and a fifth conductive pattern 1130.
  • the fourth conductive pattern 1110g and the fifth conductive pattern 1130 may be connected by a second via hole 1100v.
  • the first conductive pattern 1110 may be formed on one side of the first region R1 and the second region R1 of the first layer 1110a to transmit and/or receive a signal.
  • the second conductive pattern 1151f may be formed on the lower first layer (Lb1), which is one of the second layers 1120b.
  • the third conductive pattern 1150 may be formed on the lower (sub) layer (Lb2), which is another layer among the second layers (1120b).
  • the second conductive pattern 1151f and the third conductive pattern 1150 may be connected to each other through a first via hole 1150v.
  • the lower first layer (Lb1) may be disposed closer to one side of the first layer (1110a) than the lower second layer (Lb2).
  • the lower second layer (Lb2) may be disposed on one side of the first layer (1110a) farther than the lower first layer (Lb1).
  • the fourth conductive pattern 1110g may be formed on the lower third layer (Lb3), which is one of the third layers 1130b.
  • the fifth conductive pattern 1130 may be formed on the lower (sub) fourth layer (layer Lb4), which is another layer among the third layers (1130b).
  • the lower third layer (Lb3) may be disposed closer to the other side of the first layer (1110a) than the lower fourth layer (Lb4).
  • the lower fourth layer (Lb4) may be disposed on the other side of the first layer (1110a) farther than the lower third layer (Lb3).
  • the area of the first conductive pattern 1110 formed in the first region (R1) on one side of the first layer (1110a) is any of the first power supply pattern (1110f) and the first region (R1) disposed inside the multilayer substrate. Can be electrically connected in one area.
  • the second conductive pattern 1151f formed on the lower first layer Lb1, which is one of the second layers 1120b, is formed on one area of the lower first layer Lb1 and the second feed pattern 1120f disposed inside the multilayer substrate. can be electrically connected to One area of the fourth conductive pattern 1140 formed on the lower third layer Lb3, which is one of the third layers 1130a, may be connected to the ground of the multilayer substrate.
  • the gap W1v of the first conductive pattern 1110 formed in the first region R1 may be narrower than the gap W1 and W2 of the fourth conductive pattern 1110g connected to the ground of the multilayer substrate. there is.
  • the first sub-pattern 1152f may be connected to the second conductive pattern 1151f and the first via hole 1150v.
  • One area of the third sub-pattern 1150g may be connected to the ground of the multilayer substrate.
  • the first sub-pattern 1152f and the third sub-pattern 1150g may be connected by a second sub-pattern 1150p.
  • the length of the second sub-pattern 1150p may be longer than the gap Ga between the first sub-pattern 1152f and the third sub-pattern 1150g. Accordingly, a horizontally polarized antenna implemented in a loop shape may be implemented as a pi (p) shaped loop antenna.
  • the second sub-pattern 1150p may be formed of pattern regions 1150p1 and 1150p2 extending on both sides from two parts connected to the pattern region between the first sub-pattern 1152f and the third sub-pattern 1150g. there is.
  • the first conductive pattern 1110 formed in the first region R1 of the multilayer substrate may be formed in the middle area between the first sub-pattern 1152f and the third sub-pattern 1150g. Accordingly, the level of interference can be reduced compared to a structure in which the first conductive pattern 1110 is offset to one of the first sub-pattern 1152f and the third sub-pattern 1150g. Accordingly, the level of interference between the feeding pattern of the first conductive pattern 1110, which operates as a vertically polarized antenna, and the horizontally polarized antenna can be reduced.
  • the fourth conductive pattern 1110g may be formed of a fourth sub-pattern 1111g connected to one of the grounds of the multilayer substrate and a fifth sub-pattern 1112g connected to the second via holes 1100v.
  • the spacing of the fourth sub-pattern 1111g, which is part of the fourth conductive pattern 1110g, will be narrower than the spacing of the fifth conductive pattern 1130 formed on the lower fourth layer Lb4 among the third layers 1130b. You can.
  • the length of the fifth conductive pattern 1130 may be shorter than the length of the fourth sub-pattern 1111g of the fourth conductive pattern 1110g.
  • One end area of the fifth conductive pattern 1130 may be electrically connected to the fifth sub-pattern 1112g and a plurality of rows 1121v to 1123v of via holes.
  • the plurality of via holes 1100v arranged in a plurality of rows may be configured to include first via holes 1121v, second via holes 1122v, and third via holes 1123v.
  • the first conductive pattern 1110, the fourth conductive pattern 1110g, the fifth conductive pattern 1130, and the plurality of via holes 1100v may operate as an antenna element with horizontal polarization.
  • the second conductive pattern 1151f and the third conductive pattern 1150 may operate as antenna elements with horizontal polarization.
  • An antenna module implemented as a dual polarized antenna disclosed in this specification may be configured as an array antenna within an electronic device.
  • Figure 19a shows a structure in which an antenna module formed of a plurality of array antennas is disposed in an electronic device.
  • FIG. 19B is an enlarged view of the plurality of array antenna modules of FIG. 19A.
  • the array antenna includes a first antenna module 1100-1 and a second antenna module 1100- disposed at a predetermined distance from the first antenna module 1100-1 in the first horizontal direction. 2) may be included. Meanwhile, the number of antenna modules is not limited to two, and may be implemented with three or more as shown in FIG. 20b. Accordingly, the antenna module may be configured to include the first to third antenna modules 1100-1 to 1100-3.
  • the processor 1400 of FIGS. 5 to 6C uses the first and second antenna modules 1100-1 and 1100-2 to form first and second beams in the first and second directions, respectively. You can control it. That is, the first beam can be formed in the first direction in the horizontal direction using the first antenna module 1100-1. Additionally, the second 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 antenna modules 1100-1 and 1100-2.
  • the processor 1400 may control the transceiver circuit 1250 so that signals received through the first and second antenna modules 1100-1 and 1100-2 are synthesized.
  • the processor 1400 may control signals transmitted to the first and second 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 and second signals 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 1x2, 1x3, 1x4, 1x5, ..., 1x8 array antennas.
  • Figure 20 shows antenna modules combined with different coupling structures at specific locations of electronic devices according to embodiments.
  • the antenna module 1100 may be arranged substantially horizontally with the display 151 in the lower area of the display 151. Accordingly, the beam B1 can be generated toward the bottom of the electronic device through one of the array antennas among the plurality of array antenna modules. Meanwhile, another beam B2 may be generated in the front direction of the electronic device through another array antenna among the plurality of array antenna modules.
  • the array antenna module 1100 may be disposed in a lower area of the display 151 substantially perpendicular to the display 151. can be placed. Accordingly, the beam B2 can be generated in the front direction of the electronic device through one of the array antennas among the plurality of array antenna modules. Meanwhile, another beam B1 may be generated toward the bottom of the electronic device through another array antenna among the plurality of array antenna modules.
  • the antenna module 1100 may be placed inside the rear case 1001 corresponding to the device structure. It may be placed substantially parallel to the display 151 inside the rear case 1001. Accordingly, the beam 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 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 implemented as a dual polarization antenna and an electronic device including the same were described.
  • the technical effects of the antenna module implemented as a dual-polarized antenna and electronic devices including it are as follows.
  • an antenna module implementing a dual polarization antenna operating in a millimeter wave band and an electronic device including the same can be provided.
  • an antenna may be implemented on one side of the PCB that radiates through the conductive pattern of the FPCB and the via structure and conductive pattern implemented on one side of the PCB.
  • a dual polarization antenna operating as a horizontal polarization antenna and a vertical polarization antenna may provide a dual polarization end-fire antenna that radiates through one side of the PCB.
  • a vertically polarized antenna can be provided through an asymmetric dipole antenna formed by an upper pole and a lower pole formed on an FPCB and a PCB.
  • the FPCB is formed perpendicular to the PCB, and vertical polarization can be implemented even at a PCB height that is insufficient to implement vertical polarization through the conductive pattern of the FPCB, the conductive pattern of the PCB, and vertical vias.
  • one pole in order to improve the performance of vertical polarization, one pole can be implemented as a radiator on an FPCB, and the other pole can be implemented on a PCB to increase the area and improve the radiation performance of the antenna.
  • a vertically polarized antenna and a horizontally polarized antenna are formed in an overlapping area, so that the area occupied by the antenna within a limited substrate area can be minimized.
  • the antenna module is optimally placed at the bottom of the electronic device to perform wireless communication with surrounding electronic devices.
  • 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

복수의 유전 물질로 이루어진 다층 기판과 도전 패턴으로 이루어진 안테나 모듈이 제공된다. 상기 다층기판은 제1 층(layer); 상기 제1 층(layer)의 일측면에 형성된 제2 층들(layers); 및 상기 제1층의 타측면에 형성된 제3 층(layers)들을 포함한다. 상기 도전 패턴은 상기 제1층의 상기 일측면의 제1 영역과 제2 영역에서 상기 일측면 상에 형성되어 신호를 송수신 하는 제1 도전 패턴, 상기 제2 층들 중 어느 한 층인 하부(sub) 1층(layer)에 형성된 제2 도전 패턴; 및 상기 제2 층들 중 다른 한 층인 하부(sub) 2층(layer)에 형성된 제 3 도전 패턴을 포함한다. 상기 제2 도전 패턴과 상기 제3 도전 패턴은 제1 비아 홀(via hole)로 서로 연결될 수 있다.

Description

안테나 모듈을 구비하는 전자 기기
본 명세서는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기에 관한 것이다. 특정 구현은 이중 편파 안테나로 구현되는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기에 관한 것이다.
전자기기(electronic devices)의 기능이 다양화됨에 따라 음악이나 동영상 파일의 재생, 게임, 방송의 수신 등의 복합적인 기능들을 갖춘 멀티미디어 기기(Multimedia player)와 같은 영상표시장치로 구현될 수 있다.
영상표시장치는 영상 컨텐츠를 재생하는 기기로서, 다양한 소스로부터 영상을 수신하여 재생한다. 영상표시장치는 PC(Personal Computer), 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북, TV 등 다양한 기기로 구현된다. 스마트 TV 등과 같은 영상표시장치에서 웹 브라우저와 같은 웹 컨텐츠 제공을 위한 어플리케이션을 제공할 수 있다.
이러한 영상표시장치와 같은 전자 기기가 주변의 전자 기기와 통신을 수행하기 위해, 안테나를 포함하는 통신 모듈이 구비될 수 있다. 한편, 최근 영상표시장치의 디스플레이 영역이 확장됨에 따라 안테나를 포함하는 통신 모듈의 배치 공간이 감소하게 된다. 이에 따라, 통신 모듈이 구현되는 다층 회로 기판 내부에 안테나를 배치할 필요성이 증가하고 있다.
한편, 전자 기기 간에 통신 서비스를 위한 인터페이스로 WiFi 무선 인터페이스가 고려될 수 있다. 이러한 WiFi 무선 인터페이스를 이용하는 경우, 전자 기기 간에 고속 데이터 전송을 위해 밀리미터파 대역(mmWave)을 이용할 수 있다. 특히, 802.11ay와 같은 무선 인터페이스를 이용하여 전자 기기 간에 고속 데이터 전송이 가능하다.
이와 관련하여, 밀리미터파(mmWave) 대역에서 동작할 수 있는 배열 안테나는 안테나 모듈 내에 실장될 수 있다. 하지만, 이러한 안테나 모듈에 배치되는 안테나와 송수신부 회로와 같은 전자 부품은 전기적으로 연결되도록 구성된다. 이를 위해, 송수신부 회로가 안테나 모듈과 동작 가능하게 결합되고, 안테나 모듈은 다층 기판(multi-layer)로 구성될 수 있다.
안테나 모듈의 다층 기판이 평면 적층 구조로 형성됨에 따라 수직 편파 안테나 구현 시에 제약이 발생될 수 있다. 이와 관련하여, 수직 편파 안테나의 길이가 다층 기판의 높이보다 높게 형성될 수 있다. 이러한 다층 기판의 높이의 제약으로 인해 수직 편파 안테나의 길이가 짧게 형성되면 안테나 성능이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
또한, 수평 편파 안테나와 수직 편파 안테나의 이중 편파 안테나 구현 시 서로 다른 다층 기판의 PCB들의 결합 구조로 형성될 수 있다. 이러한 서로 다른 다층 기판의 PCB들의 결합 구조에서 각각의 급전 라인에서 수직 편파 안테나와 수평 편파 안테나까지의 길이가 상이하게 형성될 수 있다. 이에 따라, 수직 편파 안테나와 수평 편파 안테나 간 성능 차이가 발생하거나 또는 급전 라인의 길이 증가로 인해 밀리미터파 대역에서 급전 손실이 증가할 수 있다. 따라서, 서로 다른 다층 기판의 PCB들의 결합 구조를 갖는 안테나 모듈의 안테나 이득이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
본 명세서는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 밀리미터파 대역에서 동작하는 이중 편파 안테나가 구현된 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은 FPCB를 이용하여 PCB의 일 측에서 방사하는 안테나를 구현하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은 수평 편파 안테나와 수직 편파 안테나로 동작하는 이중 편파 안테나가 PCB의 일 측을 통해 방사되는 이중 편파 엔드-파이어 안테나를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은 FPCB와 PCB에 형성된 비대칭 다이폴 안테나를 통해 수직 편파 안테나를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은 FPCB를 PCB에 대해 수직하게 형성하여 수직 편파를 구현하기에 부족한 PCB 높이에서도 수직 편파를 구현하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은 수직 편파의 성능을 향상시키기 위해 하나의 폴은 FPCB에 방사체를 구현하고, 다른 하나의 폴은 PCB에 구현하여 면적을 증대시켜 방사성능을 향상시키기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은 수직 편파 안테나 및 수평 편파 안테나가 중첩된 영역에 형성되어 제한된 기판 영역 내에 안테나가 차지하는 면적을 최소화하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 안테나 모듈을 전자 기기의 하부에 최적으로 배치하여 주변 전자 기기와 무선 통신을 수행하기 위한 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 실시 예에 따른 복수의 유전 물질로 이루어진 다층 기판과 도전 패턴으로 이루어진 안테나 모듈이 제공된다. 상기 다층기판은 제1 층(layer); 상기 제1 층(layer)의 일측면에 형성된 제2 층들(layers); 및 상기 제1층의 타측면에 형성된 제3 층(layers)들을 포함한다. 상기 도전 패턴은 상기 제1층의 상기 일측면의 제1 영역과 제2 영역에서 상기 일측면 상에 형성되어 신호를 송수신 하는 제1 도전 패턴, 상기 제2 층들 중 어느 한 층인 하부(sub) 1층(layer)에 형성된 제2 도전 패턴; 및 상기 제2 층들 중 다른 한 층인 하부(sub) 2층(layer)에 형성된 제 3 도전 패턴을 포함한다. 상기 제2 도전 패턴과 상기 제3 도전 패턴은 제1 비아 홀(via hole)로 서로 연결될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 다층 기판은 연성(flexible)의 제1 재질로 이루어진 제1 층(layer); 상기 제1 층(layer)의 일측면에 형성된 강성(rigid)의 제2 재질로 이루어진 복수의 층으로 이루어진 제2 층들(layers); 및 상기 제1층의 타측면에 형성된 상기 강성(rigid)의 제2 재질로 이루어진 복수의 층으로 이루어진 제3 층(layers)들을 포함한다. 상기 제1층은 상기 제2 층들과 상기 제3 층들과 병렬로 형성되는 제1 영역과 상기 제2 층들과 상기 제3 층들과 수직으로 형성되는 제2영역으로 이루어져 있다.
실시 예에 따르면, 상기 하부 1층은 상기 제1 층의 상기 일측면에 가까이 배치되고, 상기 하부 2층은 상기 1 층의 상기 일측면에 상기 하부 1층보다 멀리 배치될 수 있다. 상기 제3 층들 중 어느 한 층인 하부(sub) 3층(layer)에 형성된 제4 도전 패턴과 상기 제3 층들 중 다른 한 층인 하부(sub) 4층(layer)에 형성된 제5 도전 패턴은 제2 비아 홀(via hole)들로 서로 연결될 수 있다. 상기 하부 3층은 상기 1층의 상기 타측면에 가까이 배치되고, 상기 하부 4층은 상기 1층의 상기 타측면에서 상기 하부 3층보다 멀리 배치될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 층의 상기 일측면의 제1 영역에 형성된 제1 도전 패턴의 영역은 상기 기판 내부에 배치된 제1 급전 패턴과 상기 제1 영역의 어느 한 영역에서 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2 층들 중 어느 한 층인 하부(sub) 1층(layer)에 형성된 상기 제2 도전 패턴은 상기 기판 내부에 배치된 제2 급전 패턴과 상기 하부 1층의 어느 한 영역에서 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제3 층들 중 어느 한 층인 하부(sub) 3층(layer)에 형성된 제4 도전 패턴의 어느 한 영역에서 다층 기판의 그라운드와 연결될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 영역에 형성된 상기 제1 도전 패턴의 간격은 상기 다층 기판의 그라운드에 연결되는 상기 제4 도전 패턴의 간격 보다 좁게(narrower) 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제2 층들 중 다른 한 층인 하부(sub) 2층(layer)에 형성된 제 3 도전 패턴은 제1 서브 패턴, 제2 서브 패턴과 제3 서브 패턴으로 형성될 수 있다. 상기 제1 서브 패턴은 상기 제2 도전 패턴과 상기 제1 비아 홀로 연결될 수 있다. 상기 제 3 서브 패턴의 일 영역은 상기 기판의 그라운드와 연결될 수 있다. 상기 제1 서브 패턴과 상기 제 3 서브 패턴은 상기 제2 서브 패턴에 의해 연결될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제2 서브 패턴의 길이는 상기 제1 서브 패턴과 상기 제3 서브 패턴 사이의 갭의 간격보다 길게 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제2 서브 패턴은 상기 제1 서브 패턴과 상기 제 3 서브 패턴 사이의 패턴 영역과 연결되는 두 부분들로부터 양측으로 연장되는 패턴 영역들로 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 영역에 형성된 상기 제1 도전 패턴은 상기 제1 서브 패턴과 상기 제 3 서브 패턴의 사이의 가운데 영역에 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제4 도전 패턴은 상기 다층기판의 그라운드 중 어는 한 곳과 연결되는 제4 서브 패턴과 상기 제2 비아 홀들과 연결되는 제5 서브 패턴으로 형성될 수 있다. 상기 제4 도전 패턴의 일부인 상기 제4 서브 패턴의 간격은 상기 제3 층들 중 상기 하부(sub) 4층(layer)에 형성된 상기 제5 도전 패턴의 간격보다 좁게(narrower) 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제5 도전 패턴의 길이는 상기 제4 도전 패턴의 상기 제4 서브 패턴의 길이보다 짧은(shorter)게 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제5 도전 패턴의 일 끝 영역은 상기 제5 서브 패턴과 복수의 비아 홀들의 복수의 열로 전기적으로 연결되도록 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 도전 패턴, 상기 제4 도전 패턴, 상기 제5 도전 패턴과 상기 복수의 비아 홀들은 수평 편파를 갖는 안테나 소자로 동작할 수 있다. 상기 제2 도전 패턴 및 상기 제3 도전 패턴은 수평 편파를 갖는 안테나 소자로 동작할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제3 도전 패턴의 제1 높이는 1mm를 기준으로 소정 범위 내에서 형성될 수 있다. 상기 복수의 비아 홀들로 구현된 비아 구조의 상기 제4 도전 패턴과 상기 제5 도전 패턴 사이의 제2 높이는 0.3mm를 기준으로 소정 범위 내에서 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제4 도전 패턴의 상기 제4 서브 패턴은 제1 너비로 형성되고, 상기 제4 도전 패턴의 상기 제5 서브 패턴은 상기 제1 너비보다 넓은 제2 너비로 형성될 수 있다. 상기 비아 구조는 상기 제4 서브 패턴과 상기 제5 도전 패턴을 제1 축 방향에서 연결하도록 소정 간격 이격되어 배치된 복수의 비아 홀들을 포함할 수 있다. 상기 제5 서브 패턴의 상기 제2 너비는 0.2mm 내지 1.0mm 사이의 범위로 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 안테나 소자는 상기 제1 축 방향으로 복수 개 배치되어 배열 안테나를 구성할 수 있다. 상기 배열 안테나의 제1 수평 편파 안테나 소자 내지 제4 수평 편파 안테나 소자는 상기 제1 축 방향으로 수평 편파를 갖는 빔 포밍된 제1 무선 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 상기 배열 안테나의 제1 수직 편파 안테나 소자 내지 제4 수직 편파 안테나 소자는 상기 제1 축 방향으로 수직 편파를 갖는 빔 포밍된 제2 무선 신호를 방사하도록 구성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 안테나 모듈은 상기 다층 기판의 PCB의 내측 영역에 형성된 그라운드 월의 상단 부의 그라운드 패턴에 배치되는 쉴드 캔(shield can)을 더 포함할 수 있다. 상기 쉴드 캔과 FPCB에 형성된 상기 제3 도전 패턴까지의 거리(d)는 (0.17+n)*λ0 < d < (0.33+n)*λ0 사이의 범위로 형성될 수 있다.
