WO2024135890A1 - 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기 - Google Patents

안테나 모듈을 구비하는 전자 기기 Download PDF

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WO2024135890A1
WO2024135890A1 PCT/KR2022/021094 KR2022021094W WO2024135890A1 WO 2024135890 A1 WO2024135890 A1 WO 2024135890A1 KR 2022021094 W KR2022021094 W KR 2022021094W WO 2024135890 A1 WO2024135890 A1 WO 2024135890A1
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WO
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conductive pattern
pattern
antenna
sub
layers
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PCT/KR2022/021094
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우승민
서유석
이동익
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엘지전자 주식회사
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  • This specification relates to an antenna module and an electronic device including the same.
  • Particular implementations relate to antenna modules implemented as vertically 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 in 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 vertically polarized 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 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 performance of vertical polarization by implementing one pole as an radiator on the FPCB and the other pole on the PCB to increase the area and improve the radiation performance.
  • 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 may include a multilayer substrate made of a plurality of dielectric materials and conductive patterns.
  • the multilayer substrate includes a first layer made of a flexible first material; second layers composed 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 a rigid second material formed on the other side of the first layer.
  • the conductive pattern includes: a first conductive pattern formed on one side of the first layer in a first region and a second region to transmit and receive a signal; a second conductive pattern formed on the lower third layer, which is one of the third layers; and a third conductive pattern formed on the lower fourth layer, which is another one of the third layers.
  • the second and third conductive patterns may be connected through via holes.
  • the first layer may include 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 second conductive pattern and the third conductive pattern may be connected to each other through via holes.
  • the lower 3 layers may be disposed closer to the other side of the first layer, and the lower 4 layers may be disposed farther from the other side of the first layer than the lower 3 layers.
  • the spacing of the first conductive pattern formed in the first area may be narrower than the spacing of the second conductive pattern connected to the ground of the multilayer substrate.
  • the second conductive pattern may be formed of a first sub-pattern connected to one of the grounds of the multi-layer substrate and a second sub-pattern connected to the via holes.
  • the spacing of the first sub-pattern, which is part of the second conductive pattern, may be narrower than the spacing of the second sub-pattern formed in the lower (sub) fourth layer (layer) among the third layers.
  • one end area of the third conductive pattern may be electrically connected to the second sub-pattern through a plurality of rows of via holes.
  • the first height of the first conductive pattern may be formed within a predetermined range based on 1 mm.
  • the second height of the via structure between the third conductive pattern and the second conductive pattern to which the via structure formed of the via holes is connected may be formed within a predetermined range based on 0.3 mm.
  • the first height of the first conductive pattern may be formed to be higher than the second height of the via structure by a predetermined height or more.
  • the difference between the first height and the second height may be within a predetermined range based on 0.14 ⁇ 0 at 60 GHz.
  • the third width of the third conductive pattern may be formed in a range between 0.2 mm and 1.0 mm.
  • the third conductive pattern may be formed to have a third width in the first axis direction and a third length in a second axis direction perpendicular to the first axis direction.
  • the third width of the third conductive pattern may be formed to be equal to the second width of the second sub-pattern.
  • the third conductive pattern may be formed to have the third length from one end to the other end.
  • the third conductive pattern may be connected to the second sub-pattern through the via holes at a point adjacent to the one end of the third conductive pattern.
  • the other end of the third conductive pattern may be formed to a point adjacent to the end of a ground wall formed in a multi-layer structure in the inner area of the PCB.
  • the antenna module may further include at least one conductive pad disposed between the second sub-pattern and the third conductive pattern.
  • the via holes arranged in the first axis direction are formed vertically in a third axis direction to connect the second sub-pattern and the at least one conductive pad, and connect the at least one conductive pad and the third conductive pattern. It may be formed vertically in the third axis direction to connect.
  • the second conductive pattern may further include a third sub-pattern formed at an end of the second sub-pattern to have a fourth width in the first axis direction and a fourth length in the second axis direction.
  • the second sub-pattern may form a first ground pad connected to a plurality of via holes in the first axis direction.
  • the third sub-pattern may form a second ground pad extending from an end of the first ground pad.
  • the signal transmitted through the feed line may be transmitted to the first conductive pattern by the second ground pad extending from the first ground pad.
  • the one end of the PCB may be formed to be spaced apart from the flexible substrate made of the flexible material by a gap of a predetermined width.
  • the width of the gap may be 0.3 mm or less.
  • the first conductive pattern, the second conductive pattern, the via structure, and the third conductive pattern may operate as an antenna element having vertical polarization in a millimeter wave frequency band.
  • a plurality of antenna elements may be arranged in the first axis direction to form an array antenna.
  • the first to fourth antenna elements of the array antenna may be configured to radiate a beam-formed radio signal in the first axis direction.
  • the antenna module may further include a shield can disposed on the ground pattern at the top of the ground wall of the PCB.
  • the distance (d) between the shield can and the flexible substrate may be in the range of (0.17+n)* ⁇ 0 ⁇ d ⁇ (0.33+n)* ⁇ 0 .
  • An electronic device including an antenna module includes a metal frame forming a side area of the electronic device; a dielectric case formed on one side of the metal frame; And it may include an antenna module disposed in the inner area of the dielectric case and disposed to face the inner surface of the dielectric case.
  • the antenna module may include a multilayer substrate made of a plurality of dielectric materials and conductive patterns.
  • 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 a rigid second material formed on the other side of the first layer.
  • the conductive pattern includes: a first conductive pattern formed on one side of the first layer in a first region and a second region to transmit and receive a signal; a second conductive pattern formed on a sub-third layer, which is one of the third layers; and a third conductive pattern formed on the lower (sub) fourth layer, which is another one of the third layers.
  • the first layer may include 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 second conductive pattern and the third conductive pattern may be connected to each other through via holes.
  • the lower 3 layers may be disposed closer to the other side of the first layer, and the lower 4 layers may be disposed farther from the other side of the first layer than the lower 3 layers.
  • the spacing of the first conductive pattern formed in the first area may be narrower than the spacing of the second conductive pattern connected to the ground of the multilayer substrate.
  • the second conductive pattern may be formed of a first sub-pattern connected to one of the grounds of the multi-layer substrate and a second sub-pattern connected to the via holes.
  • the spacing of the first sub-pattern, which is part of the second conductive pattern, may be narrower than the spacing of the second sub-pattern formed in the lower (sub) fourth layer (layer) among the third layers.
  • one end area of the third conductive pattern may be electrically connected to the second sub-pattern through a plurality of rows of via holes.
  • an antenna module implementing a vertically polarized 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 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.
  • 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
  • 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 the antenna excluding the dielectric area of the PCB.
  • Figure 8 shows various configurations in which a PCB and FPCB on which a power supply pattern and a ground pattern are formed are connected.
  • Figures 9a and 9b show the joint structure of the PCB and FPCB constituting the antenna module according to the present specification.
  • Figures 10a and 10b show a structure in which a sub-pattern of the first conductive pattern is formed on the other side of the FPCB of the antenna module according to an embodiment.
  • 11A and 11B show the bottom pole structure of a vertically polarized antenna with an inverted C-shaped structure in which the third conductive pattern is connected to the second conductive pattern through a via structure according to the present specification.
  • Figure 12a shows the reflection coefficient according to the change in the extension length of the third conductive pattern of the lower pole of the vertically polarized antenna.
  • Figure 12b shows the reflection coefficient according to the change in the width of the third conductive pattern of the bottom pole of the vertically polarized antenna.
  • Figure 13a shows a side view of a vertically polarized antenna with different numbers of vias in the first axis direction of the via structure of the lower pole.
  • FIG. 13B shows the impedance characteristics of the vertically polarized antenna with different numbers of vias in the first axis direction of FIG. 13A on a Smith chart.
  • Figures 14a and 14b show via structures in which the bottom pole of the vertically polarized antenna according to the present specification is disposed at different positions on the PCB.
  • FIG. 15A shows a front view and current distribution of the second conductive pattern of FIG. 14B.
  • Figure 15b shows the electric field distribution of the vertically polarized antenna structure of Figure 14b.
  • Figure 16a shows a structure in which an FPCB vertically coupled to a PCB according to the present specification is spaced apart at a predetermined gap interval.
  • Figure 16b compares reflection coefficient characteristics according to the gap distance between the FPCB and PCB of Figure 16a.
  • Figure 17a shows an antenna module implemented as a vertical polarization array antenna according to an embodiment.
  • FIG. 17b shows a structure in which a shield can is disposed on the top of the PCB of the antenna module of FIG. 17a.
  • FIG. 18A shows a front view of the array antenna module on which the shield can of FIG. 17B is disposed.
  • FIG. 18B shows a side view of the array antenna module in which the shield can of FIG. 18A is disposed.
  • Figure 18c shows the change in gain of the array antenna according to the change in the distance between the shield can and the vertical polarization antenna of Figures 17b to 18b.
  • Figure 19 shows an electronic device including an antenna module disposed inside a dielectric case according to the present specification.
  • Figure 20a shows a structure in which an antenna module formed of a plurality of array antennas is disposed in an electronic device.
  • FIG. 20B is an enlarged view of the plurality of array antenna modules of FIG. 20A.
  • FIG. 21 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 may include the 802.11ay band in the 60 GHz band.
  • 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 from 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 for controlling 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.
  • an 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 perform spatial processing on the outputs of the transceivers 226-1 to 226-N to restore data symbols.
  • 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 create 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 Figure 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 vertically 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 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.
  • 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 the 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.
  • FPCB (1100a) may include multiple layers.
  • the FPCB 1100a may include a first conductive pattern 1110 and a second layer La2 disposed on the first layer La1.
  • the antenna module 1100 may operate as a vertically polarized antenna (V-ANT).
  • V-ANT vertically polarized antenna
  • the vertically polarized antenna (V-ANT) may be configured to include a first conductive pattern 1110, a via structure 1100v, and a third conductive pattern 1130.
  • 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. 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 1100d 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 an end of the ground line 1100d of the dielectric region 1100d of the second structure.
  • a sub-pattern of the first conductive pattern may be formed in parallel with the first conductive pattern in the FPCB 1100a of the second structure. The sub-pattern of the first 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 third 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 third 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.
  • V-ANT vertically polarized antenna
  • PCB (1100b) and an FPCB (1100a) implemented with a multilayer substrate.
  • the feeding method of the feeding line 1110f of the vertically polarized antenna (V-ANT) consisting of the upper pole and the lower pole according to the present specification can be performed in two ways.
  • the first conductive pattern 1110, which is the upper pole, may be connected to the feed line 1110f
  • the third conductive pattern 1130 which is the lower pole
  • Different feeding lines may be connected to the upper pole and lower pole, respectively, like a differential feeding method.
  • the phase between different feed lines may be configured to have a difference of 180 degrees.
  • Figures 9a and 9b show the joint structure of the PCB and FPCB constituting the antenna module according to the present specification.
  • FIGS. 9A and 9B show a structure in which a PCB (1100b) is bonded to an FPCB (1100a) constituting an antenna module according to the present specification, and the FPCB (1100a) is bent vertically.