본 명세서의 다른 실시예에 따른 전자 기기는 상기 전자 기기의 측면 영역을 형성하는 메탈 프레임; 상기 메탈 프레임의 일 측에 형성되는 유전체 케이스; 및 상기 유전체 케이스의 내부 영역에 배치되고, 상기 유전체 케이스의 내측 면과 마주보게 배치되고, 복수의 유전 물질로 이루어진 다층 기판과 도전 패턴으로 이루어진 안테나 모듈을 포함한다. 상기 다층기판은 제1 층(layer); 상기 제1 층(layer)의 일측면에 형성된 제2 층들(layers); 및 상기 제1층의 타측면에 형성된 제3 층(layers)들을 포함한다. 상기 도전 패턴은 상기 제1층의 상기 일측면의 제1 영역과 제2 영역에서 상기 일측면 상에 형성되어 신호를 송수신 하는 제1 도전 패턴, 상기 제2 층들 중 어느 한 층인 하부(sub) 1층(layer)에 형성된 제2 도전 패턴; 및 상기 제2 층들 중 다른 한 층인 하부(sub) 2층(layer)에 형성된 제 3 도전 패턴을 포함한다. 상기 제2 도전 패턴과 상기 제3 도전 패턴은 제1 비아 홀(via hole)로 서로 연결될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 다층 기판은 연성(flexible)의 제1 재질로 이루어진 제1 층(layer); 상기 제1 층(layer)의 일측면에 형성된 강성(rigid)의 제2 재질로 이루어진 복수의 층으로 이루어진 제2 층들(layers); 및 상기 제1층의 타측면에 형성된 상기 강성(rigid)의 제2 재질로 이루어진 복수의 층으로 이루어진 제3 층(layers)들을 포함한다. 상기 제1층은 상기 제2 층들과 상기 제3 층들과 병렬로 형성되는 제1 영역과 상기 제2 층들과 상기 제3 층들과 수직으로 형성되는 제2영역으로 이루어져 있다.
실시 예에 따르면, 상기 하부 1층은 상기 제1 층의 상기 일측면에 가까이 배치되고, 상기 하부 2층은 상기 1 층의 상기 일측면에 상기 하부 1층보다 멀리 배치될 수 있다. 상기 제3 층들 중 어느 한 층인 하부(sub) 3층(layer)에 형성된 제4 도전 패턴과 상기 제3 층들 중 다른 한 층인 하부(sub) 4층(layer)에 형성된 제5 도전 패턴은 제2 비아 홀(via hole)들로 서로 연결될 수 있다. 상기 하부 3층은 상기 1층의 상기 타측면에 가까이 배치되고, 상기 하부 4층은 상기 1층의 상기 타측면에서 상기 하부 3층보다 멀리 배치될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 층의 상기 일측면의 제1 영역에 형성된 제1 도전 패턴의 영역은 상기 기판 내부에 배치된 제1 급전 패턴과 상기 제1 영역의 어느 한 영역에서 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2 층들 중 어느 한 층인 하부(sub) 1층(layer)에 형성된 상기 제2 도전 패턴은 상기 기판 내부에 배치된 제2 급전 패턴과 상기 하부 1층의 어느 한 영역에서 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제3 층들 중 어느 한 층인 하부(sub) 3층(layer)에 형성된 제4 도전 패턴의 어느 한 영역에서 다층 기판의 그라운드와 연결될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 영역에 형성된 상기 제1 도전 패턴의 간격은 상기 다층 기판의 그라운드에 연결되는 상기 제4 도전 패턴의 간격 보다 좁게(narrower) 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제2 층들 중 다른 한 층인 하부(sub) 2층(layer)에 형성된 제 3 도전 패턴은 제1 서브 패턴, 제2 서브 패턴과 제3 서브 패턴으로 형성될 수 있다. 상기 제1 서브 패턴은 상기 제2 도전 패턴과 상기 제1 비아 홀로 연결될 수 있다. 상기 제 3 서브 패턴의 일 영역은 상기 기판의 그라운드와 연결될 수 있다. 상기 제1 서브 패턴과 상기 제 3 서브 패턴은 상기 제2 서브 패턴에 의해 연결될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제2 서브 패턴의 길이는 상기 제1 서브 패턴과 상기 제3 서브 패턴 사이의 갭의 간격보다 길게 형성될 수 있다.
본 명세서에 따른 이중 편파 안테나로 구현되는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기의 기술적 효과는 다음과 같다.
실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역에서 동작하는 이중 편파 안테나가 구현된 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기를 제공할 수 있다.
실시 예에 따르면, FPCB의 도전 패턴과 PCB 일 측에 구현되는 비아 구조 및 도전 패턴을 통해 방사하는 PCB의 일 측에서 안테나를 구현할 수 있다.
실시 예에 따르면, 수평 편파 안테나와 수직 편파 안테나로 동작하는 이중 편파 안테나가 PCB의 일 측을 통해 방사되는 이중 편파 엔드-파이어 안테나를 제공할 수 있다.
실시 예에 따르면, FPCB와 PCB에 형성되는 상단 폴과 하단 폴로 형성되는 비대칭 다이폴 안테나를 통해 수직 편파 안테나를 제공할 수 있다.
실시 예에 따르면, FPCB를 PCB에 대해 수직하게 형성하고, FPCB의 도전 패턴과 PCB의 도전 패턴 및 수직 비아를 통해 수직 편파를 구현하기에 부족한 PCB 높이에서도 수직 편파를 구현할 수 있다.
실시 예에 따르면, 수직 편파의 성능을 향상시키기 위해 하나의 폴은 FPCB에 방사체를 구현하고, 다른 하나의 폴은 PCB에 구현하여 면적을 증대시켜 안테나의 방사성능을 향상시킬 수 있다.
실시 예에 따르면, 수직 편파 안테나 및 수평 편파 안테나가 중첩된 영역에 형성되어 제한된 기판 영역 내에 안테나가 차지하는 면적을 최소화할 수 있다.
실시 예에 따르면, 안테나 모듈을 전자 기기의 하부에 최적으로 배치하여 주변 전자 기기와 무선 통신을 수행하기 위한 것이다.
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 명세서의 일실시예에 따른 영상표시기기를 포함한 전체 무선 AV 시스템의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 명세서에 따른 무선 인터페이스를 지원하는 전자 기기들의 상세 구성을 나타낸다.
도 3a는 본 명세서에 따른 RTS (Request to Send) 프레임 및 CTS(Clear to Send) 프레임을 나타낸다.
도 3b는 본 명세서의 일 예시에 따른 통신 시스템(400)의 블록도를 예시한다.
도 4는 일 실시 예에 따른 복수의 안테나 모듈과 복수의 송수신부 회로 모듈이 배치되는 전자 기기를 나타낸다.
도 5a는 본 명세서와 관련하여 배열 안테나 모듈이 배치되는 다층 회로 기판과 RFIC가 연결된 구성을 나타낸다.
도 5b는 서로 다른 방사 방향을 갖는 안테나 구조를 나타낸 개념도이다.
도 5c는 실시 예들에 따른 다층 기판과 메인 기판의 결합 구조를 나타낸 것이다.
도 6은 영상표시기기 하부에 배치되는 복수의 통신 모듈과 해당 통신 모듈의 구성과 전면 방향에 배치되는 다른 통신 모듈과의 통신을 수행하는 개념도이다.
도 7a는 안테나 소자가 배치된 PCB와 FPCB과 연결된 구조의 사시도를 나타낸다.
도 7b는 도 7a의 PCB와 FPCB과 연결된 구조의 측면도를 나타낸다.
도 7c는 PCB의 유전체 영역을 제외한 이중 편파 안테나의 구조를 나타낸다.
도 8은 급전 패턴과 그라운드 패턴이 형성된 PCB와 FPCB가 연결되는 다양한 구성들을 나타낸다.
도 9는 실시 예들에 따른 수직 편파 안테나와 수평 편파 안테나의 구조를 나타낸다.
도 10a는 도 7a 내지 도 7c의 이중 편파 안테나 구조에서 수직 편파 안테나와 수직 편파 안테나가 서로 다른 층의 대응되는 영역에 배치된 구조의 전면도를 나타낸다.
도 10b는 도 7a 내지 도 7c의 이중 편파 안테나 구조에서 상단 폴과 하단 폴로 구성된 수직 편파 안테나 구조를 나타낸다.
도 11은 수직 편파 안테나의 제3 도전 패턴의 너비 변화에 따라 안테나들 간의 커플링에 의한 전류 분포도를 비교한 것이다.
도 12는 이중 편파 안테나로 구현되는 안테나 모듈에서 하단 폴인 제3 도전 패턴의 너비에 따른 수평 편파 안테나의 반사 계수 특성을 나타낸 것이다.
도 13a는 수직 편파 안테나의 제1 도전 패턴의 너비가 수평 편파 안테나의 제1 서브 패턴과 제3 서브 패턴 간 간격보다 큰 경우 전류 분포도를 나타낸다.
도 13b는 수직 편파 안테나의 제1 도전 패턴의 너비 변화에 따른 임피던스 변화를 스미스 차트 상에 나타낸 것이다.
도 14는 안테나 모듈의 PCB의 상부 영역 또는 하부 영역에 수평 편파 안테나가 배치될 수 있는 구조를 나타낸다.
도 15a는 수평 편파 안테나가 배치된 구조에 따른 전류 분포도를 비교한 것이다.
도 15b는 수평 편파 안테나가 배치된 구조에 따른 반사 계수 특성을 나타낸 것이다.
도 16a는 실시 예에 따른 이중 편파 배열 안테나로 구현되는 안테나 모듈을 나타낸다.
도 16b는 도 16a의 안테나 모듈의 PCB의 상단에 쉴드 캔이 배치된 구조를 나타낸다.
도 17a는 도 16b의 쉴드 캔이 배치된 배열 안테나 모듈의 전면도를 나타낸다.
도 17b는 도 17a의 쉴드 캔이 배치된 배열 안테나 모듈의 측면도를 나타낸다.
도 18은 본 명세서에 따른 유전체 케이스의 내부에 배치되는 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기를 나타낸다.
도 19a는 복수의 배열 안테나들로 형성된 안테나 모듈이 전자 기기에 배치된 구조를 나타낸다.
도 19b는 도 19a의 복수의 배열 안테나 모듈을 확대한 도면이다.
도 20은 실시 예들에 따른 전자 기기의 특정 위치에서 서로 다른 결합 구조로 결합된 안테나 모듈을 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 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 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 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.
본 명세서에서 설명되는 전자 기기에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 PC(slate PC), 태블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultrabook), 웨어러블 디바이스(wearable device, 예를 들어, 워치형 단말기 (smartwatch), 글래스형 단말기 (smart glass), HMD(head mounted display)) 등이 포함될 수 있다.
그러나, 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 구성은 이동 단말기에만 적용 가능한 경우를 제외하면, 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터, 디지털 사이니지 등과 같은 고정 단말기에도 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 명세서의 일실시예에 따른 영상표시기기를 포함한 전체 무선 AV 시스템의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 영상표시기기(100)는 무선 AV 시스템 (또는 방송 네트워크) 및 인터넷 네트워크와 연결되어 있다. 상기 영상표시기기(100)는 예를 들어, 네트워크 TV, 스마트 TV, HBBTV 등이다.
한편, 영상표시기기(100)는 무선 인터페이스를 통해 무선 AV 시스템 (또는 방송 네트워크)와 무선으로 연결되거나 또는 인터넷 인터페이스를 통해 인터넷 네트워크와 무선 또는 유선으로 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 영상표시기기(100)는 무선 통신 시스템을 통해 서버 또는 다른 전자 기기와 연결되도록 구성될 수 있다. 일 예로, 영상표시기기(100)는 대용량 고속 데이터를 송신 또는 수신하기 위해 밀리미터파 (mmWave) 대역에서 동작하는 802.111 ay 통신 서비스를 제공할 필요가 있다.
mmWave 대역은 10GHz ~ 300GHz의 임의의 주파수 대역일 수 있다. 본원에서 mmWave 대역은 60GHz 대역의 802.11ay 대역을 포함할 수 있다. 또한, mmWave 대역은 28GHz 대역의 5G 주파수 대역 또는 60GHz 대역의 802.11ay 대역을 포함할 수 있다. 5G 주파수 대역은 약 24~43GHz 대역으로 설정되고, 802.11ay 대역은 57~70GHz 또는 57~63GHz 대역으로 설정될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 영상표시기기(100)는 무선 인터페이스를 통해 영상표시기기(100) 주변의 전자 기기, 예컨대 셋톱박스 또는 다른 전자 기기와 무선으로 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다. 일 예로, 영상표시기기(100)는 영상표시기기의 전면 또는 하부에 배치되는 셋톱 박스 또는 다른 전자 기기, 예컨대 이동 단말기와 무선 AV 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다.
영상표시기기(100)는 예를 들어, 무선 인터페이스(101b), 섹션 필터(102b), AIT 필터(103b), 어플리케이션 데이터 처리부(104b), 데이터 처리부(111b), 미디어 플레이어(106b), 인터넷 프로토콜 처리부(107b), 인터넷 인터페이스(108b), 그리고 런타임 모듈(109b)을 포함한다.
방송 인터페이스(101b)를 통해, AIT(Application Information Table) 데이터, 실시간 방송 컨텐트, 어플리케이션 데이터, 그리고 스트림 이벤트가 수신된다. 한편, 상기 실시간 방송 컨텐트는, 리니어 에이브이 컨텐트 (Linear A/V Content)로 명명할 수도 있다.
섹션 필터(102b)는, 무선 인터페이스(101b)를 통해 수신된 4가지 데이터에 대한 섹션 필터링을 수행하여 AIT 데이터는 AIT 필터(103b)로 전송하고, 리니어 에이브이 컨텐트는 데이터 처리부(111b)로 전송하고, 스트림 이벤트 및 어플리케이션 데이터는 어플리케이션 데이터 처리부(104b)로 전송한다.
한편, 인터넷 인터페이스(108b)을 통해, 논 리니어 에이브이 컨텐트(Non-Linear A/V Content) 및 어플리케이션 데이터가 수신된다. 논 리니어 에이브이 컨텐트는 예를 들어, COD(Content On Demand) 어플리케이션이 될 수도 있다. 논 리니어 에이브이 컨텐트는, 미디어 플레이어(106b)로 전송되며, 어플리케이션 데이터는 런타임 모듈(109b)로 전송된다.
나아가, 상기 런타임 모듈(109b)은 도 1에 도시된 바와 같이 예를 들어, 어플리케이션 매니저 및 브라우저를 포함한다. 상기 어플리케이션 매니저는, 예컨대 AIT 데이터를 이용하여 인터랙티브 어플리케이션에 대한 라이프 싸이클을 컨트롤 한다. 그리고, 브라우저는, 예컨대 인터랙티브 어플리케이션을 표시하고 처리하는 기능을 수행한다.
이하에서는 전술한 영상표시기기와 같은 전자 기기에서 무선 인터페이스를 제공하기 위한 안테나를 구비하는 통신 모듈에 대해 상세하게 설명한다. 이와 관련하여, 전자 기기 간에 통신을 위한 무선 인터페이스는 WiFi 무선 인터페이스일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 전자 기기 간에 고속 데이터 전송을 위해 802.11 ay 표준을 지원하는 무선 인터페이스가 제공될 수 있다.
802.11 ay 표준은 802.11ad 표준의 스루풋(throughput)을 20Gbps이상으로 올리기 위한 후속 표준이다. 802.11ay 무선 인터페이스를 지원하는 전자 기기는 약 57 내지 64GHz의 주파수 대역을 사용하도록 구성될 수 있다. 802.11 ay 무선 인터페이스는 802.11ad 무선 인터페이스에 대한 backward compatibility를 제공하도록 구성될 수 있다 한편, 802.11 ay 무선 인터페이스를 제공하는 전자 기기는 동일 대역을 사용하는 레거시 기기(legacy device)에 대한 공존성(coexistence)를 제공하도록 구성될 수 있다.
802.11ay 표준의 무선 환경과 관련하여, indoor 환경에서는 10미터 이상의 커버리지를 제공하고, LOS(Line of Sight) 채널 조건의 실외(outdoor) 환경에서 100미터 이상의 커버리지를 제공하도록 구성될 수 있다.