  • the PCB (1100b) and the FPCB (1100a) are formed in an integrated structure.
  • Figure 9a(a) shows a stacked structure of an FPCB (1100a) in which copper (1120a, 1130a) is formed on the top and bottom of polyimide (1110a).
  • Polyimide (1110a) is a polymer material and is the raw material of the FPCB (1100a) to form a dielectric layer, and a metal layer such as copper may be formed on the top and bottom of the dielectric layer.
  • Figure 9a(b) shows a structure in which a rigid PCB (1100b) is bonded to an FPCB (1100a).
  • Prepreg dielectrics (D1, D2) and copper (C1, C2) are stacked only on the PCB area (1100b) of the antenna module, so that the antenna module has a first area made of the PCB (1100b) and a second area made of the FPCB (1100a).
  • Prepreg dielectrics (D1, D2) may be formed of materials such as FR4 or LTCC, but are not limited thereto.
  • Figure 9b(a) shows PLSR (Solder Resist), a protective layer (PL), and coverlays (CL1, CL2) to prevent oxidation of copper in the areas of the rigid PCB PCB (1100b) and FPCB (1100a). It is an additionally stacked stack-up shape. Coverlay adhesives (CA1, CA2) may be formed to adhere the coverlays (CL1, CL2) of the FPCB (1100a) to the copper (1120a, 1130a).
  • the PCB (1100b) and the FPCB (1100a) may be composed of two or more layers.
  • the FPCB (1100a) may correspond to some of the total layers of the PCB (1100b).
  • the stack-up structure in FIG. 9b(b) is a joint structure of a PCB (1100b) and an FPCB (1100a) in which a vertically polarized antenna is implemented.
  • FIGS. 10A and 10B show a structure in which a sub-pattern of the first conductive pattern is formed on the other side of the FPCB of the antenna module according to an embodiment.
  • the first conductive pattern 1110 on one side of the FPCB 1100a may be connected to the power supply line 1110f of the PCB 1100b.
  • a sub-pattern 1120a of the first conductive pattern may be formed on the other side of the FPCB 1100a.
  • the sub-pattern 1120a of the first conductive pattern may be connected to the second conductive pattern 1110g of the PCB 1100b.
  • the second conductive pattern 1110g is connected to the ground of the PCB 1100b, it may also be referred to as a ground pattern or ground line.
  • the sub-pattern 1120a of the first conductive pattern may be formed so as not to overlap the area where the first conductive pattern 1110, which is the upper pole, is formed.
  • the first conductive pattern 1110 on one side of the FPCB 1100a may be connected to the power supply line 1110f of the PCB 1100b.
  • a sub-pattern 1120a of the first conductive pattern may be formed on the other side of the FPCB 1100a.
  • the sub-pattern 1120a of the first conductive pattern may be formed not to be connected to the second conductive pattern 1110g of the PCB 1100b.
  • the sub-pattern 1120a of the first conductive pattern may be connected to the first conductive pattern 1110 of the FPCB 1100a through a via structure 1120v.
  • the first conductive pattern 1110 and the sub-pattern 1120a of the first conductive pattern are combined to expand the spatial area occupied by the antenna, thereby improving the bandwidth characteristics and efficiency characteristics of the vertically polarized antenna.
  • a sub-pattern 1120a of the first conductive pattern may be formed to overlap the area where the first conductive pattern 1110, which is the upper pole, is formed.
  • the vertically polarized antenna of the antenna module according to the present specification has a C-shaped or inverted C-shaped structure in which, in addition to the first conductive pattern that is the upper pole, the third conductive pattern that is the lower pole is connected to the second conductive pattern that operates as a ground through a via structure.
  • FIGS. 11A and 11B show the bottom pole structure of a vertically polarized antenna with an inverted C-shaped structure in which the third conductive pattern is connected to the second conductive pattern through a via structure according to the present specification.
  • FIGS. 11a and 11b are sequential illustrations of the inverted C-shaped structural description of the lower part.
  • a structure in which the length of the second conductive pattern 1110g is longer than the length of the third conductive pattern 1130 may be defined as an inverted C-shaped structure.
  • the second conductive pattern 1110g may include a first sub-pattern 1111g and a second sub-pattern 1112g.
  • the first sub-pattern 1111g may be formed to have a first width W1 in the first axis direction.
  • the first sub-pattern 1111g may be formed to have a first length L1 in the second axis direction.
  • the second sub-pattern 1112g may be formed to have a second width W2 that is wider than the first width W1 in the first axis direction.
  • the second sub-pattern 1112g may be formed to have a second length (L2) shorter than the first length (L1) in the second axis direction.
  • the first sub-pattern 1111g and the second sub-pattern 1112g are connected to the ground of the PCB 1100b and may be referred to as a first ground line (pattern) and a second ground line (pattern).
  • the second conductive pattern 1110g is vertically expanded by the via structure 1100v including a plurality of vias formed in the first axis direction and the third axis direction. It can be.
  • a multi-layer structure is formed by the via structure (1100v), and via pads in each layer can be electrically connected. Via pads exist in each layer, and are composed of two or more layers.
  • the second sub-pattern 1112g and one of the ground pads 1131p may be vertically connected through a plurality of vias in the first axis direction.
  • the ground pads 1131p and 1132p may be vertically connected to a plurality of vias in the first axis direction.
  • the ground pads 1132p and 1133p may be vertically connected to a plurality of vias in the first axis direction. Accordingly, a plurality of vias spaced apart in the first axis direction are stacked in the third axis direction to form a via structure 1100v.
  • a plurality of via pads may be arranged in the third axis direction so that a plurality of vias are stacked in the third axis direction.
  • the lower pole has an overall inverted C-shaped structure from the second conductive pattern 1110g to the bi structure 1100v implemented with a plurality of vias and via pads and the third conductive pattern 1130 which is an extended pad structure.
  • the third conductive pattern 1130 may be formed to have a third width W3 in the first axis direction.
  • the third conductive pattern 1130 may be formed to have a third length L3 in the second axis direction.
  • this is the shape of the asymmetric dipole antenna that is finally constructed.
  • the feed line 1110f of the top pole stably transmits signals by the second conductive pattern 1110g of the bottom pole, and electromagnetic waves are radiated by the top and bottom poles.
  • the first height h1 of the first conductive pattern 1110 constituting the upper pole may be formed to be 1 mm.
  • the second height (h2) of the bottom pole via structure (1100v) may be formed to be 0.3 mm.
  • the difference between the first height h1 of the first conductive pattern 1110 and the second height h2 of the via structure 1100v may be about 0.7 mm. Accordingly, the difference between the first height h1 of the first conductive pattern 1110 and the second height h2 of the via structure 1100v is about 0.14 ⁇ 0 in electrical length in the operating frequency band of 60 GHz.
  • antenna performance may change depending on the extended length and width of the third conductive pattern of the bottom pole of the vertically polarized antenna according to the present specification.
  • Figure 12a shows the reflection coefficient according to the change in the extended length of the third conductive pattern of the bottom pole of the vertically polarized antenna.
  • Figure 12b shows the reflection coefficient according to the change in the width of the third conductive pattern of the bottom pole of the vertically polarized antenna.
  • the width of the second sub-pattern may also change correspondingly.
  • the operating frequency band of the antenna can be determined by adjusting the length of the third conductive pattern 1130, which is an extended pad. This is because when the length of the expansion pad increases, the operating frequency of the antenna moves downward, and when the length of the expansion pad decreases, the operating frequency of the antenna moves upward.
  • the length L3 of the third conductive pattern 1130 which is an expansion pad
  • the center frequency of the antenna's operating frequency band moves downward from 68 GHz to 59 GHz to 9 GHz.
  • the length of the third conductive pattern 1130 which is an expansion pad, may be defined as the length from the ends of the other via pads to the ends of the third conductive pattern 1130.
  • the width of the lower pole means the width of the via pads connected to the via structure 1100v and the width W3 of the third conductive pattern 1130, which is an expansion pad.
  • the size of the inverted C-shaped antenna can be reduced by increasing the width of the bottom pole. This is because changing the width of either will affect the operating frequency of the antenna. For example, as the width of the bottom pole decreases, the resonant frequency moves upward, and as the width of the bottom pole increases, the resonant frequency moves downward. Therefore, the length of the expansion pad can be reduced by increasing the width of the lower pole.
  • the width (W3) of the third conductive pattern 1130 which is an expansion pad, can be changed to 0.2 mm to 1 mm. It can be seen that as the width W3 of the third conductive pattern 1130 is changed from 0.2 mm to 1 mm, the center frequency of the operating frequency band moves downward by about 6 GHz from 65 GHz to 59 GHz.
  • the via structure of the lower pole of the vertically polarized antenna according to the present specification may be implemented with at least one via in the first axis direction.
  • Antenna performance can be changed by adjusting the number of vias in the first axis direction.
  • Figure 13a shows a side view of a vertically polarized antenna with different numbers of vias in the first axis direction of the via structure of the lower pole.
  • FIG. 13B shows the impedance characteristics of the vertically polarized antenna with different numbers of vias in the first axis direction of FIG. 13A on a Smith chart.
  • the vertically polarized antenna (V-ANT) implemented in the FPCB 1100a may be implemented as a dipole antenna or a monopole antenna.
  • the via structure 1100v of the lower pole may include at least one via in the first axis direction.
  • FIG. 13(a) shows a first via structure 1100v-1 in which one via is stacked in the first axis direction and in the third axis direction.
  • Figures 7c and 13(b) show a via structure (1100v) in which three vias are stacked in the first axis direction and in the third axis direction.
  • the change in reflection coefficient characteristic (S11) according to the number of vias of the vertically polarized FPCB dipole antenna is displayed on a Smith chart.
  • FIGS. 13A and 13B (i) an impedance chart of a first structure with one via in the first axis direction is formed in the upper area of the Smith chart. Therefore, the first structure with one via in the first axis direction exhibits high inductance characteristics for each frequency.
  • the second structure with two vias in the first axis direction and (iii) the third structure with three vias in the first axis direction reduce the inductance component and keep the impedance characteristic close to 50 ohm despite the frequency change. By forming it, the performance of the antenna can be improved.
  • 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 La.
  • 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 may include a first conductive pattern 1110, a second conductive pattern 1110g, and a third conductive pattern 1130.
  • 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 1110g may be formed on the lower third layer (Lb3), which is one of the third layers 1130b.
  • the third conductive pattern 1130 may be formed on the lower (sub) fourth layer (layer Lb4), which is another layer among the third layers.
  • the first conductive pattern 1110 formed on the first layer La of the FPCB 1100a may be bent at 90 degrees and connected to the first electrode layer Lb1 of the PCB 1100b.
  • the second layer La2 of the FPCB 1100a may constitute the other side of the layers.
  • the second layer La2 of the FPCB 1100a may correspond to the second electrode layer Lb2 of the PCB 1100b.
  • the first electrode layer Lb1 and the second electrode layer Lb2 may be referred to as the lower first layer and the lower second layer, respectively.
  • the lower two layers, the second electrode layer (Lb2) and the lower third layer (Lb3) may be implemented on the same plane, but are not limited to this and can be changed depending on the application.