802.11ay 무선 인터페이스를 지원하는 전자 기기는 VR 헤드셋 연결성 제공, 서버 백업 지원, 낮은 지연 속도가 필요한 클라우드 어플리케이션을 지원하도록 구성될 수 있다.
802.11ay의 유스 케이스(use case)인 근접 통신 시나리오인 Ultra Short Range(USR) 통신 시나리오는 두 단말 간의 빠른 대용량 데이터 교환을 위한 모델이다. USR 통신 시나리오는 100msec 이내의 빠른 링크 설정(link setup), 1초 이내의 transaction time, 10cm 미만의 초 근접 거리에서 10 Gbps data rate을 제공하면서, 400mW 미만의 낮은 전력 소모를 요구하도록 구성될 수 있다.
802.11ay의 유스 케이스로, 8K UHD Wireless Transfer at Smart Home Usage Model을 고려할 수 있다. 스마트 홈 사용 모델은 가정에서 8K UHD 콘텐츠를 스트리밍하기 위해 소스 장치와 싱크 장치 간 무선 인터페이스를 고려할 수 있다. 이와 관련하여, 소스 장치는 셋톱 박스, 블루 레이 플레이어, 태블릿, 스마트 폰 중 어느 하나이고, 싱크 장치는 스마트 TV, 디스플레이 장치 중 어느 하나일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 관련하여, 소승 장치 및 싱크 장치 간 거리는 5m 미만의 커버리지에서 비 압축 8K UHD 스트리밍(60fps, 픽셀 당 24 비트, 최소 4:2:2)을 전송하도록 무선 인터페이스가 구성될 수 있다. 이를 위해, 최소 28Gbps의 속도로 데이터가 전자 장치 간에 전달되도록 무선 인터페이스가 구성될 수 있다.
이러한 무선 인터페이스를 제공하기 위해, mmWave 대역에서 동작하는 배열 안테나 및 이를 구비하는 전자 기기와 관련된 실시 예들에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 본 명세서는 본 명세서의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
도 2는 본 명세서에 따른 무선 인터페이스를 지원하는 전자 기기들의 상세 구성을 나타낸다. 도 2는 무선 통신 시스템에서 액세스 포인트(110)(일반적으로, 제1 무선 노드) 및 액세스 단말(120)(일반적으로, 제2 무선 노드)의 블록도를 예시한다. 액세스 포인트(110)는 하향링크에 대해 송신 엔티티 및 업링크에 대해 수신 엔티티이다. 액세스 단말(120)은 상향링크에 대해 송신 엔티티 및 다운링크에 대해 수신 엔티티이다. 본원에 사용된 바와 같이, "송신 엔티티"는 무선 채널을 통해 데이터를 송신할 수 있는 독립적으로 동작되는 장치 또는 디바이스이고, "수신 엔티티"는 무선 채널을 통해 데이터를 수신할 수 있는 독립적으로 동작되는 장치 또는 디바이스이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 도 1의 셋톱박스(STB)가 액세스 포인트(110)이고, 도 1의 전자 기기(100)는 액세스 단말(120)일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 액세스 포인트(110)는 대안적으로, 액세스 단말일 수 있고, 액세스 단말(120)은 대안적으로 액세스 포인트일 수 있음을 이해해야 한다.
데이터를 송신하기 위해, 액세스 포인트(110)는 송신 데이터 프로세서(220), 프레임 구축기(222), 송신 프로세서(224), 복수의 트랜시버들(226-1 내지 226-N) 및 복수의 안테나들(230-1 내지 230-N)을 포함한다. 액세스 포인트(110)는 또한 액세스 포인트(110)의 동작들을 제어하기 위한 제어기(234)를 포함한다.
데이터를 송신하기 위해, 액세스 포인트(110)는 송신 데이터 프로세서(220), 프레임 구축기(222), 송신 프로세서(224), 복수의 트랜시버들(226-1 내지 226-N) 및 복수의 안테나들(230-1 내지 230-N)을 포함한다. 액세스 포인트(110)는 또한 액세스 포인트(110)의 동작들을 제어하기 위한 제어기(234)를 포함한다.
동작시에, 송신 데이터 프로세서(220)는 데이터 소스(215)로부터 데이터(예를 들어, 데이터 비트들)를 수신하고, 송신을 위해 데이터를 프로세싱한다. 예를 들어, 송신 데이터 프로세서(220)는 데이터(예를 들어, 데이터 비트들)를 인코딩된 데이터로 인코딩할 수 있고, 인코딩된 데이터를 데이터 심볼들로 변조할 수 있다. 송신 데이터 프로세서(220)는 상이한 MCS들(modulation and coding schemes)을 지원할 수 있다. 예를 들어, 송신 데이터 프로세서(220)는 복수의 상이한 코딩 레이트들 중 임의의 하나에서 (예를 들어, LDPC(low-density parity check) 인코딩을 사용하여) 데이터를 인코딩할 수 있다. 또한, 송신 데이터 프로세서(220)는, BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM, 64APSK, 128APSK, 256QAM 및 256APSK를 포함하지만 이에 제한되는 것은 아닌 복수의 상이한 변조 방식들 중 임의의 하나를 사용하여 인코딩된 데이터를 변조할 수 있다.
제어기(234)는, (예를 들어, 다운링크의 채널 조건들에 기초하여) 어느 MCS(modulation and coding scheme)를 사용할지를 특정하는 커맨드를 송신 데이터 프로세서(220)에 전송할 수 있다. 송신 데이터 프로세서(220)는 데이터 소스(215)로부터의 데이터를 특정된 MCS에 따라 인코딩 및 변조할 수 있다. 송신 데이터 프로세서(220)가, 데이터 스크램블링 및/또는 다른 프로세싱과 같이, 데이터에 대한 추가적인 프로세싱을 수행할 수 있음을 인식해야 한다. 송신 데이터 프로세서(220)는 프레임 구축기(222)에 데이터 심볼들을 출력한다.
프레임 구축기(222)는 프레임(또한 패킷으로 지칭됨)을 구성하고, 그 프레임의 데이터 페이로드에 데이터 심볼들을 삽입한다. 프레임은 프리앰블, 헤더 및 데이터 페이로드를 포함할 수 있다. 프리앰블은 액세스 단말(120)이 프레임을 수신하는 것을 보조하기 위해, STF(short training field) 시퀀스 및 CE(channel estimation) 시퀀스를 포함할 수 있다. 헤더는 데이터의 길이 및 데이터를 인코딩 및 변조하기 위해 사용되는 MCS와 같은 페이로드 내의 데이터와 관련된 정보를 포함할 수 있다. 이러한 정보는 액세스 단말(120)이 데이터를 복조 및 디코딩하도록 허용한다. 페이로드 내의 데이터는 복수의 블록들 사이에서 분할될 수 있고, 각각의 블록은 데이터의 일부 및 GI(guard interval)를 포함하여 수신기가 위상 추적하는 것을 보조할 수 있다. 프레임 구축기(222)는 프레임을 송신 프로세서(224)에 출력한다.
송신 프로세서(224)는 하향링크 상에서의 송신을 위해 프레임을 프로세싱한다. 예를 들어, 송신 프로세서(224)는 상이한 송신 모드들, 예를 들어, OFDM(orthogonal frequency-division multiplexing) 송신 모드 및 SC(single-carrier) 송신 모드를 지원할 수 있다. 이러한 예에서, 제어기(234)는 어느 송신 모드를 사용할 지를 특정하는 커맨드를 송신 프로세서(224)에 전송할 수 있고, 송신 프로세서(224)는 특정된 송신 모드에 따른 송신을 위해 프레임을 프로세싱할 수 있다. 송신 프로세서(224)는, 다운링크 신호의 주파수 구성이 특정 스펙트럼 요건들을 충족하도록 프레임에 스펙트럼 마스크를 적용할 수 있다.
송신 프로세서(224)는 MIMO(multiple-input-multiple-output) 송신을 지원할 수 있다. 이러한 양상들에서, 액세스 포인트(110)는 다수의 안테나들(230-1 내지 230-N) 및 다수의 트랜시버들(226-1 내지 226-N)(예를 들어, 각각의 안테나에 대해 하나)을 포함할 수 있다. 송신 프로세서(224)는 착신 프레임들에 대해 공간 프로세싱을 수행할 수 있고, 복수의 송신 프레임 스트림들을 복수의 안테나들에 제공할 수 있다. 트랜시버들(226-1 내지 226-N)은 각각의 송신 프레임 스트림들을 수신 및 프로세싱(예를 들어, 아날로그로 변환, 증폭, 필터링 및 주파수 상향변환)하여, 안테나들(230-1 내지 230-N)을 통한 송신을 위한 송신 신호들을 각각 생성한다.
데이터를 송신하기 위해, 액세스 단말(120)은 송신 데이터 프로세서(260), 프레임 구축기(262), 송신 프로세서(264), 복수의 트랜시버들(266-1 내지 266-M) 및 복수의 안테나들(270-1 내지 270-M)(예를 들어, 트랜시버 당 하나의 안테나)을 포함한다. 액세스 단말(120)은 업링크 상에서 데이터를 액세스 포인트(110)에 송신할 수 있고 그리고/또는 데이터를 다른 액세스 단말에 (예를 들어, 피어-투-피어 통신을 위해) 송신할 수 있다. 액세스 단말(120)은 또한 액세스 단말(120)의 동작들을 제어하기 위한 제어기(274)를 포함한다.
트랜시버들(266-1 내지 266-M)은 하나 이상의 안테나들(270-1 내지 270-M)을 통한 송신을 위해 송신 프로세서(264)의 출력을 수신 및 프로세싱(예를 들어, 아날로그로 변환, 증폭, 필터링 및 주파수 상향변환)한다. 예를 들어, 트랜시버(266)는 송신 프로세서(264)의 출력을 60 GHz 대역의 주파수를 갖는 송신 신호로 상향 변환할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 따른 안테나 모듈은 60 GHz 대역, 일 예로 약 57 내지 63GHz 대역에서 빔포밍 동작하도록 구성될 수 있다. 또한, 안테나 모듈은 60 GHz 대역에서 빔포밍 동작하면서 MIMO 송신을 지원하도록 구성될 수 있다.
이와 관련하여, 안테나들(270-1 내지 270-M)과 트랜시버들(266-1 내지 266-M)은 다층 회로 기판에 통합된 형태로 구현될 수 있다. 이를 위해, 안테나들(270-1 내지 270-M) 중 수직 편파로 동작하는 안테나는 다층 회로 기판 내부에 수직하게 배치될 수 있다.
데이터를 수신하기 위해, 액세스 포인트(110)는 수신 프로세서(242) 및 수신 데이터 프로세서(244)를 포함한다. 동작시에, 트랜시버들(226-1 내지 226-N)은 신호를 (예를 들어, 액세스 단말(120)로부터) 수신하고, 수신된 신호를 공간 프로세싱(예를 들어, 주파수 하향변환, 증폭, 필터링 및 디지털로 변환)한다.
수신 프로세서(242)는 트랜시버들(226-1 내지 226-N)의 출력들을 수신하고, 출력들을 프로세싱하여 데이터 심볼들을 복원한다. 예를 들어, 액세스 포인트(110)는 프레임에서 (예를 들어, 액세스 단말(120)로부터의) 데이터를 수신할 수 있다. 이러한 예에서, 수신 프로세서(242)는 프레임의 프리앰블 내의 STF 시퀀스를 사용하여 프레임의 시작을 검출할 수 있다. 수신기 프로세서(242)는 또한 AGC(automatic gain control) 조절을 위해 STF를 사용할 수 있다. 수신 프로세서(242)는 또한 (예를 들어, 프레임의 프리앰블 내의 CE 시퀀스를 사용하여) 채널 추정을 수행할 수 있고, 채널 추정에 기초하여 수신된 신호에 대해 채널 등화를 수행할 수 있다.
수신 데이터 프로세서(244)는 수신 프로세서(242)로부터의 데이터 심볼들 및 제어기(234)로부터의 대응하는 MSC 방식의 표시를 수신한다. 수신 데이터 프로세서(244)는 데이터 심볼들을 복조 및 디코딩하여, 표시된 MSC 방식에 따라 데이터를 복원하고, 복원된 데이터(예를 들어, 데이터 비트들)를 저장 및/또는 추가적인 프로세싱을 위해 데이터 싱크(246)에 출력한다.
액세스 단말(120)은 OFDM 송신 모드 또는 SC 송신 모드를 사용하여 데이터를 송신할 수 있다. 이러한 경우에, 수신 프로세서(242)는 선택된 송신 모드에 따라 수신 신호를 프로세싱할 수 있다. 또한 앞서 논의된 바와 같이, 송신 프로세서(264)는 MIMO(multiple-input-multiple-output) 송신을 지원할 수 있다. 이러한 경우에, 액세스 포인트(110)는 다수의 안테나들(230-1 내지 230-N) 및 다수의 트랜시버들(226-1 내지 226-N)(예를 들어, 각각의 안테나에 대해 하나)을 포함한다. 따라서, 본 명세서에 따른 안테나 모듈은 60 GHz 대역, 일 예로 약 57 내지 63GHz 대역에서 빔포밍 동작하도록 구성될 수 있다. 또한, 안테나 모듈은 60 GHz 대역에서 빔포밍 동작하면서 MIMO 송신을 지원하도록 구성될 수 있다.
이와 관련하여, 안테나들(230-1 내지 230-M)과 트랜시버들(226-1 내지 226-M)은 다층 회로 기판에 통합된 형태로 구현될 수 있다. 이를 위해, 안테나들(230-1 내지 230-M) 중 수직 편파로 동작하는 안테나는 다층 회로 기판 내부에 수직하게 배치될 수 있다.
한편, 각각의 트랜시버는 각각의 안테나로부터 신호를 수신 및 프로세싱(예를 들어, 주파수 하향변환, 증폭, 필터링, 및 디지털로 변환)한다. 수신 프로세서(242)는 트랜시버들(226-1 내지 226-N)의 출력들에 대해 공간 프로세싱을 수행하여 데이터 심볼들을 복원할 수 있다.
액세스 포인트(110)는 또한 제어기(234)에 커플링되는 메모리(236)를 포함한다. 메모리(236)는, 제어기(234)에 의해 실행되는 경우, 제어기(234)로 하여금 본원에 설명된 동작들 중 하나 이상을 수행하게 하는 명령들을 저장할 수 있다. 유사하게, 액세스 단말(120)은 또한 제어기(274)에 커플링되는 메모리(276)를 포함한다. 메모리(276)는, 제어기(274)에 의해 실행되는 경우, 제어기(274)로 하여금 본원에 설명된 동작들 중 하나 이상을 수행하게 하는 명령들을 저장할 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 802.11 ay 무선 인터페이스를 지원하는 전자 기기는 다른 전자 기기와 통신하기 위해 통신 매체가 이용가능한지 여부를 결정한다. 이를 위해, 전자 기기는 RTS (Request to Send) 부분 및 제1 빔 트레이닝 시퀀스를 포함하는 RTS-TRN 프레임을 송신한다. 이와 관련하여, 도 3a는 본 명세서에 따른 RTS (Request to Send) 프레임 및 CTS(Clear to Send) 프레임을 나타낸다. 이와 관련하여, 발신 디바이스는, 하나 이상의 데이터 프레임들을 목적지 디바이스로 전송하기 위해 통신 매체가 이용가능한지 여부를 결정하기 위해 RTA 프레임을 사용할 수 있다. RTS 프레임을 수신하는 것에 대한 응답으로, 목적지 디바이스는, 통신 매체가 이용 가능하면 발신 디바이스에 CTS(Clear to Send) 프레임을 다시 전송한다. CTS 프레임을 수신하는 것에 대한 응답으로, 발신 디바이스는 목적지 디바이스에 하나 이상의 데이터 프레임들을 전송한다. 하나 이상의 데이터 프레임들을 성공적으로 수신하는 것에 대한 응답으로, 목적지 디바이스는 발신 디바이스에 하나 이상의 확인응답("ACK") 프레임들을 전송한다.
도 3a (a)를 참조하면, 프레임(300)은 프레임 제어 필드(310), 지속기간 필드(312), 수신기 어드레스 필드(314), 송신기 어드레스 필드(316) 및 프레임 체크 시퀀스 필드(318)를 포함하는 RTS 부분을 포함한다. 개선된 통신 및 간섭 감소 목적을 위해 프레임(300)은 목적지 디바이스 및 하나 이상의 이웃 디바이스들의 각각의 안테나들을 구성하기 위한 빔 트레이닝 시퀀스 필드(320)를 더 포함한다.
도 3a (b)를 참조하면, CTS 프레임(350)은 프레임 제어 필드(360), 지속기간 필드(362), 수신기 어드레스 필드(364) 및 프레임 체크 시퀀스 필드(366)를 포함하는 CTS 부분을 포함한다. 개선된 통신 및 간섭 감소 목적을 위해, 프레임(350)은 발신 디바이스 및 하나 이상의 이웃 디바이스들의 각각의 안테나들을 구성하기 위한 빔 트레이닝 시퀀스 필드(368)를 더 포함한다.
빔 트레이닝 시퀀스 필드(320, 368)는 IEEE 802.11ad 또는 802.11ay에 따른 트레이닝(TRN) 시퀀스를 준수할 수 있다. 발신 디바이스는 목적지 디바이스에 지향적으로 송신하도록 자신의 안테나를 구성하기 위해 빔 트레이닝 시퀀스 필드(368)를 사용할 수 있다. 한편, 발신 디바이스는 목적지 디바이스에서의 송신 간섭을 감소시키기 위해, 자신들 각각의 안테나들을 구성하기 위해 빔 트레이닝 시퀀스 필드를 사용할 수 있다. 이 경우, 목적지 디바이스를 목적으로 하는 널들을 갖는 안테나 방사 패턴을 생성하도록 자신들 각각의 안테나들을 구성하기 위해 빔 트레이닝 시퀀스 필드를 사용할 수 있다.
따라서, 802.11 ay 무선 인터페이스를 지원하는 전자 기기들은 빔 트레이닝 시퀀스에 따라 결정된 빔포밍 패턴으로 상호 간에 낮은 간섭 수준을 갖도록 초기 빔을 형성할 수 있다. 이와 관련하여, 도 3b는 본 명세서의 일 예시에 따른 통신 시스템(400)의 블록도를 예시한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 디바이스(410, 420)는 메인 빔이 방향이 일치되도록 하여 통신 성능을 향상시킬 수 있다. 한편, 제1 및 제2 디바이스(410, 420)는 제3 디바이스(430)와의 간섭을 저감하기 위해, 신호 강도가 약한 신호-널을 특정 방향으로 형성할 수 있다.