  • the second layers 1120b and the third layers 1130b may be referred to as an upper layer structure and a lower layer structure, respectively.
  • the second layers 1120b may be formed of a hard material on the first surface of the first electrode layer Lb1.
  • the lower portions of the second layers 1120b may be formed of the first electrode layer Lb1.
  • a power supply line 1110f may be disposed on the first electrode layer Lb1 at the bottom of the second layers 1120b.
  • the third layers 1130b may be formed of a hard material on the first surface of the second electrode layer Lb2.
  • the lower portions of the third layers 1130b may be formed of the second electrode layer Lb2.
  • a second conductive pattern 1110g may be disposed on the second electrode layer Lb2 at the lower end of the third layers 1130b.
  • the third conductive pattern 1130 may be connected to the third layers 1130b through a via structure 1100v.
  • the third conductive pattern 1130 may be formed on the bottom layer (L low ) connected to the second conductive pattern 1110g in a C shape through the via structure 1100c.
  • the first conductive pattern 1110, the via structure 1100v, and the third conductive pattern 1130 may operate as a vertically polarized antenna (V-ANT) with vertical polarization in the millimeter wave frequency band.
  • V-ANT vertically polarized antenna
  • the second layers 1120b, the third layers 1130b, and the bottom layer Lb3 may be implemented as a printed circuit board (PCB) 1100b formed of a multi-layer substrate.
  • the first conductive pattern 1110 of the FPCB 1100a may be connected to a feeding line 1110f of the PCB 1100b.
  • the second layer La2 of the FPCB 1100a may correspond to the second conductive pattern 1110g disposed on the lower layer of the feed line 1110f of the PCB 1100b.
  • the sub-pattern of the first conductive pattern When a sub-pattern of the first conductive pattern is formed in the second layer (La2), the sub-pattern of the first conductive pattern will be connected to the second conductive pattern (1110g) disposed on the lower layer of the feed line (1110f) of the PCB (1100b). You can.
  • the third conductive pattern 1130 formed on the bottom layer (Llow) may be connected to the second conductive pattern 1110g of the PCB 1100b through the via structure 1100v.
  • the location where the third conductive pattern 1130 is disposed is not limited to the bottom layer (Llow), and may be any lower fourth layer (Lb4) lower than the lower third layer (Lb3).
  • the second conductive pattern 1110g and the third conductive pattern 1130 may be connected to each other through via holes.
  • Via holes may be formed as a via structure (1100v) that vertically connects adjacent layers of conductive pads.
  • the lower third layer (Lb3) may be disposed closer to the other side of the first layer (1110b) than the lower fourth layer (Lb3).
  • the lower fourth layer (Lb4) may be disposed farther than the lower third layer (Lb3) on the other side of the first layer (1110b).
  • 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 second conductive pattern 1110g connected to the ground of the multilayer substrate.
  • the second conductive pattern 1110g may be formed of a first sub-pattern 1111g connected to one of the grounds of the multilayer substrate and a second sub-pattern 1112g connected to via holes.
  • the spacing W1 between the first sub-patterns 1111g of the second conductive pattern 1110g is narrower than the spacing between the second sub-patterns 1112g formed on the lower fourth layer (Lb4) of the third layers. (narrower) can be formed.
  • the length L3 of the third conductive pattern 1130 may be shorter than the length of the first sub-pattern 1111g of the second conductive pattern 1110g.
  • One end area of the third conductive pattern 1130 may be electrically connected to the second sub-pattern 1112g and a plurality of rows 1121v to 1123v of via holes.
  • a plurality of via holes 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 height h1 of the first conductive pattern 1110 may be formed within a predetermined range based on 1 mm.
  • the second height (h2) of the via structure (1100v) between the third conductive pattern (1130) and the second conductive pattern (1110g) to which the via structure (1100v) formed of via holes is connected is within a predetermined range based on 0.3 mm. can be formed.
  • the third conductive pattern 1130 formed on the bottom layer (L low ) may be connected to the second conductive pattern 1110g of the PCB 1100b through a via structure 1100v.
  • the first height h1 of the first conductive pattern 1110 may be formed to be higher than the second height h2 of the via structure 1100v by a predetermined height or more.
  • the difference between the first height (h1) of the first conductive pattern 1110 and the second height (h2) of the via structure 1100v can be formed within a predetermined range based on 0.14 ⁇ 0 in the operating frequency band of 60 GHz. .
  • the second conductive pattern 1110g may include a first sub-pattern 1111g formed to have a first width W1.
  • the second conductive pattern 1110g of the PCB 1100b may include a second sub-pattern 1112g formed at an end of the first sub-pattern 1111g with a second width W2 wider than the first width W1. there is.
  • the via structure 1100v may be configured to connect the second sub-pattern 1112g and the third conductive pattern 1130 in the first axis direction.
  • the via structure 1100v may include a plurality of vias arranged at a predetermined distance in the first axis direction.
  • the second width W2 of the second sub-pattern 1112g may range from 0.2 mm to 1.0 mm.
  • the third conductive pattern 1130 may be formed to have a third width W3 in the first axis direction.
  • the third conductive pattern 1130 may be formed to have a third length L3 in a second axis direction perpendicular to the first axis direction.
  • the third width W3 of the third conductive pattern 1130 may be formed to be equal to the second width W2 of the second sub-pattern 1112g. Accordingly, the third width W3 of the third conductive pattern 1130 may be formed in a range between 0.2 mm and 1.0 mm.
  • the third conductive pattern 1130 may be formed to have a third length L3 from one end to the other end.
  • the third conductive pattern 1130 may be connected to the second sub-pattern 1112g through a plurality of via holes 1121v to 1123v.
  • the other end of the third conductive pattern 1130 may be formed to a point adjacent to the end of the ground wall 1100w formed as a multilayer structure in the inner region of the PCB 1100b.
  • the antenna module 1100 may further include at least one conductive pad 1131p to 1133p disposed between the second sub-pattern 1112g and the third conductive pattern 1130.
  • the ground pads 1131p and 1132p may be vertically connected to a plurality of via holes in the first axis direction.
  • the ground pads 1132p and 1133p may be vertically connected to a plurality of via holes in the first axis direction.
  • Via holes arranged in the first axis direction may be formed vertically in the third axis direction to connect the second sub-pattern 1112g and at least one conductive pad 1131p.
  • a plurality of vias arranged in the first axis direction may be formed vertically in the third axis direction to connect the conductive pad 1131p and the conductive pad 1132p.
  • a plurality of vias arranged in the first axis direction may be formed vertically in the third axis direction to connect at least one conductive pad 1132p and the third conductive pattern 1130.
  • FIGS. 14A and 14B show via structures in which the bottom pole of the vertically polarized antenna according to the present specification is disposed at different positions on the PCB.
  • FIG. 15A shows a front view and current distribution of the second conductive pattern of FIG. 14B.
  • Figure 15b shows the electric field distribution of the vertically polarized antenna structure of Figure 14b.
  • 14A shows an inverted C-shaped lower pole structure in which the end of the second conductive pattern 1110g and the end of the third conductive pattern 1130 are formed at the same point on one end of the PCB 1100b.
  • the metal pattern is exposed to the outside.
  • a via pad is disposed in the outermost area of the dielectric of the PCB (1100b) as shown in FIG. 14A, there is a possibility that a metal pattern such as copper may be exposed to the outside of the PCB (1100b) and be oxidized.
  • the via structure 1100v of FIG. 14B is formed inside the via structure 1100v of FIG. 14A.
  • the second conductive pattern 1110g will be configured to include a first sub-pattern 1111g, a second sub-pattern 1112g, and a third sub-pattern 1113g as shown in FIG. 15. You can.
  • the second sub-pattern 1112g and the third sub-pattern 1113g may be referred to as the first ground pad GP1 and the second ground pad GP2, respectively.
  • the second sub-pattern 1112g and the third sub-pattern 1113g may be referred to as a first expansion pad and a second expansion pad, respectively.
  • the second conductive pattern 1110g may further include a third sub-pattern 1113g, which is a via pad extending outward from the via structure 1100v. Therefore, when the via pad is placed inside the prepreg-type dielectric, it is possible to facilitate feeding power to the antenna by using the third sub-pattern 1113g, which is an expansion pad, in order to maintain the ground role of the feed line.
  • a third sub-pattern 1113g which is a via pad extending outward from the via structure 1100v. Therefore, when the via pad is placed inside the prepreg-type dielectric, it is possible to facilitate feeding power to the antenna by using the third sub-pattern 1113g, which is an expansion pad, in order to maintain the ground role of the feed line.
  • Figure 15a(b) shows a current distribution diagram when a signal in the 60 GHz band is transmitted through the first sub-pattern 1111g, which is the feeding ground, and the third sub-pattern 1113g, which is the second expansion pad. It can be confirmed that the current is flowing well as the intensity of the current is strongly and well distributed along the feed line 1110f, which is the central area of the first sub-pattern 1111g.
  • the electric field distribution is also formed to be higher than a critical level in the first area (R1) where the feed line (1110f) is arranged and the second area (R2), which is a radiation area where the vertically polarized antenna is formed.
  • R1 the first area where the feed line (1110f) is arranged
  • R2 the second area where the vertically polarized antenna is formed.
  • the signal is well transmitted to the antenna in the first area R1 where the feed line 1110f is placed.
  • the electric field is strongly formed upward and downward in the first area R1.
  • the second region R2 which is the radiation region
  • the direction of the electric field is well formed in the vertical direction, so that vertical polarization is well formed and radiated.
  • the first conductive pattern 1110 which is the upper pole
  • the third conductive pattern 1130 which is the lower pole
  • the shape of the second conductive pattern 1110g of the PCB 1100b may be formed to correspond to the shape of at least one conductive pad 1131p and 1132p. According to an embodiment of the present specification, the second conductive pattern 1110g may be extended as the via structure 1100v is moved to the inner area of the PCB 1100b.
  • the second conductive pattern 1110g may further include a third sub-pattern 1113g in addition to the first sub-pattern 1111g and the second sub-pattern 1112g.
  • the third sub-pattern 1113g may be formed at an end of the second sub-pattern 1112g to have a fourth width W4 in the first axis direction and a fourth length L4 in the second axis direction.
  • the second sub-pattern 1112g may form a first ground pad GP1 connected to a plurality of via holes in the first axis direction.
  • the third sub-pattern 1113g may form a second ground pad GP2 extending from an end of the first ground pad GP1.
  • the signal transmitted through the power supply line 1110f may be transmitted to the first conductive pattern 1110 by the second ground pad GP2 extending from the first ground pad GP1.
  • the FPCB (1100a) constituting the antenna module according to the present specification may be formed perpendicular to the PCB (1100b) while being coupled to the feed line (1110f) formed at the end of the PCB (1100b).
  • Figure 16a shows a structure in which the PCB and the FPCB vertically coupled according to the present specification are spaced apart at a predetermined gap interval.
  • Figure 16b compares reflection coefficient characteristics according to the gap distance between the FPCB and PCB of Figure 16a.
  • FIGS. 16A and 16B changes in antenna performance according to changes in the gap (Gw) between the PCB (1100b) and FPCB (1100a) are shown, and the operating frequency of the antenna is determined by adjusting the gap (Gw).
  • Gw gap
  • the FPCB (1100a) vertically upward, it is physically impossible to form it at a right angle so that the gap distance is 0 mm. Accordingly, a gap (Gw) interval greater than a critical level may occur, and as the gap (Gw) interval increases, the operating frequency of the antenna may be moved upward.
  • Figure 16b shows the change in reflection coefficient (S11) according to the change in gap (Gw) of the vertically polarized dipole antenna implemented on the FPCB (1100a). It can be seen that as the gap (Gw) increases by 0.1mm to 0mm, 0.1mm, 0.2mm, and 0.3mm, the resonance frequency sequentially increases from 59GHz to 64.5GHz.
  • one end of the PCB (1100b) may be formed to be spaced apart from the FPCB (1100a) made of a flexible material by a gap (Gw) of a predetermined width.
  • the width of the gap (Gw) between one end of the PCB (1100b) and the FPCB (1100a) formed perpendicularly may be formed to be 0.3 mm or less.
  • the vertically polarized antenna (V-ANT) of the present specification may be formed as a vertically polarized dipole antenna structure using an FPCB (1100a) formed vertically at one end of a PCB (11100b).
  • one pole may be formed in one layer of the FPCB 1100a and the other pole may be formed in 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.
  • the lower pole can be formed in an inverted C-shaped structure to miniaturize the antenna, and the width can be increased through the via structure (1100v). Accordingly, miniaturization of the antenna sphere can be realized by moving the impedance and operating frequency of the antenna downward.
  • an antenna module implemented as a vertically polarized antenna according to the present specification may be implemented as an array antenna.
  • Figure 17a shows an antenna module implemented as a vertically polarized array antenna according to an embodiment.
  • FIG. 17b shows a structure in which a shield can is disposed on the top of the PCB of the antenna module of FIG. 17a.
  • FIG. 18A shows a front view of the array antenna module on which the shield can of FIG. 17B is disposed.
  • FIG. 18B shows a side view of the array antenna module in which the shield can of FIG. 18A is disposed.
  • Figure 18c shows the change in gain of the array antenna according to the change in the distance between the shield can and the vertical polarization antenna of Figures 17b to 18b.
  • a shield can 1170 may be placed on the upper part of the PCB 1100b on which a 1x4 end-fire array antenna is implemented.
  • 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 PCB (1110b) on which the vertically polarized end-fire array antenna is formed.
  • 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 vertically polarized end-fire array antenna may be placed 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.
  • the first conductive pattern 1110, the second conductive pattern 1110g, the via structure 1100v, and the third conductive pattern 1130 are antenna elements having vertical polarization in the millimeter wave frequency band. It can operate as .
  • a plurality of antenna elements may be arranged in the first axis direction to form an array antenna 1100AR.
  • the array antenna 1100AR may be configured to include first to fourth antenna elements EL1 to EL4.
  • the first to fourth antenna elements EL1 to EL4 of the array antenna 1100AR may be configured to radiate a beam-formed radio signal in the first axis direction.
  • the gain of the 1x4 array antenna may change according to a change in the distance (d) between the shield can 1170 and the vertical polarization antenna (V-ANT) in the 57 to 70 GHz frequency band.
  • V-ANT vertical polarization antenna
  • the array antenna gain increases from 9.48 dB to 10.5 dB at 60 GHz.
  • the array antenna gain is maintained up to 10.19 dB at 60 GHz.
  • V-ANT vertically polarized antenna
  • the antenna module 1100 implemented as a vertically polarized antenna (V-ANT) includes a shield can (1170) disposed on the ground pattern at the top of the ground wall (1100w) of the PCB (1100b). ) may include.
  • 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. 19 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 intensity of the electric field is stronger and farther away in the vertical direction where the upper pole is disposed. Therefore, referring to FIGS. 15B and 19 , in order to minimize interference with the metal frame 1010, it is advantageous for the first conductive pattern 1110, which is the top pole, to face in the opposite direction of the metal frame 1010, that is, toward the bottom. Accordingly, the third 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 dielectric case 1020 may be formed to be inclined at a predetermined angle (s).
  • An air-layer 1030 may be formed inside the dielectric case 1020.
  • 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 side portion 1023 may be configured to include an inner surface 1023 and an outer surface 1023.
  • the wireless signal radiated from the antenna module 1000 may radiate to the side of the dielectric case 1020 through the inner surface 1023 and the outer surface 1023.
  • 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 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 may include a first conductive pattern 1110, a second conductive pattern 1110g, and a third conductive pattern 1130.
  • 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 1110g may be formed on the lower third layer (Lb3), which is one of the third layers 1130b.
  • the third conductive pattern 1130 may be formed on the lower (sub) fourth layer (layer Lb4), which is another layer among the third layers.
  • the second conductive pattern 1110g and the third conductive pattern 1130 may be connected to each other through via holes.
  • Via holes may be formed as a via structure (1100v) that vertically connects adjacent layers of conductive pads.
  • the lower third layer (Lb3) may be disposed closer to the other side of the first layer (1110b) than the lower fourth layer (Lb3).
  • the lower fourth layer (Lb4) may be disposed farther than the lower third layer (Lb3) on the other side of the first layer (1110b).
  • 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 second conductive pattern 1110g connected to the ground of the multilayer substrate.
  • the second conductive pattern 1110g may be formed of a first sub-pattern 1111g connected to one of the grounds of the multilayer substrate and a second sub-pattern 1112g connected to via holes.
  • the spacing W1 between the first sub-patterns 1111g of the second conductive pattern 1110g is narrower than the spacing between the second sub-patterns 1112g formed on the lower fourth layer (Lb4) of the third layers. (narrower) can be formed.
  • the length L3 of the third conductive pattern 1130 may be shorter than the length of the first sub-pattern 1111g of the second conductive pattern 1110g.
  • One end area of the third conductive pattern 1130 may be electrically connected to the second sub-pattern 1112g and a plurality of rows 1121v to 1123v of via holes.
  • a plurality of via holes arranged in a plurality of rows may be configured to include first via holes 1121v, second via holes 1122v, and third via holes 1123v.
  • An antenna module implemented as a vertically polarized antenna disclosed in this specification may be configured as an array antenna within an electronic device.
  • Figure 20a shows a structure in which an antenna module formed of a plurality of array antennas is disposed in an electronic device.
  • FIG. 20B is an enlarged view of the plurality of array antenna modules of FIG. 20A.
  • 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 signal and the second signal received from other electronic devices around the electronic device are below the threshold, beam forming may be performed using the third beam.
  • the number of elements of the array antenna is not limited to 2, 3, or 4 as shown.
  • the number of elements of an array antenna can be expanded to 2, 4, 8, 16, etc.
  • the array antenna may be composed of 1x2, 1x3, 1x4, 1x5, ..., 1x8 array antennas.
  • FIG. 21 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 vertically polarized antenna and an electronic device including the same were described.
  • the technical effects of the antenna module implemented with the vertically polarized antenna according to the present specification and the electronic device including the same are as follows.
  • an antenna module implementing a vertically polarized antenna operating in a millimeter wave band and an electronic device including the same may 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 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.
  • 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

안테나 모듈은 복수의 유전 물질로 이루어진 다층 기판과 도전 패턴들을 포함할 수 있다. 상기 다층기판은 연성의 제1 재질로 이루어진 제1 층; 상기 제1 층의 일측면에 형성된 강성의 제 2 재질로 이루어진 복수의 층으로 이루어진 제2 층들; 및 상기 제1 층의 타측면에 형성된 강성의 제 2 재질로 이루어진 복수의 층으로 이루어진 제3 층들을 포함한다. 상기 도전 패턴은 상기 제1 층의 상기 일측면의 제1 영역과 제2 영역에서 상기 일측면 상에 형성되어 신호를 송수신 하는 제1 도전 패턴; 상기 제3 층들 중 어느 한 층인 하부 3층에 형성된 제2 도전 패턴; 및 상기 제3 층들 중 다른 한 층인 하부 4층에 형성된 제3 도전 패턴을 포함한다. 상기 제2 및 제3 도전 패턴들은 비아 홀들로 연결될 수 있다.