이러한 메인 빔 및 신호 널 형성과 관련하여, 본 명세서에 따른 복수의 전자 기기들은 배열 안테나를 통해 빔포밍을 수행하도록 구성될 수 있다. 도 3b를 참조하면, 복수의 전자 기기들 중 일부는 단일 안테나를 통해 다른 전자 기기의 배열 안테나와 통신하도록 구성될 수도 있다. 이와 관련하여, 단일 안테나를 통해 통신하는 경우 빔 패턴은 무지향성 패턴(omnidirectional pattern)으로 형성된다.
도 3b를 참조하면, 제1 내지 제3 디바이스(410 내지 430)이 빔포밍을 수행하고, 제4 디바이스(440)가 빔포밍을 수행하지 않는 것으로 도시되었지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제1 내지 제4 디바이스(410) 중 3개는 빔포밍을 수행하고, 다른 하나는 빔포밍을 수행하지 않도록 구성될 수 있다.
다른 예로 제1 내지 제4 디바이스(410) 중 어느 하나만 빔포밍을 수행하고, 나머지 3개의 디바이스들은 빔포밍을 수행하지 않도록 구성될 수 있다. 또 다른 예로, 제1 내지 제4 디바이스(410) 중 2개는 빔포밍을 수행하도 다른 2개는 빔포밍을 수행하지 않도록 구성될 수 있다. 또 다른 예로, 제1 내지 제4 디바이스(410) 전부가 빔포밍을 수행하도록 구성될 수 있다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 제1 디바이스(410)는, CTS-TRN 프레임(350)의 수신기 어드레스 필드(364)에 표시된 어드레스에 기초하여 자신이 CTS-TRN 프레임(350)의 의도된 수신 디바이스라고 결정한다. 자신이 CTS-TRN 프레임(350)의 의도된 수신 디바이스라고 결정하는 것에 대한 응답으로, 제1 디바이스(410)는 선택적으로, 실질적으로 제2 디바이스(420)를 목적으로 하는 지향성 송신을 위해 자신의 안테나를 구성하도록 수신된 CTS-TRN(350)의 빔 트레이닝 시퀀스 필드(368)의 빔 트레이닝 시퀀스를 사용할 수 있다. 즉, 제1 디바이스(410)의 안테나는 실질적으로 제2 디바이스(420)를 목적으로 하는 1차 로브(예를 들어, 가장 높은 이득 로브) 및 다른 방향들을 목적으로 하는 비-1차 로브들을 갖는 안테나 방사 패턴을 생성하도록 구성된다.
제2 디바이스(420)는 자신이 이전에 수신한 RTS-TRN 프레임(300)의 빔 트레이닝 시퀀스 필드(320)의 빔 트레이닝 시퀀스에 기초하여 제1 디바이스(410)에 대한 방향을 이미 알기 때문에, 제2 디바이스(420)는 선택적으로 제1 디바이스(410)를 목적으로 하는 지향성 수신(예를 들어, 1차 안테나 방사 로브)을 위해 자신의 안테나를 구성할 수 있다. 따라서, 제1 디바이스(410)의 안테나는 제2 디바이스(420)에 대한 지향성 송신을 위해 구성되고, 제2 디바이스(420)의 안테나는 제1 디바이스(410)로부터의 지향성 수신을 위해 구성되는 동안, 제1 디바이스(410)는 하나 이상의 데이터 프레임들을 제2 디바이스(420)에 송신한다. 이에 따라, 제1 및 제2 디바이스(410, 420)는 1차 로브 (메인 빔)을 통해 하나 이상의 데이터 프레임들의 지향성 송신/수신(DIR-TX/RX)을 수행한다.
한편, 제1 및 제2 디바이스(410, 420)는 비-1차 로브들을 갖는 안테나 방사 패턴에 의한 제3 디바이스(430)와 간섭을 저감하기 위해 제3 디바이스(430)의 빔 패턴을 일부 수정하도록 할 수 있다.
이와 관련하여, 제3 디바이스(430)는, CTS-TRN 프레임(350)의 수신기 어드레스 필드(364)에 표시된 어드레스에 기초하여 자신이 CTS-TRN 프레임(350)의 의도된 수신 디바이스가 아니라고 결정한다. 자신이 CTS-TRN 프레임(350)의 의도된 수신 디바이스가 아니라고 결정하는 것에 대한 응답으로, 제3 디바이스(430)는 실질적으로 제2 디바이스(420) 및 제1 디바이스(410)를 목적으로 하는 널들을 각각 갖는 안테나 방사패턴을 생성하도록 자신의 안테나를 구성하기 위해, 수신된 CTS-TRN(350)의 빔 트레이닝 시퀀스 필드(368)의 빔 트레이닝 시퀀스 및 이전에 수신된 RTS-TRN 프레임(300)의 빔 트레이닝 시퀀스 필드(320)의 시퀀스를 사용한다. 널들(nulls)은 이전에 수신된 RTS-TRN 프레임(300) 및 CTS-TRN 프레임(350)의 추정된 도달 각도에 기초할 수 있다. 일반적으로, 제3 디바이스(430)는 제1 디바이스(410) 및 제2 디바이스(420)를 목적으로 하는 (예를 들어, (예를 들어, 원하는 BER, SNR, SINR 및/또는 다른 하나 이상의 통신 속성들을 달성하기 위해) 이러한 디바이스들(410및 420)에서의 추정된 간섭을 정의된 임계치 이하로 달성하기 위해) 원하는 신호 전력들, 거부들 또는 이득들을 각각 갖는 안테나 방사 패턴을 생성한다.
제3 디바이스(430)는, 제1 및 제2 디바이스들(410 및 420)을 향하는 방향들에서 안테나 이득들을 추정하고, 제3 디바이스(430)와 제1 및 제2 디바이스들(410 및 420) 사이의 안테나 상호성 차이들(예를 들어, 송신 안테나 이득 - 수신 안테나 이득)을 추정하고, 제1 및 제2 디바이스들(410 및 420)에서 대응하는 추정된 간섭을 결정하기 위해 하나 이상의 섹터들에 걸쳐 상기의 것들을 각각 계산함으로써, 자신의 안테나 송신 방사 패턴을 구성할 수 있다.
제3 디바이스(430)는, 제4 디바이스(440)가 수신하는, 제4 디바이스(440)에 대해 의도된 RTS-TRN 프레임(300)을 송신한다. 제3 디바이스(430)는, 제1 디바이스(410) 및 제2 디바이스(420)가 RTS-TRN 프레임(300) 및 CTS-TRN 프레임(350)의 지속기간 필드들(312 및 362)의 지속기간 필드들에 각각 표시된 지속기간에 기초하여 통신하고 있는 한 이러한 디바이스들을 목적으로 하는 널들을 갖는 안테나 구성을 유지한다. 제3 디바이스(430)의 안테나는 제1 디바이스(410) 및 제2 디바이스(420)를 목적으로 하는 널들을 생성하도록 구성되기 때문에, 제3 디바이스(430)에 의한 RTS-TRN 프레임(300)의 송신은 제1 디바이스(410) 및 제2 디바이스(420)에서 감소된 간섭을 각각 생성할 수 있다.
따라서, 본 명세서에서 개시되는 802.11 ay 무선 인터페이스를 지원하는 전자 기기들은 배열 안테나를 이용하여 상호 간에 메인 빔 방향을 일치시키면서 간섭 저감을 위해 신호 널 방향을 특정 방향으로 형성할 수 있다. 이를 위해, 복수의 전자 기기들은 빔 트레이닝 시퀀스를 통해 초기 빔 방향을 형성하고, 주기적으로 업데이트되는 빔 트레이닝 시퀀스를 통해 빔 방향을 변경할 수 있다.
전술한 바와 같이, 전자 기기 간에 고속 데이터 통신을 위해 빔 방향을 상호 간에 일치시켜야 한다. 또한, 고속 데이터 통신을 위해 안테나 소자로 전달되는 무선 신호의 손실을 최소화해야 한다. 이를 위해, 배열 안테나는 RFIC가 배치된 다층 기판 내부에 배치될 필요가 있다. 또한, 방사 효율을 위해 배열 안테나는 다층 기판 내부에서 측면 영역에 인접하게 배치될 필요가 있다.
또한, 무선 환경 변화에 적응하기 위해 전자 기기들 간에 빔 트레이닝 시퀀스 업데이트가 필요하다. 빔 트레이닝 시퀀스 업데이트를 위해, RFIC는 모뎀과 같은 프로세서와 주기적으로 신호를 송수신해야 한다. 따라서, 업데이트 지연 시간을 최소화하기 위해 RFIC와 모뎀 간에 제어 신호 송수신도 빠른 시간 내에 이루어져야 한다. 이를 위해, RFIC와 모뎀 간의 연결 경로의 물리적 길이를 감소시킬 필요가 있다. 이를 위해, 배열 안테나와 RFIC가 배치된 다층 기판에 모뎀이 배치될 수 있다. 또는, 다층 기판에 배열 안테나와 RFIC가 배치되고 메인 기판에 모뎀이 배치되는 구조에서 RFIC와 모뎀 간 연결 길이를 최소화하도록 구성할 수 있다. 이와 관련하여, 상세한 구조는 도 5c에서 설명한다.
이하에서는, 본 명세서에 따른 밀리미터파 대역에서 동작 가능한 배열 안테나를 구비하는 전자 기기에 대해 설명하기로 한다. 이와 관련하여, 도 4는 일 실시 예에 따른 복수의 안테나 모듈과 복수의 송수신부 회로 모듈이 배치되는 전자 기기를 나타낸다. 도 4를 참조하면, 복수의 안테나 모듈과 다수의 송수신부 회로 모듈이 배치되는 가전 기기는 텔레비전(television)일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 명세서에서 다수의 안테나 모듈과 다수의 송수신부 회로 모듈이 배치되는 가전 기기는 밀리미터파 대역에서 통신 서비스를 지원하는 임의의 가전기기 또는 디스플레이 장치를 포함할 수 있다.
도 4를 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, 및 64GHz 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 802.11 ay 무선 인터페이스를 통해 60GHz 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, 및 64GHz 대역과 같은 밀리미터 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.
또한, RF SUB-MODULE들(1210a 내지 1210d)은 RF 주파수 대역의 신호를 IF 주파수 대역의 신호로 변환하거나 또는 IF 주파수 대역의 신호를 RF 주파수 대역의 신호로 변환하는 상향변환 모듈 및 하향변환 모듈을 구비할 수 있다. 이를 위해, 상향변환 모듈 및 하향변환 모듈은 상향 주파수 변환 및 하향 주파수 변환을 수행할 수 있는 로컬 오실레이터(LO: Local Oscillator)를 구비할 수 있다.
한편, 복수의 RF SUB-MODULE들(1210a 내지 1210d)은 복수의 송수신부 회로 모듈들 중 어느 하나의 모듈에서 인접한 송수신부 회로 모듈로 신호가 전달될 수 있다. 이에 따라, 전달되는 신호가 복수의 송수신부 회로 모듈들(1210a 내지 1210d) 전부에 적어도 한 번 전달되도록 구성될 수 있다.
이를 위해, 루프 구조의 데이터 전달 경로(data transfer path)가 추가될 수 있다. 이와 관련하여, 루프 구조의 전송 경로(P2)를 통해, 인접한 RF SUB-MODULE (1210b, 1210c)은 양방향(bi-direction)으로 신호 전달이 가능하다.
또는, 피드백 구조의 데이터 전달 경로가 추가될 수 있다. 이와 관련하여, 피드백 구조의 데이터 전달 경로를 통해, 적어도 하나의 SUB-MODULE(1210c)은 나머지 SUB-MODULE(1210a, 1210b, 1210c)로 일방향(uni-direction)으로 신호 전달이 가능하다.
복수의 RF SUB-MODULE들은 제1 RF SUB-MODULE 내지 제4 RF SUB-MODULE(1210a 내지 1210d)을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 RF SUB-MODULE(1210a)로부터의 신호는 인접한 RF SUB-MODULE (1210b) 및 제4 RF SUB-MODULE(1210d)로 전달될 수 있다. 또한, 제2 RF SUB-MODULE(1210b) 및 제4 RF SUB-MODULE(1210d)은 상기 신호를 인접한 제3 RF SUB-MODULE(1210c)로 전달될 수 있다. 이때, 제2 RF SUB-MODULE(1210b)과 제3 RF SUB-MODULE(1210c) 간에 도 4와 같이 양방향 전송이 가능하면, 이를 루프 구조로 지칭할 수 있다. 반면에, 제2 RF SUB-MODULE(1210b)과 제3 RF SUB-MODULE(1210c) 간에 일방향 전송만 가능하면, 이를 피드백 구조로 지칭할 수 있다. 한편, 피드백 구조에서는 제3 RF SUB-MODULE(1210c)로 전달되는 신호가 적어도 둘 이상일 수 있다.
하지만, 이러한 구조에 제한되는 것은 아니라, 응용에 따라 기저대역 모듈은 제1 내지 제4 RF sub-module(1210a 내지 1210d) 중 특정 모듈에만 구비될 수 있다. 또는, 응용에 따라 기저대역 모듈은 제1 내지 제4 RF sub-module(1210a 내지 1210d)에 구비되지 않고, 별도의 제어부, 즉 기저대역 프로세서(1400)로 구성될 수 있다. 일 예로, 별도의 제어부, 즉 기저대역 프로세서(1400)에 의해서만 제어 신호 전달이 이루어질 수도 있다.
한편, 도 1과 같은 전자 기기에서, 도 2와 같은 무선 인터페이스를 구비하는 전자기기의 구체적인 구성 및 기능에 대해서 이하에서 설명하기로 한다. 전자 기기 간에 밀리미터파(mmWave) 대역의 통신 서비스를 이용하여 전자 기기 간에 데이터를 송신 또는 수신할 필요가 있다. 이와 관련하여, mmWave 무선 인터페이스로 802.11ay 무선 인터페이스를 이용하여 무선 AV(audio-video) 서비스 및/또는 고속 데이터 전송을 제공할 수 있다. 이 경우, 802.11ay 무선 인터페이스에 한정되는 것은 아니고, 60GHz 대역의 임의의 무선 인터페이스가 적용될 수 있다. 이와 관련하여, 전자 기기 간에 고속 데이터 전송을 위해 28GHz 대역 또는 60GHz 대역을 사용하는 5G 또는 6G 무선 인터페이스가 사용될 수도 있다.
4K 이상의 해상도로 영상을 전달하기 위하여 영상표시기기와 같은 전자 기기에서 무선 인터페이스를 제공하는 안테나 및 RFIC (radio frequency integrated chip)에 대한 구체적인 솔루션이 없다는 문제점이 있다. 특히, 영상표시기기와 같은 전자 기기가 건물의 벽에 배치되거나 테이블 위에 배치된 상황을 고려하여, 다른 전자 기기와 무선 AV 데이터를 송신 또는 수신할 필요가 있다. 이를 위해, 안테나 및 RFIC를 영상표시기기의 어느 영역에 배치할지에 대한 구체적인 구성과 안테나 구조가 제시될 필요가 있다.
이와 관련하여, 도 5a는 본 명세서와 관련하여 배열 안테나 모듈이 배치되는 다층 회로 기판과 RFIC가 연결된 구성을 나타낸다. 구체적으로, 본 명세서와 관련하여 AIP (Antenna In Package) 모듈 구조와 가요성 기판에 구현된 안테나 모듈 구조를 나타낸 것이다.
도 5a(a)를 참조하면, AIP (Antenna In Package) 모듈은 mmWave 대역 통신을 위하며, RFIC - PCB - 안테나 통합형으로 구성된다. 이와 관련하여, 배열 안테나 모듈(1100-1)은 도 5(a)와 도시된 바와 같이, 다층 기판(multi-layer PCB)과 일체로 구성될 수 있다. 따라서, 다층 기판과 일체로 구성되는 배열 안테나 모듈(1100-1)을 AIP 모듈로 지칭할 수 있다. 구체적으로, 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.
반면에, 도 5a(b)를 참조하면, 배열 안테나 모듈(1100-2)은 다층 기판 상에 배치될 수 있다. 배열 안테나 모듈(1100-2)의 배치는 도 5a(b)의 구조에 한정되는 것이 이나라, 다층 기판 내부의 임의의 레이어 상에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 다층 기판의 임의의 레이서 상에 배치되는 배열 안테나 모듈(1100-2)을 이용하여 다층 기판의 전면 영역으로 제2 빔(B2)을 형성할 수 있다. 이와 관련하여, 배열 안테나 모듈이 일체로 형성되는 AIP 모듈은 RFIC와 안테나 간의 거리를 최소화하기 위해, 동일 PCB에 배열 안테나(array antenna)가 배치될 수 있다.
한편, AIP 모듈의 안테나는 다층(multi-layer) PCB 제조 공정으로 구현될 수 있고, PCB의 수직/측면 방향으로 신호를 방사할 수 있다. 이와 관련하여, 패치 안테나, 다이폴/모노폴 안테나를 이용하여 이중 편파를 구현할 수 있다. 따라서, 도 5a(a)의 제1 배열 안테나(1100-1)를 다층 기판의 측면 영역에 배치하고, 도 5a(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. 일 예로, 제1 배열 안테나(1100-1)는 수직 편파를 갖는 모노폴 안테나이고, 제2 배열 안테나는 수평 편파를 갖는 패치 안테나일 수 있다.
한편, 도 5b는 서로 다른 방사 방향을 갖는 안테나 구조를 나타낸 개념도이다.
도 5a(a) 및 도 5b(a)를 참조하면, 다층 기판의 측면 영역에 배치된 안테나 모듈의 방사 방향은 측면 방향에 해당한다. 이와 관련하여, 가요성 기판에 구현된 안테나는 다이폴/모노폴 안테나와 같은 방사 소자로 구성될 수 있다. 즉, 가요성 기판에 구현된 안테나는 end-fire antenna elements일 수 있다.
이와 관련하여, end-fire radiation은 기판과 수평 방향으로 방사하는 안테나에 의해 구현될 수 있다. 이러한 end-fire antenna는 다이폴/모노폴 안테나, 야기-다이폴 안테나, 비발디 안테나, SIW horn 안테나 등으로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 야기-다이폴 안테나와 비발디 안테나는 수평 편파 특성을 갖는다. 한편, 본 명세서에서 제시되는 영상표시기기에 배치되는 안테나 모듈 중 하나는 수직 편파 안테나가 필요하다. 따라서, 수직 편파 안테나로 동작하면서 안테나 노출 부위를 최소화할 수 있는 안테나 구조가 제시될 필요가 있다.
도 5a(b) 및 도 5b(a)를 참조하면, 다층 기판의 전면 영역에 배치된 안테나 모듈의 방사 방향은 전면 방향에 해당한다. 이와 관련하여, AIP 모듈에 배치된 안테나는 패치 안테나와 같은 방사 소자로 구성될 수 있다. 즉, AIP 모듈에 배치된 안테나는 broadside 방향으로 방사하는 broadside antenna elements일 수 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 5c는 실시 예들에 따른 다층 기판과 메인 기판의 결합 구조를 나타낸 것이다. 도 5c(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 5c(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 5c(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.