Description

안테나 모듈을 구비하는 전자 기기
본 명세서는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기에 관한 것이다. 특정 구현은 수직 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 수직 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 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 향상시키 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 안테나 모듈은 복수의 유전 물질로 이루어진 다층 기판과 도전 패턴들을 포함할 수 있다. 상기 다층기판은 연성의 제1 재질로 이루어진 제1 층; 상기 제1 층의 일측면에 형성된 강성의 제 2 재질로 이루어진 복수의 층으로 이루어진 제2 층들; 및 상기 제1 층의 타측면에 형성된 강성의 제 2 재질로 이루어진 복수의 층으로 이루어진 제3 층들을 포함한다. 상기 도전 패턴은 상기 제1 층의 상기 일측면의 제1 영역과 제2 영역에서 상기 일측면 상에 형성되어 신호를 송수신 하는 제1 도전 패턴; 상기 제3 층들 중 어느 한 층인 하부 3층에 형성된 제2 도전 패턴; 및 상기 제3 층들 중 다른 한 층인 하부 4층에 형성된 제3 도전 패턴을 포함한다. 상기 제2 및 제3 도전 패턴들은 비아 홀들로 연결될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 층은 상기 제 2층들과 상기 제3 층들과 병렬로 형성되는 제1 영역과 상기 제2 층들과 상기 제3 층들과 수직으로 형성되는 제2 영역으로 이루어질 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제 2 도전 패턴과 상기 제 3 도전 패턴은 비아 홀(via hole)들로 서로 연결될 수 있다. 상기 하부 3층은 상기 제1 층의 상기 타측면에 가까이 배치되고, 상기 하부 4층은 상기 제1 층의 상기 타측면에서 상기 하부 3층보다 멀리 배치될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 영역에 형성된 상기 제 1 도전 패턴의 간격은 상기 다층 기판의 그라운드에 연결되는 상기 제2 도전 패턴의 간격 보다 좁게(narrower) 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제2 도전 패턴은 상기 다층기판의 그라운드 중 어는 한 곳과 연결되는 제1 서브 패턴과 상기 비아 홀들과 연결되는 제2 서브 패턴으로 형성될 수 있다. 상기 제2 도전 패턴의 일부인 상기 제1 서브 패턴의 간격은 상기 제3 층들 중 상기 하부(sub) 4층(layer)에 형성된 상기 제2 서브 패턴의 간격보다 좁게(narrower) 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제3 도전 패턴의 일 끝 영역은 상기 제2 서브 패턴과 복수의 비아 홀들의 복수의 열로 전기적으로 연결되도록 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 도전 패턴의 제1 높이는 1mm를 기준으로 소정 범위 내에서 형성될 수 있다. 상기 비아 홀들로 형성된 비아 구조가 연결된 상기 제3 도전 패턴과 상기 제2 도전 패턴 사이의 상기 비아 구조의 제2 높이는 0.3mm를 기준으로 소정 범위 내에서 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 도전 패턴의 상기 제1 높이는 상기 비아 구조의 상기 제2 높이보다 소정 높이 이상으로 더 높게 형성될 수 있다. 상기 제1 높이와 상기 제2 높이의 차이는 60GHz에서 0.14λ0를 기준으로 소정 범위 내에서 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제3 도전 패턴의 제3 너비는 0.2mm 내지 1.0mm 사이의 범위로 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제3 도전 패턴은 상기 제1 축 방향으로 제3 너비로 형성되고, 상기 제1 축 방향에 수직한 제2 축 방향으로 제3 길이로 형성될 수 있다. 상기 제3 도전 패턴의 상기 제3 너비는 상기 제2 서브 패턴의 상기 제2 너비와 동일하게 형성될 수 있다. 상기 제3 도전 패턴은 일 측 단부에서 타 측 단부까지 상기 제3 길이로 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제3 도전 패턴의 상기 일 측 단부에 인접한 지점에서 상기 제3 도전 패턴은 상기 제2 서브 패턴과 상기 비아 홀들을 통해 연결될 수 있다. 상기 제3 도전 패턴의 상기 타 측 단부는 상기 PCB의 내측 영역에 다층 구조로 형성된 그라운드 월의 단부에 인접한 지점까지 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 안테나 모듈은 상기 제2 서브 패턴과 상기 제3 도전 패턴 사이에 배치되는 적어도 하나의 도전 패드를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 축 방향으로 배치된 상기 비아 홀들은 상기 제2 서브 패턴과 상기 적어도 하나의 도전 패드를 연결하도록 수직하게 제3 축 방향으로 형성되고, 상기 적어도 하나의 도전 패드와 상기 제3 도전 패턴을 연결하도록 수직하게 상기 제3 축 방향으로 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제2 도전 패턴은 상기 제2 서브 패턴의 단부에서 상기 제1 축 방향으로 제4 너비 및 상기 제2 축 방향으로 제4 길이로 형성되는 제3 서브 패턴을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 서브 패턴은 상기 제1 축 방향으로 복수의 비아 홀들과 연결되는 제1 그라운드 패드를 형성할 수 있다. 상기 제3 서브 패턴은 상기 제1 그라운드 패드의 단부에서 연장된 제2 그라운드 패드를 형성할 수 있다. 상기 급전 라인을 통해 전달된 신호는 상기 제1 그라운드 패드에서 연장된 상기 제2 그라운드 패드에 의해 상기 제1 도전 패턴으로 전달될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 PCB의 상기 일 측 단부는 상기 연성의 재질로 이루어진 연성 기판과 소정 너비의 갭만큼 이격되게 형성될 수 있다. 상기 갭의 너비는 0.3mm 이하로 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 도전 패턴, 상기 제2 도전 패턴, 상기 비아 구조 및 상기 제3 도전 패턴이 밀리미터파 주파수 대역에서 수직 편파를 갖는 안테나 소자로 동작할 수 있다. 상기 안테나 소자는 상기 제1 축 방향으로 복수 개 배치되어 배열 안테나를 구성할 수 있다. 상기 배열 안테나의 제1 안테나 소자 내지 제4 안테나 소자는 상기 제1 축 방향으로 빔 포밍된 무선 신호(beam-formed radio signal)를 방사하도록 구성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 안테나 모듈은 상기 PCB의 상기 그라운드 월의 상단 부의 그라운드 패턴에 배치되는 쉴드 캔(shield can)을 더 포함할 수 있다. 상기 쉴드 캔과 상기 연성 기판까지의 거리(d)는 (0.17+n)*λ0 < d < (0.33+n)*λ0 사이의 범위로 형성될 수 있다.
본 명세서의 다른 양상에 따른 안테나 모듈을 구비하는 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 배치된 안테나 모듈을 포함할 수 있다. 안테나 모듈은 복수의 유전 물질로 이루어진 다층 기판과 도전 패턴들을 포함할 수 있다. 상기 다층기판은 연성(flexible)의 제1 재질로 이루어진 제1 층(layer); 상기 제1 층(layer)의 일측면에 형성된 강성(rigid)의 제 2 재질로 이루어진 복수의 층으로 이루어진 제2 층들(layers); 및 상기 제1 층의 타측면에 형성된 강성(rigid)의 제 2 재질로 이루어진 복수의 층으로 이루어진 제3 층들(layers)을 포함한다. 상기 도전 패턴은 상기 제1 층의 상기 일측면의 제1 영역과 제2 영역에서 상기 일측면 상에 형성되어 신호를 송수신 하는 제1 도전 패턴; 상기 제3 층들 중 어느 한 층인 하부(sub) 3층(layer)에 형성된 제 2 도전 패턴; 및 상기 제3 층들 중 다른 한 층인 하부(sub) 4층(layer)에 형성된 제 3 도전 패턴을 포함한다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 층은 상기 제 2층들과 상기 제3 층들과 병렬로 형성되는 제1 영역과 상기 제2 층들과 상기 제3 층들과 수직으로 형성되는 제2 영역으로 이루어질 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제 2 도전 패턴과 상기 제 3 도전 패턴은 비아 홀(via hole)들로 서로 연결될 수 있다. 상기 하부 3층은 상기 제1 층의 상기 타측면에 가까이 배치되고, 상기 하부 4층은 상기 제1 층의 상기 타측면에서 상기 하부 3층보다 멀리 배치될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 영역에 형성된 상기 제 1 도전 패턴의 간격은 상기 다층 기판의 그라운드에 연결되는 상기 제2 도전 패턴의 간격 보다 좁게(narrower) 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제2 도전 패턴은 상기 다층기판의 그라운드 중 어는 한 곳과 연결되는 제1 서브 패턴과 상기 비아 홀들과 연결되는 제2 서브 패턴으로 형성될 수 있다. 상기 제2 도전 패턴의 일부인 상기 제1 서브 패턴의 간격은 상기 제3 층들 중 상기 하부(sub) 4층(layer)에 형성된 상기 제2 서브 패턴의 간격보다 좁게(narrower) 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제3 도전 패턴의 일 끝 영역은 상기 제2 서브 패턴과 복수의 비아 홀들의 복수의 열로 전기적으로 연결되도록 형성될 수 있다.
본 명세서에 따른 수직 편파 안테나로 구현되는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기의 기술적 효과는 다음과 같다.
실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역에서 동작하는 수직 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, 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, 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 안테나의 구조를 나타낸다.
도 8은 급전 패턴과 그라운드 패턴이 형성된 PCB와 FPCB가 연결되는 다양한 구성들을 나타낸다.
도 9a 및 도 9b는 본 명세서에 따른 안테나 모듈을 구성하는 PCB와 FPCB의 접합 구조를 나타낸다.
도 10a 및 도 10b는 실시 예에 따른 안테나 모듈의 FPCB의 타 측에 제1 도전 패턴의 서브 패턴이 형성된 구조를 나타낸다.
도 11a 및 도 11b는 본 명세서에 따른 제3 도전 패턴이 비아 구조를 통해 제2 도전 패턴과 연결되는 역 C자형 구조의 수직 편파 안테나의 하단 폴 구조를 나타낸다.
도 12a는 수직 편파 안테나의 하단 폴의 제3 도전 패턴의 확장 길이 변화에 따른 반사 계수를 나타낸다.
도 12b는 수직 편파 안테나의 하단 폴의 제3 도전 패턴의 너비 변화에 따른 반사 계수를 나타낸다.
도 13a는 하단 폴의 비아 구조의 제1 축 방향의 비아의 개수가 다른 수직 편파 안테나의 일 측면도를 나타낸다.
도 13b는 도 13a의 제1 축 방향의 비아의 개수가 다른 수직 편파 안테나의 임피던스 특성을 스미스 차트상에 나타낸 것이다.
도 14a 및 도 14b는 본 명세서에 따른 수직 편파 안테나의 하단 폴이 PCB의 서로 다른 위치 상에 배치된 비아 구조들을 나타낸다.
도 15a는 도 14b의 제2 도전 패턴의 전면도와 전류 분포를 나타낸다.
도 15b는 도 14b의 수직 편파 안테나 구조의 전계 분포를 나타낸 것이다.
도 16a는 본 명세서에 따른 PCB와 수직하게 결합된 FPCB가 소정 갭 간격으로 이격된 구조를 나타낸다.
도 16b는 도 16a의 FPCB와 PCB 간의 갭 간격에 따른 반사 계수 특성을 비교한 것이다.
도 17a는 실시 예에 따른 수직 편파 배열 안테나로 구현되는 안테나 모듈을 나타낸다.
도 17b는 도 17a의 안테나 모듈의 PCB의 상단에 쉴드 캔이 배치된 구조를 나타낸다.
도 18a는 도 17b의 쉴드 캔이 배치된 배열 안테나 모듈의 전면도를 나타낸다.
도 18b는 도 18a의 쉴드 캔이 배치된 배열 안테나 모듈의 측면도를 나타낸다.
도 18c는 도 17b 내지 도 18b의 쉴드 캔과 수직 편파 안테나까지의 거리 변화에 따른 배열 안테나의 이득 변화를 나타낸 것이다.
도 19는 본 명세서에 따른 유전체 케이스의 내부에 배치되는 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기를 나타낸다.
도 20a는 복수의 배열 안테나들로 형성된 안테나 모듈이 전자 기기에 배치된 구조를 나타낸다.
도 20b는 도 20a의 복수의 배열 안테나 모듈을 확대한 도면이다.
도 21은 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 수직 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 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 향상시키 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 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 복수의 레이어들을 포함할 수 있다. FPCB(1100a)는 제1 레이어(La1)에 배치된 제1 도전 패턴(1110) 및 제2 레이어(La2)를 포함할 수 있다.
도 7c를 참조하면, 안테나 모듈(1100)은 수직 편파 안테나(V-ANT)로 동작할 수 있다. 수직 편파 안테나(V-ANT)는 제1 도전 패턴(1110), 비아 구조(1100v) 및 제3 도전 패턴(1130)을 포함하도록 구성될 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(1100d)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 의한 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(1100d)의 단부에 비아 구조(1100v)가 형성될 수 있다. 제2 구조의 FPCB(1100a)에 제1 도전 패턴과 평행하게 제1 도전 패턴의 서브 패턴이 형성될 수도 있다. 제1 도전 패턴의 서브 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 제3 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, 제3 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 7a 내지 도 7c 및 도 8(c)를 참조하면, 다층 기판으로 구현된 PCB(1100b)와 FPCB(1100a)를 이용하여 수직 편파 안테나(V-ANT)의 구현이 가능하다. 한편, 본 명세서에 따른 상단 폴과 하단 폴로 이루어진 수직 편파 안테나(V-ANT)의 급전 라인(1110f)의 급전 방식은 두 가지 방식으로 이루어질 수 있다. (1) 상단 폴인 제1 도전 패턴(1110)은 급전 라인(1110f)과 연결되고, 하단 폴인 제3 도전 패턴(1130)은 PCB(1100b)의 그라운드와 연결될 수 있다. (2) 디퍼렌셜 피딩(differential feeding) 방식과 같이 상단 폴과 하단 폴에 서로 다른 급전 라인들이 각각 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 서로 다른 급전 라인들 간의 위상은 180도의 차이를 갖도록 구성될 수 있다.
이하, 본 명세서에 따른 안테나 모듈을 구성하는 PCB(1100b)와 FPCB(1100a)의 접합 구조에 대해 상세하게 설명한다. 이와 관련하여, 도 9a 및 도 9b는 본 명세서에 따른 안테나 모듈을 구성하는 PCB와 FPCB의 접합 구조를 나타낸다.
도 9a 및 도 9b는 본 명세서에 따른 안테나 모듈을 구성하는 FPCB(1100a)에 PCB(1100b)가 접합되고, FPCB(1100a)가 수직하게 절곡된 구조를 나타낸다. 도 9a 및 도 9b의 실시 예는 PCB(1100b)와 FPCB(1100a)가 일체형 구조로 형성된 것이다.
도 9a(a)는 폴리이미드(polyimide)(1110a)의 상부와 하부에 구리(copper)(1120a, 1130a)가 형성된 FPCB(1100a)의 적층 구조를 나낸다. 폴리이미드(1110a)는 고분자 물질로 FPCB(1100a)의 원재료로 유전체 층을 구성하고 유전체 층의 상부와 하부에 구리와 같은 금속 층이 형성될 수 있다.
도 9a(b)는 FPCB(1100a)에 리지드(rigid) PCB(1100b)가 접합된 구조를 나타낸다. 안테나 모듈의 PCB 영역(1100b)에만 Prepreg 유전체(D1, D2)와 구리(C1, C2)를 적층되어, 안테나 모듈은 PCB(1100b)로 이루어진 제1 영역과 FPCB(1100a)로 이루어진 제2 영역으로 구분할 수 있다. Prepreg 유전체(D1, D2)는 FR4 또는 LTCC와 같은 재질로 형성될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
도 9b(a)는 rigid PCB PCB(1100b)와 FPCB(1100a)의 영역에 구리의 산화를 방지하기 위한 보호 층(PL)인 PLSR(Solder Regist)와 커버레이(corverlay)(CL1, CL2)가 추가로 적층된 스택 업(stack-up) 형상이다. FPCB(1100a)의 커버레이(CL1, CL2)가 구리(1120a, 1130a)와 접착을 위해 커버레이 접착제(coverlay adhesive)(CA1, CA2)가 형성될 수 있다. PCB(1100b)와 FPCB(1100a)는 2개 이상의 복수 개의 레이어들로 구성될 수 있다. FPCB(1100a)은 PCB(1100b)의 전체 레이어들 중 일부 레이어에 해당할 수 있다.
도 9b(b)의 스택 업 구조는 수직 편파 안테나가 구현된 PCB(1100b)와 FPCB(1100a)의 접합 구조이다. FPCB(1100a)를 수직 방향으로 세워 상단 폴(upper pole)을 형성하고, 하부 영역에 레이저 비아(Laser Via)를 통해 역 C자형의 방사 구조를 형성하여 하단 폴(lower pole)을 구현한 비대칭 다이폴 안테나 형상이다.
한편, 도 10a 및 도 10b는 실시 예에 따른 안테나 모듈의 FPCB의 타 측에 제1 도전 패턴의 서브 패턴이 형성된 구조를 나타낸다. 도 10a를 참조하면, FPCB(1100a)의 일 측에 제1 도전 패턴(1110)은 PCB(1100b)의 급전 라인(1110f)와 연결될 수 있다. FPCB(1100a)의 타 측에 제1 도전 패턴의 서브 패턴(1120a)이 형성될 수 있다. 제1 도전 패턴의 서브 패턴(1120a)은 PCB(1100b)의 제2 도전 패턴(1110g)과 연결될 수 있다. 제2 도전 패턴(1110g)은 PCB(1100b)의 그라운드와 연결되므로 그라운드 패턴 또는 그라운드 라인으로 지칭될 수도 있다. 상단 폴인 제1 도전 패턴(1110)이 형성된 영역에 중첩되지 않게 제1 도전 패턴의 서브 패턴(1120a)이 형성될 수 있다.
도 10b를 참조하면, FPCB(1100a)의 일 측에 제1 도전 패턴(1110)은 PCB(1100b)의 급전 라인(1110f)와 연결될 수 있다. FPCB(1100a)의 타 측에 제1 도전 패턴의 서브 패턴(1120a)이 형성될 수 있다. 제1 도전 패턴의 서브 패턴(1120a)은 PCB(1100b)의 제2 도전 패턴(1110g)과 연결되지 않게 형성될 수 있다. 제1 도전 패턴의 서브 패턴(1120a)은 FPCB(1100a)의 제1 도전 패턴(1110)과 비아 구조(1120v)를 통해 연결될 수 있다. 제1 도전 패턴(1110)과 제1 도전 패턴의 서브 패턴(1120a)이 결합되어 안테나가 차지하는 공간 영역이 확장되어, 수직 편파 안테나의 대역폭 특성 및 효율 특성이 향상될 수 있다. 상단 폴인 제1 도전 패턴(1110)이 형성된 영역에 중첩되게 제1 도전 패턴의 서브 패턴(1120a)이 형성될 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 안테나 모듈의 수직 편파 안테나는 상단 폴인 제1 도전 패턴 이외에 하단 폴인 제3 도전 패턴은 비아 구조를 통해 그라운드로 동작하는 제2 도전 패턴과 연결되는 C자형 또는 역 C자형 구조를 형성한다. 이와 관련하여, 도 11a 및 도 11b는 본 명세서에 따른 제3 도전 패턴이 비아 구조를 통해 제2 도전 패턴과 연결되는 역 C자형 구조의 수직 편파 안테나의 하단 폴 구조를 나타낸다.
도 11a 및 도 11b를 참조하면, 하단부의 역 C자형 구조적 설명을 순차적으로 나타내는 그림이다. 제2 도전 패턴(1110g)의 길이가 제3 도전 패턴(1130)의 길이보다 더 길게 형성되는 구조를 역 C자형 구조로 정의할 수 있다.
도 7a 내지 도 7c 및 도 11a(a)를 참조하면, 제2 도전 패턴(1110g)은 제1 서브 패턴(1111g) 및 제2 서브 패턴(1112g)을 포함할 수 있다. 제1 서브 패턴(1111g)은 제1 축 방향으로 제1 너비(W1)로 형성될 수 있다. 제1 서브 패턴(1111g)은 제2 축 방향으로 제1 길이(L1)로 형성될 수 있다. 제2 서브 패턴(1112g)은 제1 축 방향으로 제1 너비(W1)보다 넓은 제2 너비(W2)로 형성될 수 있다. 제2 서브 패턴(1112g) 제2 축 방향으로 제1 길이(L1)보다 짧은 제2 길이(L2)로 형성될 수 있다. 제1 서브 패턴(1111g) 및 제2 서브 패턴(1112g)은 PCB(1100b)의 그라운드와 연결되어 제1 그라운드 라인 (패턴) 및 제2 그라운드 라인 (패턴)으로 지칭될 수도 있다.
도 7a 내지 도 7c 및 도 11a(b)를 참조하면, 제1 축 방향 및 제3 축 방향으로 형성된 복수의 비아들을 포함하는 비아 구조(1100v)에 의해 제2 도전 패턴(1110g)이 수직으로 확장될 수 있다. 비아 구조(1100v)에 의해 다층 레이어 구조가 형성되고, 각 레이어에 있는 비아 패드들이 전기적으로 연결될 수 있다. 비아 패드들이 각 레이어마다 존재하며, 2개 이상의 복수 개의 레이어들로 이루어져 있다.
제2 서브 패턴(1112g)과 그라운드 패드들 중 하나(1131p)가 제1 축 방향의 복수의 비아들로 수직하게 연결될 수 있다. 그라운드 패드들(1131p, 1132p)이 제1 축 방향의 복수의 비아들로 수직하게 연결될 수 있다. 그라운드 패드들(1132p, 1133p)이 제1 축 방향의 복수의 비아들로 수직하게 연결될 수 있다. 따라서, 제1 축 방향으로 이격된 복수의 비아들이 제3 축 방향으로 적층된 비아 구조(1100v)를 형성한다. 복수의 비아들이 제3 축 방향으로 적층되게 복수의 비아 패드들이 제3 축 방향으로 배치될 수 있다.
도 7a 내지 도 7c 및 도 11b(a)를 참조하면, 확장 패드(extended pad)로 복수 개의 비아 패드들 중에서 하나 이상의 비아 패드가 확장한 형태이다. 제2 도전 패턴(1110g)으로부터 복수 개의 비아들과 비아 패드들로 구현된 바이 구조(1100v)와 확장 패드 구조인 제3 도전 패턴(1130)까지 하단 폴은 전체적으로 역 C자형 구조를 가지게 된다. 제3 도전 패턴(1130)은 제1 축 방향으로 제3 너비(W3)로 형성될 수 있다. 제3 도전 패턴(1130)은 제2 축 방향으로 제3 길이(L3)로 형성될 수 있다.
도 7a 내지 도 7c 및 도 11b(b)를 참조하면 최종적으로 구성되는 비대칭 다이폴 안테나의 형상이다. 상단 폴의 급전 라인(1110f)은 하단 폴의 제2 도전 패턴(1110g)에 의해 안정적으로 신호가 전달되며, 상단 폴과 하단 폴에 의해 전자기파가 방사하게 된다. 상단 폴을 구성하는 제1 도전 패턴(1110)의 제1 높이(h1)는 1mm로 형성될 수 있다. 하단 폴을 비아 구조(1100v)의 제2 높이(h2)는 0.3mm로 형성될 수 있다. 제1 도전 패턴(1110)의 제1 높이(h1)와 비아 구조(1100v)의 제2 높이(h2)의 차이는 약 0.7mm로 형성될 수 있다. 따라서, 제1 도전 패턴(1110)의 제1 높이(h1)와 비아 구조(1100v)의 제2 높이(h2)의 차이는 동작 주파수 대역인 60GHz에서 전기적 길이로 약 0.14 λ0 이다.
한편, 본 명세서에 따른 수직 편파 안테나의 하단 폴의 제3 도전 패턴의 확장된 길이 및 너비에 따라 안테나 성능이 변경될 수 있다. 이와 관련하여, 도 12a는 수직 편파 안테나의 하단 폴의 제3 도전 패턴의 확장 길이 변화에 따른 반사 계수를 나타낸다. 도 12b는 수직 편파 안테나의 하단 폴의 제3 도전 패턴의 너비 변화에 따른 반사 계수를 나타낸다. 이와 관련하여, 제3 도전 패턴의 너비가 변경됨에 따라 이에 대응되게 제2 서브 패턴의 너비도 변경되게 구성될 수 있다.
도 7c, 도 11b및 도 12a를 참조하면, 확장 패드(extended pad)인 제3 도전 패턴(1130)의 길이를 조절함으로써 안테나의 동작주파수 대역을 결정할 수 있다. 왜냐하면, 확장 패드의 길이가 증가하면 안테나의 동작주파수가 하향 이동되고 확장 패드의 길이가 짧아지면 안테나의 동작주파수가 상향 이동되기 때문이다.