한편, AIP 모듈이 영상표시기기와 같은 전자 기기의 하부에 배치되는 경우, 하부 방향 및 전면 방향에 배치되는 다른 통신 모듈들 통신을 수행할 필요가 있다. 이와 관련하여, 도 6은 영상표시기기 하부에 배치되는 복수의 통신 모듈과 해당 통신 모듈의 구성과 전면 방향에 배치되는 다른 통신 모듈과의 통신을 수행하는 개념도이다. 도 6(a)를 참조하면, 영상표시기기(100)의 하부에 서로 다른 통신 모듈(1100-1, 1100-2)이 배치될 수 있다. 도 6(b)를 참조하면, 영상표시기기(100)는 안테나 모듈(1100)을 통해 하부에 배치된 통신 모듈(1100b)과 통신을 수행할 수 있다. 또한, 영상표시기기(100)의 안테나 모듈(1100)을 통해 전면에 배치된 제2 통신 모듈(1100c)과 통신을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 통신 모듈(1100b)은 802.11 ay 무선 인터페이스를 통해 영상표시기기(100)로 고속으로 AV 데이터를 전달하는 셋톱 박스 또는 AP (Access point)일 수 있지만, 이에 한정되는 것이다. 한편, 제2 통신 모듈(1100c)은 802.11 ay 무선 인터페이스를 통해 영상표시기기(100)와 고속으로 데이터를 송수신하는 임의의 전자 기기일 수 있다.
한편, 도 5a(a)와 같은 AIP 모듈 구조에서 RFIC 구동 회로, 방열 구조에 따라 안테나 높이가 증가할 수 있다. 또한, 사용되는 안테나 타입에 따라 도 5(a) a와 같은 AIP 모듈 구조에서 안테나 높이가 증가할 수 있다. 반면에, 도 5a(b)와 같은 다층 기판에 측면 영역에 구현된 안테나 모듈 구조는 안테나를 low-profile 형상으로 구현할 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 2와 같은 전자 기기와 도 3a 및 도 3b와 같은 구성에서 도 4 및 도 6의 전자 기기의 내부 또는 측면에 배치될 수 있는 도 5a 내지 도 5c의 안테나 모듈의 구체적인 구성에 대해서 설명한다.
영상표시장치와 같은 전자 기기가 주변의 전자 기기와 통신을 수행하기 위해, 안테나를 포함하는 통신 모듈이 구비될 수 있다. 한편, 최근 영상표시장치의 디스플레이 영역이 확장됨에 따라 안테나를 포함하는 통신 모듈의 배치 공간이 감소하게 된다. 이에 따라, 통신 모듈이 구현되는 다층 회로 기판 내부에 안테나를 배치할 필요성이 증가하고 있다.
한편, 전자 기기 간에 통신 서비스를 위한 인터페이스로 WiFi 무선 인터페이스가 고려될 수 있다. 이러한 WiFi 무선 인터페이스를 이용하는 경우, 전자 기기 간에 고속 데이터 전송을 위해 밀리미터파 대역(mmWave)을 이용할 수 있다. 특히, 802.11ay와 같은 무선 인터페이스를 이용하여 전자 기기 간에 고속 데이터 전송이 가능하다.
이와 관련하여, 밀리미터파(mmWave) 대역에서 동작할 수 있는 배열 안테나는 안테나 모듈 내에 실장될 수 있다. 하지만, 이러한 안테나 모듈에 배치되는 안테나와 송수신부 회로와 같은 전자 부품은 전기적으로 연결되도록 구성된다. 이를 위해, 송수신부 회로가 안테나 모듈과 동작 가능하게 결합되고, 안테나 모듈은 다층 기판(multi-layer)로 구성될 수 있다.
안테나 모듈의 다층 기판이 평면 적층 구조로 형성됨에 따라 수직 편파 안테나 구현 시에 제약이 발생될 수 있다. 이와 관련하여, 수직 편파 안테나의 길이가 다층 기판의 높이보다 높게 형성될 수 있다. 이러한 다층 기판의 높이의 제약으로 인해 수직 편파 안테나의 길이가 짧게 형성되면 안테나 성능이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
또한, 수평 편파 안테나와 수직 편파 안테나의 이중 편파 안테나 구현 시 서로 다른 다층 기판의 PCB들의 결합 구조로 형성될 수 있다. 이러한 서로 다른 다층 기판의 PCB들의 결합 구조에서 각각의 급전 라인에서 수직 편파 안테나와 수평 편파 안테나까지의 길이가 상이하게 형성될 수 있다. 이에 따라, 수직 편파 안테나와 수평 편파 안테나 간 성능 차이가 발생하거나 또는 급전 라인의 길이 증가로 인해 밀리미터파 대역에서 급전 손실이 증가할 수 있다. 따라서, 서로 다른 다층 기판의 PCB들의 결합 구조를 갖는 안테나 모듈의 안테나 이득이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 명세서의 목적은 밀리미터파 대역에서 동작하는 이중 편파 안테나가 구현된 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기를 제공하기 위한 것이다. 본 명세서의 다른 일 목적은 FPCB를 이용하여 PCB의 일 측에서 방사하는 안테나를 구현하기 위한 것이다. 본 명세서의 다른 일 목적은 수평 편파 안테나와 수직 편파 안테나로 동작하는 이중 편파 안테나가 PCB의 일 측을 통해 방사되는 이중 편파 엔드-파이어 안테나를 제공하기 위한 것이다. 본 명세서의 다른 일 목적은 FPCB와 PCB에 형성된 비대칭 다이폴 안테나를 통해 수직 편파 안테나를 제공하기 위한 것이다. 본 명세서의 다른 일 목적은 FPCB를 PCB에 대해 수직하게 형성하여 수직 편파를 구현하기에 부족한 PCB 높이에서도 수직 편파를 구현하기 위한 것이다. 본 명세서의 다른 일 목적은 수직 편파의 성능을 향상시키기 위해 하나의 폴은 FPCB에 방사체를 구현하고, 다른 하나의 폴은 PCB에 구현하여 면적을 증대시켜 방사성능을 향상시키기 위한 것이다. 본 명세서의 다른 일 목적은 수직 편파 안테나 및 수평 편파 안테나가 중첩된 영역에 형성되어 제한된 기판 영역 내에 안테나가 차지하는 면적을 최소화하기 위한 것이다. 본 명세서의 다른 일 목적은, 안테나 모듈을 전자 기기의 하부에 최적으로 배치하여 주변 전자 기기와 무선 통신을 수행하기 위한 것이다.
본 명세서에 따른 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 도 7a는 안테나 소자가 배치된 PCB와 FPCB과 연결된 구조의 사시도를 나타낸다. 도 7b는 도 7a의 PCB와 FPCB과 연결된 구조의 측면도를 나타낸다. 도 7c는 PCB의 유전체 영역을 제외한 이중 편파 안테나의 구조를 나타낸다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 안테나 모듈(1100)은 FPCB (Printed Circuit Board)(1100a)와 다층 기판인 PCB (Printed Circuit Board)(1100b)를 포함하도록 구성될 수 있다. FPCB(1100a)는 제1 층(La1)에 배치된 제1 도전 패턴(1110) 및 제2 층(La2)을 포함할 수 있다.
안테나 모듈(1000)은 복수의 유전 물질로 이루어진 다층 기판(multi-layered substrate)(1100a, 1100b)과 도전 패턴들로 구성될 수 있다. FPCB(1100a) 및 PCB(1100b)는 다층 기판(multi-layered substrate)으로 구현될 수 있다. 다층 기판(1100a, 1100b)은 제1 층(layer)(1110b), 제2 층들(1120b), 제3 층들(1130b)을 포함하도록 구성될 수 있다.
제1 층(1110b)은 연성(flexible)의 제1 재질로 이루어질 수 있다. 제2 층들(1120b)은 제1 층(1110b)의 일측면에 형성된 강성(rigid)의 제 2 재질로 이루어진 복수의 층으로 이루어질 수 있다. 제3 층들(1130b)은 제1 층(1110b)의 타측면에 형성된 강성(rigid)의 제 2 재질로 이루어진 복수의 층으로 이루어질 수 있다. 다층 기판(1100a, 1100b)의 제2 층들(1120b)과 제3 층들(1130b) 사이에 제1 층(1110b)이 배치될 수 있다.
제1 층(1110b)은 제2 층들(1120b)과 제3 층들(1130b)과 병렬로 형성되는 제1 영역(R1)과 제2 층들(1120b)과 제3 층들(1130b)과 수직으로 형성되는 제2 영역(R2)으로 구성될 수 있다. 제1 영역(R1)은 PCB 영역이고 제2 영역(R2)은 FPCB 영역일 수 있다. 제1 영역(R1)은 그라운드 월(1100w)이 형성된 그라운드 영역(1100b-R1) 및 안테나를 구성하는 도전 패턴이 형성된 유전체 영역(1100b-R2)을 포함하도록 구성될 수 있다.
도 7c를 참조하면, 도전 패턴들은 수직 편파 안테나(V-ANT) 및 수평 편파 안테나(H-ANT)를 구성할 수 있다. 제1 도전 패턴(1110)이 수직 편파 안테나로 구현될 수 있다. 제2 도전 패턴(1151f) 및 제3 도전 패턴(1150)이 수평 편파 안테나로 구현될 수 있다. 제2 도전 패턴(1151f) 및 제3 도전 패턴(1150)이 제1 비아 홀(via hole, 1150v)에 의해 연결될 수 있다. 제3 도전 패턴(1150)은 제1 서브 패턴(1152f), 제2 서브 패턴(1150) 및 제3 서브 패턴(1150g)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제2 도전 패턴(1151f)과 제3 도전 패턴(1150)의 제1 서브 패턴(1152f)은 급전 라인(1150f) (또는 급전 패턴)을 구성할 수 있다.
수직 편파 안테나는 제1 도전 패턴(1110), 제4 도전 패턴(1110g) 및 제5 도전 패턴(1130)을 포함할 수 있다. 제4 도전 패턴(1110g)은 제4 서브 패턴(1111g) 및 제5 서브 패턴(1112g)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제4 도전 패턴(1110g) 및 제5 도전 패턴(1130)은 제2 비아 홀(1100v)에 의해 연결될 수 있다.
안테나 모듈(1100)은 수평 편파 안테나(H-ANT)와 수직 편파 안테나(V-ANT)를 포함하는 이중 편파 안테나(dual-polarized antenna)로 동작할 수 있다. 수평 편파 안테나(H-ANT)는 루프 안테나(1150)로 구현될 수 있다. 수직 편파 안테나(V-ANT)는 제1 도전 패턴(1110), 제2 비아 홀(1100v) 및 제5 도전 패턴(1130)을 포함하도록 구성될 수 있다.
제2 층들(1120b) 중 다른 한 층인 하부 2층(Lb2)에 형성된 제 3 도전 패턴(1150)은 제1 서브 패턴(1152f), 제2 서브 패턴(1150p)과 제3 서브 패턴(1150g)으로 형성될 수 있다. 제1 서브 패턴(1152f)은 제2 도전 패턴(1151f)과 제1 비아 홀(1150v)로 연결될 수 있다. 제3 서브 패턴(1150g)의 일 영역은 다층 기판의 그라운드와 연결될 수 있다. 제1 서브 패턴(1152f)과 제3 서브 패턴(1150g)은 제2 서브 패턴(1150p)에 의해 연결될 수 있다.
도 8은 급전 패턴과 그라운드 패턴이 형성된 PCB와 FPCB가 연결되는 다양한 구성들을 나타낸다. 도 8을 참조하면, 본 명세서의 이중 편파 엔드 파이어 안테나(dual-polarized end-fire antenna) 안테나의 구조와 방사 원리를 설명하기 위한 것이다.
도 8(a)를 참조하면, PCB(1100b)의 유전체 영역(1100d)에 급전 라인(1110f)와 그라운드 라인(1110g)이 배치된 제1 구조를 나타낸다. 수직 편파 안테나의 급전 라인(1110f)은 리지드(rigid) PCB(1100b)에 있는 RFIC와 안테나를 연결하도록 구성된다. 제1 구조는 FPCB가 없이 PCB 내부에 수직으로 폴 구조의 방사체를 형성할 공간이 부족하여, 급전 라인(1110f) 자체의 전계에 의한의 방사 량은 임계 수준 이하로 매우 작다.
도 8(b)를 참조하면, PCB 내부에 수직으로 폴 구조의 방사체를 형성할 공간을 확보하기 위해 PCB(1100b)에 FPCB(1100a)가 연결되도록 제2 구조를 형성할 수 있다. 제2 구조의 FPCB(1100a)에 폴 구조의 방사체인 제1 도전 패턴(1100)을 형성할 수 있다. 제1 도전 패턴(1100)이 수평 면상에 형성됨에 따라 FPCB(1100a)의 하부 영역으로 방사 영역이 형성될 수 있다. 제2 구조의 유전체 영역(1100d)의 그라운드 라인(1110g)의 단부에 비아 구조(1100v)가 형성될 수 있다. 제2 구조의 FPCB(1100a)에 제1 도전 패턴과 평행하게 제2 도전 패턴이 형성될 수도 있다. 제2 도전 패턴은 제1 도전 패턴(1110)의 그라운드로 동작하거나 또는 제1 도전 패턴(1110)과 비아를 통해 연결되어 방사체로 동작할 수도 있다.
도 8(c)를 참조하면, FPCB(1100a)를 PCB(1100b)에 대해 실질적으로 수직하게 약 90도로 굽혀진 형상으로 제3 구조가 형성될 수 있다. 제3 구조에서 FPCB(1100a)에 형성된 제1 도전 패턴(1100a)은 수직 편파 안테나의 제1 부분으로 상단 폴(upper-end pole)을 형성할 수 있다. 제3 구조에서 PCB(1100b)에 형성된 비아 구조(1100v)와 제5 도전 패턴(1130)은 수직 편파 안테나의 제2 부분으로 하단 폴(lower-end pole)을 형성할 수 있다. 하단 폴은 PCB(1100b) 내부에서 비아 구조(1100v)를 통해 수직으로 안테나 길이를 확장할 수 있다.
FPCB(1100a)를 접어 올려 제1 도전 패턴(1110)을 수직하게 형성하고, 제5 도전 패턴(1130)을 통해 하단 폴을 C자 모양으로 확장시키면 상단 폴과 하단 폴로 충분한 안테나 길이를 가져갈 수 있게 되어 방사 량이 증가하게 된다.
도 8(d)를 참조하면, Rigid PCB(1100b)에는 수직 편파 안테나의 방사를 위해 도전체가 비어 있는 영역이 발생하게 된다. 도전체가 비어 있는 영역에 수평 편파 안테나(1150)를 구현함으로써 이중 편파 엔드 파이어 안테나(dual-polarized end-fire antenna)를 구현할 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 안테나 모듈의 이중 편파 안테나를 구성하는 안테나 소자들은 서로 다른 층 상의 대응하는 영역에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 9는 실시 예들에 따른 수직 편파 안테나와 수평 편파 안테나의 구조를 나타낸다.
도 9(a)를 참조하면, 수직 편파 안테나의 급전 라인(1110f)의 일 측 및 타 측에 수평 편파 안테나(1150-1)의 제1 도전 라인(1151-1)과 제2 도전 라인(1152-1)이 임계 거리 이내로 배치된 구조를 나타낸다. 수평 편파 안테나(1150-1)는 다이폴 안테나로 구현될 수 있다. 수직 편파 안테나의 급전 라인(1110f)에 인접하게 수평 편파 안테나(1150-1)의 도전 라인들(1151-1, 1152-1)이 배치되어 안테나 간 간섭 수준이 증가할 수 있다.
도 9(b)를 참조하면, 수직 편파 안테나의 급전 라인(1110f)의 일 측 및 타 측에 수평 편파 안테나(1150)의 급전 라인(1150f)과 제3 서브 패턴(1150g)이 임계 거리 이상으로 이격되어 배치된 구조를 나타낸다. 수평 편파 안테나(1150)는 루프 안테나로 구현될 수 있다. 수직 편파 안테나의 급전 라인(1110f)에 수평 편파 안테나(1150)의 급전 라인(1150f)이 임계 거리 이상으로 이격되어 배치되어 안테나 간 간섭 수준이 감소할 수 있다.
도 9(b)를 참조하면, 수평 편파 안테나(1150)와 수직 편파 안테나를 중첩하여 구현 시, 수평 편파 안테나(1150)는 그라운드와 접지되는 루프(loop) 안테나가 사용될 수 있다.
도 9(a)에 도시된 바와 같이 그라운드와 접지되지 않는 안테나인 다이폴 안테나를 사용 시 두 가지 이슈가 발생할 수 있다. (1) 수평 편파 안테나와 수직 편파 안테나를 동일한 영역에 중첩하여 구현할 수 없다. 이와 관련하여, 급전 라인(1110f)과 도전 라인들(1151-1, 1152-1)이 중첩되거나 매우 인접하게 배치되어 상호 커플링이 크게 발생할 수 있다. (2) 수평 편파 안테나와 수직 편파 안테나를 위한 안테나 영역을 별도로 사용할 경우 안테나 전체 크기가 증가하게 된다. 이에 따라, 안테나 소형화 불가능 및 어레이 안테나 구현 시 안테나 간의 상호 영향에 의한 방사패턴 왜곡이 발생된다. 따라서, 도 9(b)와 같이 급전 라인(1110f)과 이격된 구조로 형성되는 루프 타입의 안테나가 사용되어야 한다.
도 7a 내지 도 9를 참조하면, 본 명세서에 따른 이중 편파 안테나로 구현되는 안테나 모듈(1000)은 FPCB (Printed Circuit Board)(1100a)와 다층 기판인 PCB (Printed Circuit Board)(1100b)를 포함하도록 구성될 수 있다. FPCB(1100a)는 복수의 층들을 포함할 수 있다. FPCB(1100a)는 제1 층에 배치된 제1 도전 패턴(1110)를 포함할 수 있다. PCB(1100b)는 제1 층(1110b), 제2 층들(1120b), 제3 층들(1130b)을 포함하도록 구성될 수 있다.
제1 도전 패턴(1110)은 플렉서블한 재질로 이루어진 층들의 일 측의 제1 층(La1)에 형성될 수 있다. 제1 도전 패턴(1110)은 실질적으로 수직한 90도로 굽혀진 형상으로 형성되어 PCB(1100b)의 하부 1층(Lb1)과 연결될 수 있다.