확장 패드인 제3 도전 패턴(1130)의 길이(L3)가 0.2mm에서 0.5mm로 증가함에 따라 안테나의 동작 주파수 대역의 중심 주파수는 68GHz에서 59GHz에서 9GHz만큼 하향 이동되는 것을 확인할 수 있다. 이와 관련하여, 확장 패드인 제3 도전 패턴(1130)의 길이는 다른 비아 패드들의 단부에서 제3 도전 패턴(1130)의 단부까지의 길이로 정의될 수 있다.
도 7c, 도 11b 및 도 12b를 참조하면, 하단 폴의 너비는 비아 구조(1100v)와 연결된 비아 패드들의 너비와 확장 패드인 제3 도전 패턴(1130)의 너비(W3)를 의미한다. 하단 폴의 너비를 증가시킴으로써 역 C자형 안테나의 크기를 감소시킬 수 있다. 왜냐하면 두 가지 중 하나라도 너비가 변경되면 안테나의 동작 주파수에 영향을 미치기 때문이다. 예를 들어, 하단 폴의 너비가 작아지면 공진 주파수는 상향 이동되고, 하단 폴의 너비가 커지면 공진 주파수는 하향 이동된다. 따라서, 하단 폴의 폭을 증가시켜 확장 패드의 길이를 감소시킬 수 있다.
확장 패드인 제3 도전 패턴(1130)의 너비(W3)를 0.2mm 내지 1mm로 하단 폴의 너비를 변경시킬 수 있다. 제3 도전 패턴(1130)의 너비(W3)를 0.2mm 내지 1mm로 변경함에 따라, 동작 주파수 대역의 중심 주파수는 65GHz에서 59GHz로 약 6GHz만큼 하향 이동됨을 확인할 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 수직 편파 안테나의 하단 폴의 비아 구조는 제1 축 방향으로 적어도 하나 이상의 비아로 구현될 수 있다. 제1 축 방향으로 비아의 개수를 조절하여 안테나 성능을 변경할 수 있다. 이와 관련하여, 도 13a는 하단 폴의 비아 구조의 제1 축 방향의 비아의 개수가 다른 수직 편파 안테나의 일 측면도를 나타낸다. 도 13b는 도 13a의 제1 축 방향의 비아의 개수가 다른 수직 편파 안테나의 임피던스 특성을 스미스 차트상에 나타낸 것이다.
도 7c 및 도 13a를 참조하면, FPCB(1100a)에 구현된 수직 편파 안테나(V-ANT)는 다이폴 안테나 또는 모노폴 안테나로 구현될 수 있다. 하단 폴을 비아 구조(1100v)는 제1 축 방향으로 적어도 하나의 비아로 될 수 있다. 도 13(a)는 제1 축 방향으로 1개의 비아가 제3축 방향으로 적층된 제1 비아 구조(1100v-1)를 나타낸다. 도 7c 및 도 13(b)는 제1 축 방향으로 3개의 비아가 제3축 방향으로 적층된 비아 구조(1100v)를 나타낸다.
도 13a(a)을 참조하면, 비아가 제1 축 방향으로 하나만 있는 제1 비아 구조(1100v-1)는 전류가 하나의 비아에만 집중되어 임계 수준 이상의 강한 전류가 흐르게 된다. 이에 따라, 하나의 비아에만 전류 분포가 높게 형성되는 것을 확인할 수 있다. 그러나, 도 13a(b)와 같이 비아들이 제1 축 방향으로 2개 이상이 되면 전류가 분산되어 흐르므로 하나의 비아에 상대적으로 전류가 약하게 흐르게 된다. 따라서, 전류의 세기와 비례하는 인덕턴스는 비아의 개수로 조절할 수 있다.
도 13(b)을 참조하면, 수직 편파 FPCB 다이폴 안테나의 비아의 개수에 따른 반사 계수 특성(S11)의 변화를 스미스 차트상에 표시한 것이다. 도 13a 및 도 13b를 참조하면, (i) 제1 축 방향으로 비아가 1개인 제1 구조의 임피던스 차트는 스미스 차트의 상부 영역에 형성된다. 따라서, 제1 축 방향으로 비아가 1개인 제1 구조는 주파수별 높은 인덕턴스 특성을 나타낸다. 하지만, (ii) 제1 축 방향으로 비아가 2개인 제2 구조와 (iii) 제1 축 방향으로 비아가 3개인 제3 구조는 인덕턴스 성분을 감소시켜 임피던스 특성을 주파수 변화에도 불구하고 50ohm에 가깝게 형성하여 안테나의 성능을 향상시킬 수 있다.
도 7a 내지 도 13c를 참조하여, 본 명세서에 따른 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 모듈에 대해 설명한다. 안테나 모듈(1000)은 FPCB(1100a) 및 PCB(1100b)를 포함하도록 구성될 수 있다. FPCB(1100a)는 제1 레이어(La)에 배치된 제1 도전 패턴(1110) 및 제2 레이어(La2)를 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 제1 도전 패턴(1110), 제2 도전 패턴(1110g) 및 제3 도전 패턴(1130)을 포함하도록 구성될 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(1110g)은 제3 층들(1130b) 들 중 어느 한 층인 하부(sub) 3층(layer)(Lb3)에 형성될 수 있다. 제3 도전 패턴(1130)은 제3 층들 중 다른 한 층인 하부(sub) 4층(layer)(Lb4)에 형성될 수 있다.
FPCB(1100a)의 제1 레이어(La)에 형성된 제1 도전 패턴(1110)은 90도로 굽혀진 형상으로 형성되어 PCB(1100b)의 제1 전극 층(Lb1)과 연결될 수 있다. FPCB(1100a)의 제2 레이어(La2)는 레이어들의 타 측을 구성할 수 있다. FPCB(1100a)의 제2 레이어(La2)는 PCB(1100b)의 제2 전극 층(Lb2)에 대응될 수 있다. 제1 전극 층(Lb1)과 제2 전극 층(Lb2)을 각각 하부 1 층 및 하부 2 층으로 지칭할 수 있다. 이와 관련하여, 하부 2 층인 제2 전극 층(Lb2)과 하부 3층(Lb3)은 동일 평면 상에 구현될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다.
제2 층들(1120b) 및 제3 층들(1130b)은 각각 상부 층 구조 및 하부 층 구조로 지칭될 수 있다. 제2 층들(1120b)은 제1 전극 층(Lb1)의 제1 면에 경성의(hard) 재질로 형성될 수 있다. 제2 층들(1120b)의 하단 부는 제1 전극 층(Lb1)으로 형성될 수 있다. 제2 층들(1120b)의 하단 부의 제1 전극 층(Lb1)에 급전 라인(1110f)이 배치될 수 있다. 제3 층들(1130b)은 제2 전극 층(Lb2)의 제1 면에 경성의 재질로 형성될 수 있다. 제3 층들(1130b)의 하단 부는 제2 전극 층(Lb2)으로 형성될 수 있다. 제3 층들(1130b)의 하단 부의 제2 전극 층(Lb2)에 제2 도전 패턴(1110g)이 배치될 수 있다.
제3 도전 패턴(1130)은 제3 층들(1130b)에 비아 구조(via structure) (1100v)로 연결될 수 있다. 제3 도전 패턴(1130)은 제2 도전 패턴(1110g)과 비아 구조(1100c)를 통해 C자형으로 연결되는 최하단 레이어(Llow)에 형성될 수 있다. 제1 도전 패턴(1110), 비아 구조(1100v) 및 제3 도전 패턴(1130)이 밀리미터파 주파수 대역에서 수직 편파를 갖는 수직 편파 안테나(V-ANT)로 동작할 수 있다.
제2 층들(1120b), 제3 층들(1130b) 및 최하단 레이어(Lb3)는 다층 기판(multi-layer substrate)으로 형성된 PCB (Printed Circuit Board)(1100b)로 구현될 수 있다. FPCB(1100a)의 제1 도전 패턴(1110)은 PCB(1100b)의 급전 라인(feeding line)(1110f)과 연결될 수 있다. FPCB(1100a)의 제2 레이어(La2)는 PCB(1100b)의 급전 라인(1110f)의 하부 레이어에 배치된 제2 도전 패턴(1110g)에 대응될 수 있다. 제2 레이어(La2)에 제1 도전 패턴의 서브 패턴이 형성된 경우 제1 도전 패턴의 서브 패턴은 PCB(1100b)의 급전 라인(1110f)의 하부 레이어에 배치된 제2 도전 패턴(1110g)과 연결될 수 있다.
최하단 레이어(Llow)에 형성된 제3 도전 패턴(1130)은 비아 구조(1100v)를 통해 PCB(1100b)의 제2 도전 패턴(1110g)과 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 제3 도전 패턴(1130)이 배치되는 위치는 최하단 레이어(Llow)에 한정되는 것은 아니고, 하부 3층(Lb3)보다 하부의 임의의 하부 4층(Lb4)일 수 있다.
제 2 도전 패턴(1110g)과 제 3 도전 패턴(1130)은 비아 홀(via hole)들로 서로 연결될 수 있다. 비아 홀(via hole)들은 도전 패드들의 인접한 층들을 수직하게 연결하는 비아 구조(1100v)로 형성될 수 있다. 하부 3층(Lb3)은 제1 층(1110b)의 타측면에 하부 4층(Lb3)보다 가까이 배치될 수 있다. 하부 4층(Lb4)은 제1 층(1110b)의 타측면에서 하부 3층(Lb3)보다 멀리 배치될 수 있다.
제1 영역(R1)에 형성된 제 1 도전 패턴(1110)의 간격(W1v)은 다층 기판의 그라운드에 연결되는 제2 도전 패턴(1110g)의 간격(W1, W2) 보다 좁게(narrower) 형성될 수 있다. 제2 도전 패턴(1110g)은 다층 기판의 그라운드 중 어는 한 곳과 연결되는 제1 서브 패턴(1111g)과 비아 홀들과 연결되는 제2 서브 패턴(1112g)으로 형성될 수 있다. 제2 도전 패턴(1110g)의 제1 서브 패턴(1111g)의 간격(W1)은 제3 층들 중 하부(sub) 4층(layer) (Lb4)에 형성된 제2 서브 패턴(1112g)의 간격보다 좁게(narrower) 형성될 수 있다.
제3 도전 패턴(1130)의 길이(L3)는 제2 도전 패턴(1110g)의 제1 서브 패턴(1111g)의 길이보다 짧게(shorter) 형성될 수 있다. 제3 도전 패턴(1130)의 일 끝 영역은 제2 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 홀들은 제1 비아 홀들(1121v), 제2 비아 홀들(1122v) 및 제3 비아 홀들(1123v)을 포함하도록 구성될 수 있다.
제1 도전 패턴(1110)의 제1 높이(h1)는 1mm를 기준으로 소정 범위 내에서 형성될 수 있다. 비아 홀들로 형성된 비아 구조(1100v)가 연결된 제3 도전 패턴(1130)과 제2 도전 패턴(1110g) 사이의 비아 구조(1100v)의 제2 높이(h2)는 0.3mm를 기준으로 소정 범위 내에서 형성될 수 있다. 최하단 레이어(Llow)에 형성된 제3 도전 패턴(1130)은 비아 구조(1100v)를 통해 PCB(1100b)의 제2 도전 패턴(1110g)과 연결될 수 있다.