FPCB(1100a)의 층들의 타 측에 제2 층(La2)이 배치될 수 있다. 제2 층(La2)에 제2 도전 패턴이 배치될 수도 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 층(La2)는 PCB(1100b)의 하부 2층(Lb2)에 대응될 수 있다. 제2 층(La2)에 제2 도전 패턴이 배치된 구조에서 제2 도전 패턴은 PCB(1100b)의 하부 2층(Lb2)과 연결될 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 이중 편파 안테나를 구비하는 안테나 모듈에서 수평 편파 안테나는 수직 편파 안테나와 서로 다른 층의 대응되는 영역에 중첩되게 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 10a는 도 7a 내지 도 7c의 이중 편파 안테나 구조에서 수직 편파 안테나와 수직 편파 안테나가 서로 다른 층의 대응되는 영역에 배치된 구조의 전면도를 나타낸다. 도 10b는 도 7a 내지 도 7c의 이중 편파 안테나 구조에서 상단 폴과 하단 폴로 구성된 수직 편파 안테나 구조를 나타낸다.
도 7a 내지 도 10a를 참조하면, rigid PCB(1100b) 영역에서 수평 편파 안테나(H-ANT)는 제2 도전 패턴(1151f) 및 제3 도전 패턴(1150)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제3 도전 패턴(1150)은 제1 서브 패턴(1152f), 제2 서브 패턴(1150p) 및 제3 서브 패턴(1150g)를 포함하도록 구성될 수 있다.
제2 서브 패턴(1150p)의 길이는 제1 서브 패턴(1152f)과 제3 서브 패턴(1150g) 사이의 갭의 간격(Ga)보다 길게 형성될 수 있다. 이에 따라, 루프 형상으로 구현된 수평 편파 안테나는 파이(p) 형상의 루프 안테나로 구현될 수 있다. 제2 서브 패턴(1150p)은 제1 서브 패턴(1152f)과 제3 서브 패턴(1150g) 사이의 패턴 영역과 연결되는 두 부분들로부터 양측으로 연장되는 패턴 영역들(1150p1, 1150p2)로 형성될 수 있다. 다층 기판의 제1 영역(R1)에 형성된 제1 도전 패턴(1110)은 제1 서브 패턴(1152f)과 제 3 서브 패턴(1150g)의 사이의 가운데 영역에 형성될 수 있다.
본 명세서에의 실시예에서는 파이(ð) 모양을 가진 파이 루프 안테나가 사용되었지만 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변형 가능하다. 파이 루프 안테나로 구현되는 수평 편파 안테나(H-ANT)의 급전 라인이 수직 편파 안테나의 급전 라인과 동일한 층(layer)에 배치될 수 있다. 이에 따라, 수평 편파 안테나의 도전 패턴들 중 하나와 수직 편파 안테나의 급전 라인(1110f)이 중첩되어 단락(short)될 수 있다. 이러한 이슈를 해결하기 위해, 제2 도전 패턴(1151f)과 제3 도전 패턴(1150)의 제1 서브 패턴(1152)이 제1 비아 홀(1150v)을 통해 수직하게 연결될 수 있다. 이에 따라, 수평 편파 안테나(H-ANT)의 급전 라인이 수직 편파 안테나의 급전 라인이 다른 층에 배치될 수 있다. 따라서, 수평 편파 안테나(H-ANT)의 루프 안테나 구조의 급전 라인(1150f)이 서로 다른 층의 서브 패턴들로 구현될 수 있다.
도 7a 내지 도 10b를 참조하면, 수직 편파 안테나(V-ANT)는 제1 도전 패턴(1110), 제4 도전 패턴(1110g) 및 제5 도전 패턴(1150)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제4 도전 패턴(1110g)은 제4 서브 패턴(1111g) 및 제5 서브 패턴(1112g)을 포함하도록 구성될 수 있다. 수직 편파 안테나(V-ANT)의 제4 도전 패턴(1110g) 및 제5 도전 패턴(1150)은 C자형 또는 역 C자형 폴(pole)로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 비아 홀(1100v)과 비아 패드(via pad)로 이루어진 C자형 또는 역 C자형 폴(pole)로 구성될 수 있다.
역 C자형 폴은 하단 폴(lower pole) 이라 지칭할 수 있다. 수직 편파 안테나(V-ANT)의 하단 폴의 너비는 수평 편파 안테나(H-ANT)의 제4 도전 패턴(1110g)과 급전 라인(1110f) 간에 서로 영향을 미치기 때문에 구현 조건이 성립될 필요가 있다. 수직 편파 안테나(V-ANT)의 하단 폴인 제3 도전 패턴의 너비(W2)는 제5 서브 패턴(1112g)의 너비(W2)와 동일하거나 차이가 소정 범위 내로 형성될 수 있다. 수평 편파 안테나(H-ANT)의 제3 서브 패턴(1150g)과 급전 라인(1150f) 간 간격(Ga) 보다 작게 형성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 명세서에 따른 이중 편파 안테나에서 도전 패턴의 형상 및 크기를 최적화하여 상호 간섭 수준을 최소화할 수 있다. 이와 관련하여, 도 11은 수직 편파 안테나의 제3 도전 패턴의 너비 변화에 따라 안테나들 간의 커플링에 의한 전류 분포도를 비교한 것이다. 도 11을 참조하면, 수평 편파 안테나에 신호가 인가 시 발생되는 커플링되는 전류 분포를 나타낸다.
도 11(a)은 제5 도전 패턴(1130)의 너비(W3a)가 수평 편파 안테나(H-ANT)의 제3 서브 패턴(1150g)과 급전 라인(1150f) 간 간격(Ga)과 동일하게 형성된 제1 구조를 나타낸다. 도 11(b)는 제5 도전 패턴(1130)의 너비(W3)가 수평 편파 안테나(H-ANT)의 제3 서브 패턴(1150g)과 급전 라인(1150f) 간 간격(Ga) 보다 작게 형성된 제2 구조를 나타낸다.
도 11(a)를 참조하면, 수직 편파 안테나의 하단 폴인 제5 도전 패턴(1130)의 폭(W3a)이 수평 편파 안테나의 제1 서브 패턴(1110g)과 제3 서브 패턴(1150g) 간 간격(Ga)과 같거나 클 수 있다. 이에 따라, 안테나들 간의 간섭이 매우 증가하여 방사 성능을 저하시킨다. 수평 편파 안테나에 신호가 인가 시 제2 서브 패턴(1150p)의 일 측 영역(R1a)에 높은 전류 분포가 형성된다. 도 11(b)를 참조하면, 하단 폴인 제5 도전 패턴(1130)의 너비(W3)가 제3 서브 패턴(1150g)과 급전 라인 간(1110g)의 간격(Ga) 보다 작게 형성될 수 있다. 이에 따라, 수평 편파 안테나에 신호가 인가 시 제2 서브 패턴(1150p)의 일 측 영역(R1b)에 커플링이 현저히 줄어드는 것을 확인할 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 이중 편파 안테나로 구현되는 안테나 모듈에서 하단 폴인 제5 도전 패턴(1130)의 너비(W3)에 따라 수평 편파 안테나의 성능이 변화될 수 있다. 이와 관련하여, 도 12는 이중 편파 안테나로 구현되는 안테나 모듈에서 하단 폴인 제3 도전 패턴의 너비에 따른 수평 편파 안테나의 반사 계수 특성을 나타낸 것이다.
도 10a 내지 도 12를 참조하면, 제3 서브 패턴(1150g)과 급전 라인 간(1110g)의 간격(Ga)은 0.9mm로 형성될 수 있다. 하단 폴인 제5 도전 패턴(1130)의 너비(W3)가 0.2mm, 0.6mm, 1mm로 변경됨에 따라 반사 계수 특성(S11)이 변경된다. 하단 폴인 제5 도전 패턴(1130)의 너비(W3)가 제3 서브 패턴(1150g)과 급전 라인 간(1110g)의 간격(Ga)보다 큰 값인 1mm로 형성되면, 63GHz에서 S11은 -6.7 dB이다. 하단 폴인 제5 도전 패턴(1130)의 너비(W3)는 간격(Ga)인 0.9mm보다 작은 0.2mm, 0.6mm로 형성될 수 있다. 제5 도전 패턴(1130)의 너비(W3)가 0.2mm, 0.6mm로 형성되면 63GHz에서 S11이 -17.7dB, -21.7dB로 성능이 11dB, 15dB만큼 향상된다.
한편, 본 명세서에 따른 이중 편파 안테나로 구현되는 안테나 모듈에서 수직 편파 안테나의 상단 폴인 제1 도전 패턴(1110)의 너비(W1v)가 변경됨에 따라 수직 편파 안테나 성능이 변경될 수 있다. 이와 관련하여, 도 13a는 수직 편파 안테나의 제1 도전 패턴의 너비가 수평 편파 안테나의 제1 서브 패턴과 제3 서브 패턴 간 간격보다 큰 경우 전류 분포도를 나타낸다. 도 13b는 수직 편파 안테나의 제1 도전 패턴의 너비 변화에 따른 임피던스 변화를 스미스 차트 상에 나타낸 것이다.
도 10a, 도 10b 및 도 13a를 참조하면, 수직 편파 안테나의 상단 폴인 제1 도전 패턴(1110)의 너비(W1v)가 제3 서브 패턴(1150g)과 급전 라인 간(1110g)의 간격(Ga)보다 크게 형성될 수 있다. 전류 분포도를 참조하면, 제1 도전 패턴(1110)의 너비(W1v)가 제3 서브 패턴(1150g)과 급전 라인(1150f) 간 간격(Ga)보다 클 경우, 임계 수준 이상의 매우 큰 커플링이 발생한다. 제1 도전 패턴(1110)의 하부 영역과 수평 편파 안테나인 루프 안테나(1150)의 제2 서브 패턴(1150p)을 포함하는 공통 영역(R1b)에 임계 수준 이상의 매우 큰 커플링이 발생한다.
도 10a, 도 10b 및 도 13b를 참조하면, 제3 서브 패턴(1150g)과 급전 라인(1150f) 간 간격(Ga)인 0.9mm보다 큰 1mm로 제1 도전 패턴(1110)의 너비(W1v)가 형성될 수 있다. 제1 도전 패턴(1110)의 너비(W1v)가 1mm로 형성되면 스미스 차트에서 60GHz 대역의 주파수 별 임피던스 변화가 매우 커져서 안테나 대역폭이 협소하게 된다. 하지만, 제1 도전 패턴(1110)의 너비(W1v)가 0.9mm보다 작은 0.2mm, 0.6mm로 형성될 경우, 스미스 차트에서 60GHz 대역의 주파수 별 임피던스 변화가 작아지게 되고 이에 따라 넓은 안테나 대역폭을 확보할 수 있다. 이에 따라, 제1 도전 패턴(1110)의 너비(W1v)는 제3 서브 패턴(1150g)과 급전 라인(1150f) 간 간격(Ga)보다 작게 형성될 필요가 있다.
한편, 본 명세서에 따른 이중 편파 안테나로 구현되는 안테나 모듈에서 수평 편파 안테나는 PCB(1100b)의 상부 영역인 제2 층들(1120b)에 배치되거나 또는 제3 층들(1130b)에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 14는 안테나 모듈의 PCB의 상부 영역 또는 하부 영역에 수평 편파 안테나가 배치될 수 있는 구조를 나타낸다. 도 15a는 수평 편파 안테나가 배치된 구조에 따른 전류 분포도를 비교한 것이다. 도 15b는 수평 편파 안테나가 배치된 구조에 따른 반사 계수 특성을 나타낸 것이다.
도 7b 및 도 14를 참조하면, 수직 편파 안테나(V-ANT)가 배치된 구조에서 수평 편파 안테나(H-ANT)가 배치될 수 있는 영역(Ru, Rd)을 나타낸다. 수평 편파 안테나(H-ANT)는 수직 편파 안테나(V-ANT)의 상단 폴인 제1 도전 패턴(1110)의 후방 영역에 배치될 수 있다. 수평 편파 안테나(H-ANT)는 수직 편파 안테나(V-ANT)의 급전 라인(1110f)의 상부 영역(Ru)에 배치될 수 있다. 수평 편파 안테나(H-ANT)는 하부 1층(Lb1) 및 하부 2층(Lb2)의 2개의 층에 배치될 수 있다. 수직 편파 안테나(V-ANT)의 급전 라인(1110f)은 PCB(1100b)의 하부 2층(Lb2)에 배치될 수 있다. 수직 편파 안테나(V-ANT)의 그라운드 라인에 대응하는 제4 도전 패턴(1110g)은 하부 3층(Lb3)에 배치될 수 있다. 수직 편파 안테나(V-ANT)의 제5 도전 패턴(130)은 하부 4층(Lb4)에 배치될 수 있다.
도 14 및 도 15a(a)를 참조하면, 수평 편파 안테나(1150)는 PCB(1100b)의 하부 영역(Rd)에 배치될 수 있다. 수평 편파 안테나(1150)에 신호 인가 시, 하단 폴인 제5 도전 패턴(1130)이 형성된 영역(R3)에 강한 커플링이 발생하게 된다. 이로 인해 수직 편파 안테나와 수평 편파 안테나의 성능이 모두 감소하게 된다. 수평 편파 안테나(H-ANT)가 수직 편파 안테나(V-ANT)의 그라운드 라인에 대응하는 제4 도전 패턴(1110g)의 하부 영역(Rd)에 배치되면, 수직 편파 안테나와 수평 편파 안테나의 성능이 모두 감소하게 된다.
도 7b, 도 14 및 도 15a(b)를 참조하면, 수평 편파 안테나(H-ANT)가 PCB(1100b)의 상부 영역(Ru)에 배치될 수 있다. 수평 편파 안테나(H-ANT)가 PCB(1100b)의 상부 영역(Ru)에 배치됨에 따라 수평 편파 안테나(1150)에 신호 인가 시, 하단 폴인 제5 도전 패턴(1130)이 형성된 영역(R3)으로 커플링을 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 수평 편파 안테나(H-ANT)와 수직 편파 안테나(V-ANT)의 안테나 성능을 향상시킬 수 있다.
도 14 내지 도 15b를 참조하면, 수평 편파 안테나(H-ANT)가 배치된 구조에 따른 수직 편파 안테나(V-ANT)의 반사 계수 (S11) 특성의 변화를 나타낸다. 수평 편파 안테나(H-ANT)가 하부 영역(Rd)에 배치된 (i) 제1 구조에서 수직 편파 안테나(V-ANT)의 반사 계수 (S11)는 63GHz에서 -7.5dB의 값을 갖는다. 반면에, 수평 편파 안테나(H-ANT)가 상부 영역(Ru)에 배치된 (ii) 제2 구조에서 수직 편파 안테나(V-ANT)의 반사 계수 (S11)는 63GHz에서 -23.7dB로 약 16.2dB 향상시킬 수 있다. 따라서 FPCB(1100a)가 PCB(1100b)의 중심 층과 결합된 경우, 수평 편파 안테나(H-ANT)는 수직 편파 안테나(V-ANT)의 상단 폴인 제1 도전 패턴(1110)의 후방 영역에 배치될 필요가 있다.
이하, 도 7a 내지 도 15b을 참조하여 본 명세서에 따른 이중 편파 안테나로 구현되는 안테나 모듈에 대해 설명한다. 안테나 모듈(1000)은 FPCB(1100a) 및 PCB(1100b)를 포함하도록 구성될 수 있다. FPCB(1100a)는 제1 층(La1)에 배치된 제1 도전 패턴(1110) 및 제2 층(La2)을 포함할 수 있다.
안테나 모듈(1000)은 복수의 유전 물질로 이루어진 다층 기판(multi-layered substrate)(1100a, 1100b)과 도전 패턴들로 구성될 수 있다. FPCB(1100a) 및 PCB(1100b)는 다층 기판(multi-layered substrate)으로 구현될 수 있다. 다층 기판(1100a, 1100b)은 제1 층(layer)(1110b), 제2 층들(1120b), 제3 층들(1130b)을 포함하도록 구성될 수 있다.
제1 층(1110b)은 연성(flexible)의 제1 재질로 이루어질 수 있다. 제2 층들(1120b)은 제1 층(1110b)의 일측면에 형성된 강성(rigid)의 제 2 재질로 이루어진 복수의 층으로 이루어질 수 있다. 제3 층들(1130b)은 제1 층(1110b)의 타측면에 형성된 강성(rigid)의 제 2 재질로 이루어진 복수의 층으로 이루어질 수 있다. 다층 기판(1100a, 1100b)의 제2 층들(1120b)과 제3 층들(1130b) 사이에 제1 층(1110b)이 배치될 수 있다.
제1 층(1110b)은 제2 층들(1120b)과 제3 층들(1130b)과 병렬로 형성되는 제1 영역(R1)과 제2 층들(1120b)과 제3 층들(1130b)과 수직으로 형성되는 제2 영역(R2)으로 구성될 수 있다. 제1 영역(R1)은 PCB 영역이고 제2 영역(R2)은 FPCB 영역일 수 있다.
도전 패턴들은 수직 편파 안테나 및 수평 편파 안테나를 구성할 수 있다. 제1 도전 패턴(1110)이 수직 편파 안테나로 구현될 수 있다. 제2 도전 패턴(1151f) 및 제3 도전 패턴(1150)이 수평 편파 안테나로 구현될 수 있다. 제2 도전 패턴(1151f) 및 제3 도전 패턴(1150)이 제1 비아 홀(via hole, 1150v)에 의해 연결될 수 있다. 수직 편파 안테나는 제1 도전 패턴(1110), 제4 도전 패턴(1110g) 및 제5 도전 패턴(1130)을 포함할 수 있다. 제4 도전 패턴(1110g) 및 제5 도전 패턴(1130)은 제2 비아 홀(1100v)에 의해 연결될 수 있다.
제1 도전 패턴(1110)은 제1 층(1110a)의 일측면의 제1 영역(R1)과 제2 영역(R1)에서 일측면 상에 형성되어 신호를 송신 및/또는 수신하도록 구성될 수 있다. 제2 도전 패턴(1151f)은 제2 층들(1120b) 중 어느 한 층인 하부(sub) 1층(layer)(Lb1)에 형성될 수 있다. 제3 도전 패턴(1150)은 제2 층들(1120b) 중 다른 한 층인 하부(sub) 2층(layer)(Lb2)에 형성될 수 있다. 제2 도전 패턴(1151f)과 제3 도전 패턴(1150)은 제1 비아 홀(via hole)(1150v)로 서로 연결될 수 있다. 하부 1층(Lb1)은 제1 층(1110a)의 일측면에 하부 2층(Lb2)보다 가까이 배치될 수 있다. 하부 2층(Lb2)은 제1 층(1110a)의 일측면에 하부 1층(Lb1)보다 멀리 배치될 수 있다.
제4 도전 패턴(1110g)은 제3 층들(1130b) 들 중 어느 한 층인 하부(sub) 3층(layer)(Lb3)에 형성될 수 있다. 제5 도전 패턴(1130)은 제3 층들(1130b) 중 다른 한 층인 하부(sub) 4층(layer)(Lb4)에 형성될 수 있다. 하부 3층(Lb3)은 제1 층(1110a)의 타측면에 하부 4층(Lb4)보다 가까이 배치될 수 있다. 하부 4층(Lb4)은 제1 층(1110a)의 타측면에 하부 3층(Lb3)보다 멀리 배치될 수 있다.
제1 층(1110a)의 일측면의 제1 영역(R1)에 형성된 제1 도전 패턴(1110)의 영역은 다층 기판 내부에 배치된 제1 급전 패턴(1110f)과 제1 영역(R1)의 어느 한 영역에서 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 층들(1120b) 중 어느 한 층인 하부 1층(Lb1)에 형성된 제2 도전 패턴(1151f)은 다층 기판 내부에 배치된 제2 급전 패턴(1120f)과 하부 1층(Lb1)의 어느 한 영역에서 전기적으로 연결될 수 있다. 제3 층들(1130a) 중 어느 한 층인 하부 3층(Lb3)에 형성된 제4 도전 패턴(1140)의 어느 한 영역에서 다층 기판의 그라운드와 연결될 수 있다.
제1 영역(R1)에 형성된 제 1 도전 패턴(1110)의 간격(W1v)은 다층 기판의 그라운드에 연결되는 제4 도전 패턴(1110g)의 간격(W1, W2) 보다 좁게(narrower) 형성될 수 있다.
제2 층들(1120b) 중 다른 한 층인 하부 2층(Lb2)에 형성된 제 3 도전 패턴(1150)은 제1 서브 패턴(1152f), 제2 서브 패턴(1150p)과 제3 서브 패턴(1150g)으로 형성될 수 있다. 제1 서브 패턴(1152f)은 제2 도전 패턴(1151f)과 제1 비아 홀(1150v)로 연결될 수 있다. 제3 서브 패턴(1150g)의 일 영역은 다층 기판의 그라운드와 연결될 수 있다. 제1 서브 패턴(1152f)과 제3 서브 패턴(1150g)은 제2 서브 패턴(1150p)에 의해 연결될 수 있다.
제2 서브 패턴(1150p)의 길이는 제1 서브 패턴(1152f)과 제3 서브 패턴(1150g) 사이의 갭의 간격(Ga)보다 길게 형성될 수 있다. 이에 따라, 루프 형상으로 구현된 수평 편파 안테나는 파이(p) 형상의 루프 안테나로 구현될 수 있다. 제2 서브 패턴(1150p)은 제1 서브 패턴(1152f)과 제3 서브 패턴(1150g) 사이의 패턴 영역과 연결되는 두 부분들로부터 양측으로 연장되는 패턴 영역들(1150p1, 1150p2)로 형성될 수 있다.
다층 기판의 제1 영역(R1)에 형성된 제1 도전 패턴(1110)은 제1 서브 패턴(1152f)과 제 3 서브 패턴(1150g)의 사이의 가운데 영역에 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 도전 패턴(1110)이 제1 서브 패턴(1152f)과 제 3 서브 패턴(1150g) 중 어느 한 영역으로 오프셋된 구조보다 간섭 수준을 저감할 수 있다. 따라서, 수직 편파 안테나로 동작하는 제1 도전 패턴(1110)의 급전 패턴과 수평 편파 안테나 간의 간섭 수준을 저감할 수 있다.
제4 도전 패턴(1110g)은 다층기판의 그라운드 중 어는 한 곳과 연결되는 제4 서브 패턴(1111g)과 제2 비아 홀들(1100v)과 연결되는 제5 서브 패턴(1112g)으로 형성될 수 있다. 제4 도전 패턴(1110g)의 일부인 제4 서브 패턴(1111g)의 간격은 제3 층들(1130b) 중 하부 4층(Lb4)에 형성된 제5 도전 패턴(1130)의 간격보다 좁게(narrower) 형성될 수 있다. 제5 도전 패턴(1130)의 길이는 제4 도전 패턴(1110g)의 제4 서브 패턴(1111g)의 길이보다 짧게(shorter) 형성될 수 있다.
제5 도전 패턴(1130)의 일 끝 영역은 제5 서브 패턴(1112g)과 복수의 비아 홀들의 복수의 열(1121v 내지 1123v)로 전기적으로 연결되도록 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 열로 배치된 복수의 비아 홀들(1100v)은 제1 비아 홀들(1121v), 제2 비아 홀들(1122v) 및 제3 비아 홀들(1123v)을 포함하도록 구성될 수 있다.
제1 도전 패턴(1110), 제4 도전 패턴(1110g), 상기 제5 도전 패턴(1130)과 복수의 비아 홀들(1100v)은 수평 편파를 갖는 안테나 소자로 동작할 수 있다. 제2 도전 패턴(1151f) 및 제3 도전 패턴(1150)은 수평 편파를 갖는 안테나 소자로 동작할 수 있다.
제1 도전 패턴(1110)의 제1 높이(h1)는 1mm를 기준으로 소정 범위 내에서 형성될 수 있다. 복수의 비아 홀들로 형성된 비아 구조(1100v)의 제4 도전 패턴(1110g)과 제5 도전 패턴(1130)의 사이의 제2 높이(h2)는 0.3mm를 기준으로 소정 범위 내에서 형성될 수 있다. 최하단 층에 형성된 제5 도전 패턴(1130)은 비아 구조(1100v)를 통해 PCB(1100b)의 제4 도전 패턴(1110g)과 연결될 수 있다
전술한 바와 같이, 제4 도전 패턴(1110g)의 제4 서브 패턴(1111g)은 제1 너비(W1)로 형성될 수 있다. 제4 도전 패턴(1110g)의 제5 서브 패턴(1112g)은 제1 너비(W1)보다 넓은 제2 너비(W2)로 형성될 수 있다. 비아 구조(1100v)는 제4 서브 패턴(1111g)과 상기 제5 도전 패턴(1130)을 제1 축 방향에서 연결하도록 제1 축 방향으로 소정 간격 이격되어 배치된 복수의 비아 홀들을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 열로 배치된 복수의 비아 홀들(1100v)은 제1 비아 홀들(1121v), 제2 비아 홀들(1122v) 및 제3 비아 홀들(1123v)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 내지 제3 비아 홀들(1121v, 1122v, 1123v)이 배치된 제5 서브 패턴(1112g)의 제2 너비는 0.2mm 내지 1.0mm 사이의 범위로 형성될 수 있다.
본 명세서에 따르면, PCB(1100b)의 일 측에서 종단 부에 수직한 FPCB(1100a)를 이용하여 수직 편파 다이폴 안테나 구조를 제시할 수 있다. 이와 관련하여, 하나의 폴은 FPCB(1100a)의 일 층에 형성되고, 다른 하나의 폴은 PCB에 형성될 수 있다. 상단 폴과 하단 폴에 의해 수직 편파를 갖는 전계가 형성되어 수직 편파 안테나로 동작할 수 있다. 한편, PCB(1100b)의 다른 층에 수평 편파로 동작하는 파이 루프 안테나가 구현되어 수평 편파의 전계 성분을 방사할 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 이중 편파 안테나로 구현된 안테나 모듈은 배열 안테나로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 도 16a는 실시 예에 따른 이중 편파 배열 안테나로 구현되는 안테나 모듈을 나타낸다. 도 16b는 도 16a의 안테나 모듈의 PCB의 상단에 쉴드 캔이 배치된 구조를 나타낸다. 한편, 도 17a는 도 16b의 쉴드 캔이 배치된 배열 안테나 모듈의 전면도를 나타낸다. 도 17b는 도 17a의 쉴드 캔이 배치된 배열 안테나 모듈의 측면도를 나타낸다.
도 16a 내지 도 17b를 참조하면, 1x4 이중 편파 엔드-파이어 배열 안테나(dual-polarized end-fire array antenna)가 구현된 PCB(1100b)의 상단 부에 쉴드 캔(shield can)(1170)이 배치될 수 있다. 쉴드 캔(1170)은 메탈 케이스로 구현될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이중 편파 엔드-파이어 배열 안테나 PCB(1110b)에 실장되는 부품을 이용하여 배열 안테나 이득을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, PCB(1110b)에 실장되는 부품이 쉴드 캔(1170)이라고 가정하면, 쉴드 캔(1170)은 PCB(1110b)의 상부 영역에 배치될 수 있다. 쉴드 캔(1170)이 PCB(1100b)의 그라운드 월(1100w)에 부착될 수 있고, 쉴드 캔(1170)의 전방 영역에 이중 편파 엔드-파이어 배열 안테나가 배치될 수 있다. 쉴드 캔(1170)과 안테나 간의 거리(d)에 의해 배열 안테나의 안테나 이득이 달라지게 된다. 여기서, d는 쉴드 캔(1170)으로부터 FPCB에 형성된 수직 편파 안테나의 제1 도전 패턴(1100)까지의 거리로 정의될 수 있다.
안테나 소자는 제1 축 방향으로 복수 개 배치되어 배열 안테나(1100AR)를 구성할 수 있다. 배열 안테나(1100AR)의 제1 수평 편파 안테나 소자(H-ANT1) 내지 제4 수평 편파 안테나 소자(H-ANT4)는 제1 축 방향으로 수평 편파를 갖는 빔 포밍된 제1 무선 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 배열 안테나(1100AR)의 제1 수직 편파 안테나 소자(V-ANT1) 내지 제4 수직 편파 안테나 소자(V-ANT4)는 제1 축 방향으로 수직 편파를 갖는 빔 포밍된 제2 무선 신호를 방사하도록 구성될 수 있다.
안테나 모듈(1100)은 PCB(1100b)의 내측 영역에 형성된 그라운드 월(1100w)의 상단 부의 그라운드 패턴에 배치되는 쉴드 캔(shield can)(1170)을 더 포함할 수 있다. 쉴드 캔(1170)과 FPCB(1100a)에 형성된 제1 도전 패턴(1110)까지의 거리(d)는 (0.17+n)*λ0 < d < (0.33+n)*λ0 사이의 범위로 형성될 수 있다. 여기서, n은 0 또는 자연수일 수 있다.
이상에서는 본 명세서의 일 양상에 따른 이중 편파 안테나로 구현되는 안테나 모듈에 대해 설명하였다. 이하에서는, 본 명세서의 다른 양상에 따른 이중 편파 안테나로 구현되는 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 전술된 모든 기술적 특징 및 구성들이 이하의 설명에도 적용된다. 도 18은 본 명세서에 따른 유전체 케이스의 내부에 배치되는 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기를 나타낸다.
도 18을 참조하면, 디스플레이를 구비하는 전자 기기의 메탈 프레임(1010)의 유전체 케이스(1020)와 같은 기구 구조의 내부에 안테나 모듈(1000)이 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 모듈(1000)의 배면이 메탈 프레임(1010)을 향하도록 안테나 모듈(1000)의 PCB(1100b)의 배면이 메탈 프레임(1010)을 마주보게 배치될 수 있다.
메탈 프레임(1010)의 간섭을 최소화하기 위해 상단 폴인 제1 도전 패턴(1110)이 메탈 프레임(1010)의 반대 방향, 즉 하단으로 향하는 것이 유리하다. 이에 따라, 역 C자형 하단 폴인 제5 도전 패턴(1130)이 메탈 프레임(1010)에 인접하게 배치될 수 있다.
도 1 내지 도 18을 참조하면, 전자 기기(1000)는 메탈 프레임(1010), 유전체 케이스(1020) 및 안테나 모듈(1100)을 포함하도록 구성될 수 있다. 메탈 프레임(1010)은 전자 기기(1000)의 측면 영역을 형성하도록 구성될 수 있다. 메탈 프레임(1010)은 디스플레이를 둘러싸도록 형성되어 디스플레이를 지지하도록 구성될 수 있다. 유전체 케이스(1020)는 메탈 프레임(1010)의 일 측에 형성될 수 있다. 유전체 케이스(1020)는 메탈 프레임(1010)의 하부 영역을 형성하는 일 측면에 배치될 수 있다.
안테나 모듈(1100)은 유전체 케이스(1020)의 내부 영역에 배치될 수 있다. 안테나 모듈(1100)은 유전체 케이스(1020)의 내측 면(1023)과 마주보게 배치될 수 있다. 유전체 케이스(1020)는 메탈 프레임(1020)에 부착되는 전면 부(1021), 전면 부(1021)에 대응되는 배면 부(1022) 및 전면 부(1021)와 배면 부(1022) 사이에 형성되는 측면 부(1023)를 포함할 수 있다. 안테나 모듈(1000)은 FPCB(1100a) 및 PCB(1100b)를 포함하도록 구성될 수 있다.
안테나 모듈(1000)은 복수의 유전 물질로 이루어진 다층 기판(multi-layered substrate)(1100a, 1100b)과 도전 패턴들로 구성될 수 있다. FPCB(1100a) 및 PCB(1100b)는 다층 기판(multi-layered substrate)으로 구현될 수 있다. 다층 기판(1100a, 1100b)은 제1 층(layer)(1110b), 제2 층들(1120b), 제3 층들(1130b)을 포함하도록 구성될 수 있다.
제1 층(1110b)은 연성(flexible)의 제1 재질로 이루어질 수 있다. 제2 층들(1120b)은 제1 층(1110b)의 일측면에 형성된 강성(rigid)의 제 2 재질로 이루어진 복수의 층으로 이루어질 수 있다. 제3 층들(1130b)은 제1 층(1110b)의 타측면에 형성된 강성(rigid)의 제 2 재질로 이루어진 복수의 층으로 이루어질 수 있다. 다층 기판(1100a, 1100b)의 제2 층들(1120b)과 제3 층들(1130b) 사이에 제1 층(1110b)이 배치될 수 있다.
제1 층(1110b)은 제2 층들(1120b)과 제3 층들(1130b)과 병렬로 형성되는 제1 영역(R1)과 제2 층들(1120b)과 제3 층들(1130b)과 수직으로 형성되는 제2 영역(R2)으로 구성될 수 있다. 제1 영역(R1)은 PCB 영역이고 제2 영역(R2)은 FPCB 영역일 수 있다.
도전 패턴들은 수직 편파 안테나 및 수평 편파 안테나를 구성할 수 있다. 제1 도전 패턴(1110)이 수직 편파 안테나로 구현될 수 있다. 제2 도전 패턴(1151f) 및 제3 도전 패턴(1150)이 수평 편파 안테나로 구현될 수 있다. 제2 도전 패턴(1151f) 및 제3 도전 패턴(1150)이 제1 비아 홀(via hole, 1150v)에 의해 연결될 수 있다. 수직 편파 안테나는 제1 도전 패턴(1110), 제4 도전 패턴(1110g) 및 제5 도전 패턴(1130)을 포함할 수 있다. 제4 도전 패턴(1110g) 및 제5 도전 패턴(1130)은 제2 비아 홀(1100v)에 의해 연결될 수 있다.
제1 도전 패턴(1110)은 제1 층(1110a)의 일측면의 제1 영역(R1)과 제2 영역(R1)에서 일측면 상에 형성되어 신호를 송신 및/또는 수신하도록 구성될 수 있다. 제2 도전 패턴(1151f)은 제2 층들(1120b) 중 어느 한 층인 하부(sub) 1층(layer)(Lb1)에 형성될 수 있다. 제3 도전 패턴(1150)은 제2 층들(1120b) 중 다른 한 층인 하부(sub) 2층(layer)(Lb2)에 형성될 수 있다. 제2 도전 패턴(1151f)과 제3 도전 패턴(1150)은 제1 비아 홀(via hole)(1150v)로 서로 연결될 수 있다. 하부 1층(Lb1)은 제1 층(1110a)의 일측면에 하부 2층(Lb2)보다 가까이 배치될 수 있다. 하부 2층(Lb2)은 제1 층(1110a)의 일측면에 하부 1층(Lb1)보다 멀리 배치될 수 있다.
제4 도전 패턴(1110g)은 제3 층들(1130b) 들 중 어느 한 층인 하부(sub) 3층(layer)(Lb3)에 형성될 수 있다. 제5 도전 패턴(1130)은 제3 층들(1130b) 중 다른 한 층인 하부(sub) 4층(layer)(Lb4)에 형성될 수 있다. 하부 3층(Lb3)은 제1 층(1110a)의 타측면에 하부 4층(Lb4)보다 가까이 배치될 수 있다. 하부 4층(Lb4)은 제1 층(1110a)의 타측면에 하부 3층(Lb3)보다 멀리 배치될 수 있다.
제1 층(1110a)의 일측면의 제1 영역(R1)에 형성된 제1 도전 패턴(1110)의 영역은 다층 기판 내부에 배치된 제1 급전 패턴(1110f)과 제1 영역(R1)의 어느 한 영역에서 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 층들(1120b) 중 어느 한 층인 하부 1층(Lb1)에 형성된 제2 도전 패턴(1151f)은 다층 기판 내부에 배치된 제2 급전 패턴(1120f)과 하부 1층(Lb1)의 어느 한 영역에서 전기적으로 연결될 수 있다. 제3 층들(1130a) 중 어느 한 층인 하부 3층(Lb3)에 형성된 제4 도전 패턴(1140)의 어느 한 영역에서 다층 기판의 그라운드와 연결될 수 있다.
제1 영역(R1)에 형성된 제 1 도전 패턴(1110)의 간격(W1v)은 다층 기판의 그라운드에 연결되는 제4 도전 패턴(1110g)의 간격(W1, W2) 보다 좁게(narrower) 형성될 수 있다.
제2 층들(1120b) 중 다른 한 층인 하부 2층(Lb2)에 형성된 제 3 도전 패턴(1150)은 제1 서브 패턴(1152f), 제2 서브 패턴(1150p)과 제3 서브 패턴(1150g)으로 형성될 수 있다. 제1 서브 패턴(1152f)은 제2 도전 패턴(1151f)과 제1 비아 홀(1150v)로 연결될 수 있다. 제3 서브 패턴(1150g)의 일 영역은 다층 기판의 그라운드와 연결될 수 있다. 제1 서브 패턴(1152f)과 제3 서브 패턴(1150g)은 제2 서브 패턴(1150p)에 의해 연결될 수 있다.
제2 서브 패턴(1150p)의 길이는 제1 서브 패턴(1152f)과 제3 서브 패턴(1150g) 사이의 갭의 간격(Ga)보다 길게 형성될 수 있다. 이에 따라, 루프 형상으로 구현된 수평 편파 안테나는 파이(p) 형상의 루프 안테나로 구현될 수 있다. 제2 서브 패턴(1150p)은 제1 서브 패턴(1152f)과 제3 서브 패턴(1150g) 사이의 패턴 영역과 연결되는 두 부분들로부터 양측으로 연장되는 패턴 영역들(1150p1, 1150p2)로 형성될 수 있다.
다층 기판의 제1 영역(R1)에 형성된 제1 도전 패턴(1110)은 제1 서브 패턴(1152f)과 제 3 서브 패턴(1150g)의 사이의 가운데 영역에 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 도전 패턴(1110)이 제1 서브 패턴(1152f)과 제 3 서브 패턴(1150g) 중 어느 한 영역으로 오프셋된 구조보다 간섭 수준을 저감할 수 있다. 따라서, 수직 편파 안테나로 동작하는 제1 도전 패턴(1110)의 급전 패턴과 수평 편파 안테나 간의 간섭 수준을 저감할 수 있다.
제4 도전 패턴(1110g)은 다층기판의 그라운드 중 어는 한 곳과 연결되는 제4 서브 패턴(1111g)과 제2 비아 홀들(1100v)과 연결되는 제5 서브 패턴(1112g)으로 형성될 수 있다. 제4 도전 패턴(1110g)의 일부인 제4 서브 패턴(1111g)의 간격은 제3 층들(1130b) 중 하부 4층(Lb4)에 형성된 제5 도전 패턴(1130)의 간격보다 좁게(narrower) 형성될 수 있다. 제5 도전 패턴(1130)의 길이는 제4 도전 패턴(1110g)의 제4 서브 패턴(1111g)의 길이보다 짧게(shorter) 형성될 수 있다.
제5 도전 패턴(1130)의 일 끝 영역은 제5 서브 패턴(1112g)과 복수의 비아 홀들의 복수의 열(1121v 내지 1123v)로 전기적으로 연결되도록 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 열로 배치된 복수의 비아 홀들(1100v)은 제1 비아 홀들(1121v), 제2 비아 홀들(1122v) 및 제3 비아 홀들(1123v)을 포함하도록 구성될 수 있다.
제1 도전 패턴(1110), 제4 도전 패턴(1110g), 상기 제5 도전 패턴(1130)과 복수의 비아 홀들(1100v)은 수평 편파를 갖는 안테나 소자로 동작할 수 있다. 제2 도전 패턴(1151f) 및 제3 도전 패턴(1150)은 수평 편파를 갖는 안테나 소자로 동작할 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 이중 편파 안테나로 구현되는 안테나 모듈은 전자 기기 내에 배열 안테나로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 19a는 복수의 배열 안테나들로 형성된 안테나 모듈이 전자 기기에 배치된 구조를 나타낸다. 도 19b는 도 19a의 복수의 배열 안테나 모듈을 확대한 도면이다.
도 1 내지 도 19b를 참조하면, 배열 안테나는 제1 안테나 모듈(1100-1) 및 제1 안테나 모듈(1100-1)에 제1 수평 방향으로 소정 간격 이격되어 배치되는 제2 안테나 모듈(1100-2)을 포함할 수 있다. 한편, 안테나 모듈의 개수는 2개에 한정되는 것은 아니고 도 20b와 같이 3개 이상으로 구현될 수도 있다. 따라서, 안테나 모듈은 제1 안테나 모듈(1100-1) 내지 제3 안테나 모듈(1100-3)을 포함하도록 구성될 수 있다.
도 5 내지 도 6c의 프로세서(1400)는 제1 및 제2 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 안테나 모듈(1100-1)을 이용하여 수평 방향에서 제1 방향으로 제1 빔을 형성할 수 있다. 또한, 제2 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 안테나 모듈(1100-1, 1100-2)을 이용하여 제3 방향으로 제3 빔을 형성할 수 있다. 이와 관련하여, 프로세서(1400)는 제1 및 제2 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 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, ... , 1x8 배열 안테나로 구성될 수 있다.
한편, 도 20은 실시 예들에 따른 전자 기기의 특정 위치에서 서로 다른 결합 구조로 결합된 안테나 모듈을 나타낸다. 도 20(a)를 참조하면, 안테나 모듈(1100)은 디스플레이(151) 하부 영역에 디스플레이(151)와 실질적으로 수평하게 배치될 수 있다. 이에 따라, 복수의 배열 안테나 모듈 중 어느 하나의 배열 안테나를 통해 전자 기기의 하부 방향으로 빔(B1)을 생성할 수 있다. 한편, 복수의 배열 안테나 모듈 중 다른 하나의 배열 안테나를 통해 전자 기기의 전면 방향으로 다른 빔(B2)를 생성할 수 있다.
도 20(b)를 참조하면, 배열 안테나 모듈(1100)은 디스플레이(151) 하부 영역에 디스플레이(151)와 실질적으로 수직하게 배치될 수 있다. 배치될 수 있다. 이에 따라, 복수의 배열 안테나 모듈 중 어느 하나의 배열 안테나를 통해 전자 기기의 전면 방향으로 빔(B2)을 생성할 수 있다. 한편, 복수의 배열 안테나 모듈 중 다른 하나의 배열 안테나를 통해 전자 기기의 하부 방향으로 다른 빔(B1)를 생성할 수 있다.
도 20(c)를 참조하면, 안테나 모듈(1100)은 기구 구조에 해당하는 후면 케이스(1001)의 내부에 배치될 수도 있다. 후면 케이스(1001)의 내부에 디스플레이(151)와 실질적으로 평행하게 배치될 수 있다. 이에 따라, 복수의 배열 안테나 모듈 중 어느 하나의 배열 안테나를 통해 전자 기기의 하부 방향으로 빔(B1)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 이중 편파 안테나로 구현된 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기에 대해 설명하였다. 이중 편파 안테나로 구현되는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기의 기술적 효과는 다음과 같다.
실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역에서 동작하는 이중 편파 안테나가 구현된 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기를 제공할 수 있다.
실시 예에 따르면, FPCB의 도전 패턴과 PCB 일 측에 구현되는 비아 구조 및 도전 패턴을 통해 방사하는 PCB의 일 측에서 안테나를 구현할 수 있다.
실시 예에 따르면, 수평 편파 안테나와 수직 편파 안테나로 동작하는 이중 편파 안테나가 PCB의 일 측을 통해 방사되는 이중 편파 엔드-파이어 안테나를 제공할 수 있다.
실시 예에 따르면, FPCB와 PCB에 형성되는 상단 폴과 하단 폴로 형성되는 비대칭 다이폴 안테나를 통해 수직 편파 안테나를 제공할 수 있다.
실시 예에 따르면, FPCB를 PCB에 대해 수직하게 형성하고, FPCB의 도전 패턴과 PCB의 도전 패턴 및 수직 비아를 통해 수직 편파를 구현하기에 부족한 PCB 높이에서도 수직 편파를 구현할 수 있다.
실시 예에 따르면, 수직 편파의 성능을 향상시키기 위해 하나의 폴은 FPCB에 방사체를 구현하고, 다른 하나의 폴은 PCB에 구현하여 면적을 증대시켜 안테나의 방사성능을 향상시킬 수 있다.
실시 예에 따르면, 수직 편파 안테나 및 수평 편파 안테나가 중첩된 영역에 형성되어 제한된 기판 영역 내에 안테나가 차지하는 면적을 최소화할 수 있다.
실시 예에 따르면, 안테나 모듈을 전자 기기의 하부에 최적으로 배치하여 주변 전자 기기와 무선 통신을 수행하기 위한 것이다.
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. 전술한 본 명세서와 관련하여, 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 및 이를 제어하는 전자 기기의 설계 및 이의 구동은 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다.
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. 복수의 유전 물질로 이루어진 다층 기판과 도전 패턴으로 이루어진 안테나 모듈에 있어서,
    상기 다층기판은 연성(flexible)의 제1 재질로 이루어진 제1 층(layer);
    상기 제1 층(layer)의 일측면에 형성된 강성(rigid)의 제2 재질로 이루어진 복수의 층으로 이루어진 제2 층들(layers);
    상기 제1층의 타측면에 형성된 상기 강성(rigid)의 제2 재질로 이루어진 복수의 층으로 이루어진 제3 층(layers)들을 포함하고,
    상기 제1층은 상기 제2 층들과 상기 제3 층들과 병렬로 형성되는 제1 영역과 상기 제2 층들과 상기 제3 층들과 수직으로 형성되는 제2영역으로 이루어져 있고,
    상기 제1층의 상기 일측면의 제1 영역과 제2 영역에서 상기 일측면 상에 형성되어 신호를 송수신 하는 제1 도전 패턴,
    상기 제2 층들 중 어느 한 층인 하부(sub) 1층(layer)에 형성된 제2 도전 패턴과 상기 제2 층들 중 다른 한 층인 하부(sub) 2층(layer)에 형성된 제 3 도전 패턴은 제1 비아 홀(via hole)로 서로 연결되고,
    상기 하부 1층은 상기 제1 층의 상기 일측면에 가까이 배치되고, 상기 하부 2층은 상기 1 층의 상기 일측면에 상기 하부 1층보다 멀리 배치되고,
    상기 제3 층들 중 어느 한 층인 하부(sub) 3층(layer)에 형성된 제4 도전 패턴과 상기 제3 층들 중 다른 한 층인 하부(sub) 4층(layer)에 형성된 제5 도전 패턴은 제2 비아 홀(via hole)들로 서로 연결되고,
    상기 하부 3층은 상기 1층의 상기 타측면에 가까이 배치되고, 상기 하부 4층은 상기 1층의 상기 타측면에서 상기 하부 3층보다 멀리 배치되는, 안테나 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 층의 상기 일측면의 제1 영역에 형성된 제1 도전 패턴의 영역은 상기 기판 내부에 배치된 제1 급전 패턴과 상기 제1 영역의 어느 한 영역에서 전기적으로 연결되고,
    상기 제2 층들 중 어느 한 층인 하부(sub) 1층(layer)에 형성된 상기 제2 도전 패턴은 상기 기판 내부에 배치된 제2 급전 패턴과 상기 하부 1층의 어느 한 영역에서 전기적으로 연결되고,
    상기 제3 층들 중 어느 한 층인 하부(sub) 3층(layer)에 형성된 제4 도전 패턴의 어느 한 영역에서 다층 기판의 그라운드와 연결되는, 안테나 모듈.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 영역에 형성된 상기 제1 도전 패턴의 간격은 상기 다층 기판의 그라운드에 연결되는 상기 제4 도전 패턴의 간격 보다 좁은(narrower), 안테나 모듈.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 층들 중 다른 한 층인 하부(sub) 2층(layer)에 형성된 제 3 도전 패턴은 제1 서브 패턴, 제2 서브 패턴과 제3 서브 패턴으로 형성되고,
    상기 제1 서브 패턴은 상기 제2 도전 패턴과 상기 제1 비아 홀로 연결되고,
    상기 제 3 서브 패턴의 일 영역은 상기 기판의 그라운드와 연결되고,
    상기 제1 서브 패턴과 상기 제 3 서브 패턴은 상기 제2 서브 패턴에 의해 연결되는, 안테나 모듈.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제2 서브 패턴의 길이는 상기 제1 서브 패턴과 상기 제3 서브 패턴 사이의 갭의 간격보다 길게 형성되는, 안테나 모듈.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 서브 패턴은 상기 제1 서브 패턴과 상기 제 3 서브 패턴 사이의 패턴 영역과 연결되는 두 부분들로부터 양측으로 연장되는 패턴 영역들로 형성되는, 안테나 모듈.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 영역에 형성된 상기 제1 도전 패턴은 상기 제1 서브 패턴과 상기 제 3 서브 패턴의 사이의 가운데 영역에 형성되는, 안테나 모듈.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제4 도전 패턴은 상기 다층기판의 그라운드 중 어는 한 곳과 연결되는 제4 서브 패턴과 상기 제2 비아 홀들과 연결되는 제5 서브 패턴으로 형성되고,
    상기 제4 도전 패턴의 일부인 상기 제4 서브 패턴의 간격은 상기 제3 층들 중 상기 하부(sub) 4층(layer)에 형성된 상기 제5 도전 패턴의 간격보다 좁은(narrower), 안테나 모듈.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제5 도전 패턴의 길이는 상기 제4 도전 패턴의 상기 제4 서브 패턴의 길이보다 짧은(shorter), 안테나 모듈.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 제5 도전 패턴의 일 끝 영역은 상기 제5 서브 패턴과 복수의 비아 홀들의 복수의 열로 전기적으로 연결되도록 형성되는, 안테나 모듈.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 도전 패턴, 상기 제4 도전 패턴, 상기 제5 도전 패턴과 상기 복수의 비아 홀들은 수평 편파를 갖는 안테나 소자로 동작하고,
    상기 제2 도전 패턴 및 상기 제3 도전 패턴은 수평 편파를 갖는 안테나 소자로 동작하는, 안테나 모듈.
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 제3 도전 패턴의 제1 높이는 1mm를 기준으로 소정 범위 내에서 형성되고,
    상기 복수의 비아 홀들로 구현된 비아 구조의 상기 제4 도전 패턴과 상기 제5 도전 패턴 사이의 제2 높이는 0.3mm를 기준으로 소정 범위 내에서 형성되는, 안테나 모듈.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제4 도전 패턴의 상기 제4 서브 패턴은 제1 너비로 형성되고, 상기 제4 도전 패턴의 상기 제5 서브 패턴은 상기 제1 너비보다 넓은 제2 너비로 형성되고,
    상기 비아 구조는 상기 제4 서브 패턴과 상기 제5 도전 패턴을 제1 축 방향에서 연결하도록 소정 간격 이격되어 배치된 복수의 비아 홀들을 포함하고,
    상기 제5 서브 패턴의 상기 제2 너비는 0.2mm 내지 1.0mm 사이의 범위로 형성되는, 안테나 모듈.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 안테나 소자는 상기 제1 축 방향으로 복수 개 배치되어 배열 안테나를 구성하고,
    상기 배열 안테나의 제1 수평 편파 안테나 소자 내지 제4 수평 편파 안테나 소자는 상기 제1 축 방향으로 수평 편파를 갖는 빔 포밍된 제1 무선 신호를 방사하도록 구성되고,
    상기 배열 안테나의 제1 수직 편파 안테나 소자 내지 제4 수직 편파 안테나 소자는 상기 제1 축 방향으로 수직 편파를 갖는 빔 포밍된 제2 무선 신호를 방사하도록 구성되는, 안테나 모듈.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 다층 기판의 PCB의 내측 영역에 형성된 그라운드 월의 상단 부의 그라운드 패턴에 배치되는 쉴드 캔(shield can)을 더 포함하고,
    상기 쉴드 캔과 FPCB에 형성된 상기 제3 도전 패턴까지의 거리(d)는 (0.17+n)*λ0 < d < (0.33+n)*λ0 사이의 범위로 형성되는, 안테나 모듈.
  16. 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기에 있어서,
    상기 전자 기기의 측면 영역을 형성하는 메탈 프레임;
    상기 메탈 프레임의 일 측에 형성되는 유전체 케이스; 및
    상기 유전체 케이스의 내부 영역에 배치되고, 상기 유전체 케이스의 내측 면과 마주보게 배치되고, 복수의 유전 물질로 이루어진 다층 기판과 도전 패턴으로 이루어진 안테나 모듈을 포함하고,
    상기 다층기판은 연성(flexible)의 제1 재질로 이루어진 제1 층(layer);
    상기 제1 층(layer)의 일측면에 형성된 강성(rigid)의 제2 재질로 이루어진 복수의 층으로 이루어진 제2 층들(layers);
    상기 제1층의 타측면에 형성된 상기 강성(rigid)의 제2 재질로 이루어진 복수의 층으로 이루어진 제3 층(layers)들을 포함하고,
    상기 제1층은 상기 제2 층들과 상기 제3 층들과 병렬로 형성되는 제1 영역과 상기 제2 층들과 상기 제3 층들과 수직으로 형성되는 제2영역으로 이루어져 있고,
    상기 제1층의 상기 일측면의 제1영역과 제2영역에서 상기 일측면 상에 형성되어 신호를 송수신 하는 제1 도전 패턴,
    상기 제2 층들 중 어느 한 층인 하부(sub) 1층(layer)에 형성된 제2 도전 패턴과 상기 제2 층들 중 다른 한 층인 하부(sub) 2층(layer)에 형성된 제 3 도전 패턴은 제1 비아 홀(via hole)로 서로 연결되고,
    상기 하부 1층은 상기 제1층의 상기 일측면에 가까이 배치되고, 상기 하부 2층은 상기 1층의 상기 일측면에 상기 하부 1층보다 멀리 배치되고,
    상기 제3 층들 중 어느 한 층인 하부(sub) 3층(layer)에 형성된 제4 도전 패턴과 상기 제3 층들 중 다른 한 층인 하부(sub) 4층(layer)에 형성된 제5 도전 패턴은 제2 비아 홀(via hole)들로 서로 연결되고,
    상기 하부 3층은 상기 1층의 상기 타측면에 가까이 배치되고, 상기 하부 4층은 상기 1층의 상기 타측면에서 상기 하부 3층보다 멀리 배치되는, 전자 기기.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 제1층의 상기 일측면의 제1영역에 형성된 제1 도전 패턴의 영역은 상기 기판 내부에 배치된 제1 급전 패턴과 상기 제1 영역의 어느 한 영역에서 전기적으로 연결되고,
    상기 제2 층들 중 어느 한 층인 하부(sub) 1층(layer)에 형성된 상기 제2 도전 패턴은 상기 기판 내부에 배치된 제2 급전 패턴과 상기 하부 1층의 어느 한 영역에서 전기적으로 연결되고,
    상기 제3 층들 중 어느 한 층인 하부(sub) 3층(layer)에 형성된 제4 도전 패턴의 어느 한 영역에서 다층 기판의 그라운드와 연결되는, 전자 기기.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 영역에 형성된 상기 제1 도전 패턴의 간격은 상기 다층 기판의 그라운드에 연결되는 상기 제4 도전 패턴의 간격 보다 좁은(narrower), 전자 기기.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 제2 층들 중 다른 한 층인 하부(sub) 2층(layer)에 형성된 제 3 도전 패턴은 제1 서브 패턴, 제2 서브 패턴과 제3 서브 패턴으로 형성되고,
    상기 제1 서브 패턴은 상기 제2 서브 패턴과 상기 제1 비아 홀로 연결되고,
    상기 제 3 서브 패턴의 일 영역은 상기 기판의 그라운드와 연결되고,
    상기 제1 서브 패턴과 상기 제 3 서브 패턴은 상기 제2 서브 패턴에 의해 연결되는, 전자 기기.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 제2 서브 패턴의 길이는 상기 제1 서브 패턴과 상기 제3 서브 패턴 사이의 갭의 간격보다 길게 형성되는, 전자 기기.
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