제1 도전 패턴(1110)의 제1 높이(h1)는 비아 구조(1100v)의 제2 높이(h2)보다 소정 높이 이상으로 더 높게 형성될 수 있다. 제1 도전 패턴(1110)의 제1 높이(h1)와 비아 구조(1100v)의 제2 높이(h2)의 차이는 동작 주파수 대역인 60GHz에서 0.14 λ0를 기준으로 소정 범위 내에서 형성될 수 있다.
제2 도전 패턴(1110g)은 제1 너비(W1)로 형성된 제1 서브 패턴(1111g)을 포함할 수 있다. PCB(1100b)의 제2 도전 패턴(1110g)은 제1 서브 패턴(1111g)의 단부에서 제1 너비(W1)보다 넓은 제2 너비(W2)로 형성된 제2 서브 패턴(1112g)을 포함할 수 있다.
비아 구조(1100v)는 제2 서브 패턴(1112g)과 상기 제3 도전 패턴(1130)을 제1 축 방향에서 연결하도록 구성될 수 있다. 비아 구조(1100v)는 제1 축 방향으로 소정 간격 이격되어 배치된 복수의 비아들을 포함할 수 있다. 제2 서브 패턴(1112g)의 제2 너비(W2)는 0.2mm 내지 1.0mm 사이의 범위로 형성될 수 있다.
제3 도전 패턴(1130)은 제1 축 방향으로 제3 너비(W3)로 형성될 수 있다. 제3 도전 패턴(1130)은 제1 축 방향에 수직한 제2 축 방향으로 제3 길이(L3)로 형성될 수 있다. 제3 도전 패턴(1130)의 제3 너비(W3)는 제2 서브 패턴(1112g)의 제2 너비(W2)와 동일하게 형성될 수 있다. 이에 따라, 제3 도전 패턴(1130)의 제3 너비(W3)는 0.2mm 내지 1.0mm 사이의 범위로 형성될 수 있다. 제3 도전 패턴(1130)은 일 측 단부에서 타 측 단부까지 제3 길이(L3)로 형성될 수 있다.
제3 도전 패턴(1130)의 일 측 단부에 인접한 지점에서 제3 도전 패턴(1130)은 제2 서브 패턴(1112g)과 복수의 비아 홀들(1121v 내지 1123v)을 통해 연결될 수 있다. 제3 도전 패턴(1130)의 타 측 단부는 PCB(1100b)의 내측 영역에 다층 구조로 형성된 그라운드 월(1100w)의 단부에 인접한 지점까지 형성될 수 있다.
안테나 모듈(1100)은 제2 서브 패턴(1112g)과 제3 도전 패턴(1130) 사이에 배치되는 적어도 하나의 도전 패드(1131p 내지 1133p)를 더 포함할 수 있다. 그라운드 패드들(1131p, 1132p)이 제1 축 방향의 복수의 비아 홀들로 수직하게 연결될 수 있다. 그라운드 패드들(1132p, 1133p)이 제1 축 방향의 복수의 비아 홀들로 수직하게 연결될 수 있다. 제1 축 방향으로 배치된 비아 홀들은 제2 서브 패턴(1112g)과 적어도 하나의 도전 패드(1131p)를 연결하도록 수직하게 제3 축 방향으로 형성될 수 있다. 제1 축 방향으로 배치된 복수의 비아들은 도전 패드(1131p)와 도전 패드(1132p)를 연결하도록 수직하게 제3 축 방향으로 형성될 수 있다. 제1 축 방향으로 배치된 복수의 비아들은 적어도 하나의 도전 패드(1132p)와 제3 도전 패턴(1130)을 연결하도록 수직하게 제3 축 방향으로 형성될 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 수직 편파 안테나의 하단 폴의 비아 구조는 공정 상 안정성을 위해 PCB 더 내측 영역에 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 14a 및 도 14b는 본 명세서에 따른 수직 편파 안테나의 하단 폴이 PCB의 서로 다른 위치 상에 배치된 비아 구조들을 나타낸다. 도 15a는 도 14b의 제2 도전 패턴의 전면도와 전류 분포를 나타낸다. 도 15b는 도 14b의 수직 편파 안테나 구조의 전계 분포를 나타낸 것이다.
도 14a는 역 C자형의 하단 폴 구조에서 제2 도전 패턴(1110g)의 단부와 제3 도전 패턴(1130)의 단부가 PCB(1100b)의 일 측 단부가 동일한 지점에서 형성된다. 비아 구조(1100v)의 비아 패드들의 단부가 PCB(1100b)의 일 측 단부까지 형성됨에 따라 금속 패턴이 외측으로 노출되게 된다. 도 14a와 같이 비아 패드가 PCB(1100b)의 유전체의 최 외각 영역에 배치될 경우, 구리(copper)와 같은 금속 패턴이 PCB(1100b)의 바깥으로 노출되어 산화될 수 있는 가능성이 있다.
역 C자형의 하단 폴 구조에서 도 14b의 비아 구조(1100v)는 도 14a의 비아 구조(1100v)보다 내측에 형성된다. 도 14b의 비아 구조(1100v)에 따라 제2 도전 패턴(1110g)은 도 15와 같이 제1 서브 패턴(1111g), 제2 서브 패턴(1112g) 및 제3 서브 패턴(1113g)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제2 서브 패턴(1112g)과 제3 서브 패턴(1113g)을 각각 제1 그라운드 패드(GP1) 및 제2 그라운드 패드(GP2)로 지칭할 수 있다. 또는, 제2 서브 패턴(1112g)과 제3 서브 패턴(1113g)을 각각 제1 확장 패드 및 제2 확장 패드로 지칭할 수 있다.
도 14b 및 도 15a(a)를 참조하면, 제2 도전 패턴(1110g)은 비아 구조(1100v) 보다 외측으로 확장되는 비아 패드인 제3 서브 패턴(1113g)을 더 포함할 수 있다. 따라서, 비아 패드를 Prepreg 형태의 유전체의 내부에 배치할 경우, 급전 라인의 그라운드 역할을 유지하기 위해 확장 패드인 제3 서브 패턴(1113g)을 이용하여 안테나로 급전을 용이하게 할 수 있다.
도 15a(b)는 급전 그라운드인 제1 서브 패턴(1111g)과 제2 확장 패드인 제3 서브 패턴(1113g)에서 60GHz 대역의 신호가 전달될 때 전류 분포도를 나타낸다. 제1 서브 패턴(1111g)의 중심 영역인 급전 라인(1110f)을 따라 전류의 세기가 강하게 잘 분포되는 것을 통해 전류가 잘 흐르고 있음을 확인할 수 있다.
도 15a 및 도 15b를 참조하면, 급전 라인(1110f)이 배치된 제1 영역(R1)과 수직 편파 안테나가 형성된 방사 영역인 제2 영역(R2)에서 전계 분포도 임계 수준 이상으로 높게 형성된다. 급전 라인(1110f)이 배치된 제1 영역(R1)에서 신호가 안테나로 잘 전달됨을 의미하면, 제1 영역(R1)에서 전계가 강하게 위 아래로 형성되는 것을 확인할 수 있다. 방사 영역인 제2 영역(R2)에서 전계의 방향이 상하 방향으로 잘 형성되어 수직 편파가 잘 형성된 상태로 방사되고 있음을 확인할 수 있다. 방사 영역인 제2 영역(R2)에서 상단 폴인 제1 도전 패턴(1110) 및 하단 폴인 제3 도전 패턴(1130)이 수직 편파 안테나로 동작한다.
도 7a 내지 도 15b를 참조하면, PCB(1100b)의 제2 도전 패턴(1110g)의 형상은 적어도 하나의 도전 패드(1131p, 1132p)의 형상에 대응되게 형성될 수 있다. 본 명세서의 실시예에 따르면, 비아 구조(1100v)가 PCB(1100b)의 내부 영역으로 이동됨에 따라 제2 도전 패턴(1110g)이 연장될 수 있다.
전술한 바와 같이, 제2 도전 패턴(1110g)은 제1 서브 패턴(1111g) 및 제2 서브 패턴(1112g)에 제3 서브 패턴(1113g)을 더 포함할 수 있다. 제3 서브 패턴(1113g)은 제2 서브 패턴(1112g)의 단부에서 제1 축 방향으로 제4 너비(W4) 및 제2 축 방향으로 제4 길이(L4) 로 형성될 수 있다. 제2 서브 패턴(1112g)은 제1 축 방향으로 복수의 비아 홀들과 연결되는 제1 그라운드 패드(GP1)를 형성할 수 있다. 제3 서브 패턴(1113g)은 제1 그라운드 패드(GP1)의 단부에서 연장된 제2 그라운드 패드(GP2)를 형성할 수 있다. 급전 라인(1110f)을 통해 전달된 신호는 제1 그라운드 패드(GP1)에서 연장된 제2 그라운드 패드(GP2)에 의해 제1 도전 패턴(1110)으로 전달될 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 안테나 모듈을 구성하는 FPCB(1100a)는 PCB(1100b)의 단부에 형성된 급전 라인(1110f)과 결합된 상태에서 PCB(1100b)에 대해 수직하게 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 16a는 본 명세서에 따른 PCB와 수직하게 결합된 FPCB가 소정 갭 간격으로 이격된 구조를 나타낸다. 도 16b는 도 16a의 FPCB와 PCB 간의 갭 간격에 따른 반사 계수 특성을 비교한 것이다.
도 16a 및 도 16b를 참조하면, PCB(1100b)와 FPCB(1100a) 간에 갭(Gw) 간격 변화에 대한 안테나 성능 변화를 나타내며, 갭(Gw) 간격을 조절하여 안테나의 동작주파수를 결정하는 데에 사용될 수 있다. FPCB(1100a)를 수직하게 상부 방향으로 형성 시, 물리적으로 갭 간격이 0mm가 되도록 직각으로 형성하는 것은 현실적으로 불가능하다. 이에 따라 임계 수준 이상의 갭(Gw) 간격이 발생할 수 있으며, 갭(Gw) 간격이 증가할수록 안테나의 동작 주파수는 상향 이동될 수 있다.
도 16b는 FPCB(1100a)상에 구현된 수직 편파 다이폴 안테나의 갭(Gw) 간격 변화에 따른 반사 계수(S11) 변화를 나타낸 것이다. 갭(Gw) 간격이 0mm, 0.1mm, 0.2mm, 0.3mm로 0.1mm씩 증가할수록 공진 주파수가 59GHz에서 64.5GHz까지 순차적으로 증가함을 확인할 수 있다.
도 7a 내지 도 16b를 참조하면, PCB(1100b)의 일 측 단부는 연성의 재질로 이루어진 FPCB(1100a)와 소정 너비의 갭(Gw)만큼 이격되게 형성될 수 있다. PCB(1100b)의 일 측 단부와 수직하게 형성된 FPCB(1100a) 간의 갭(Gw)의 너비는 0.3mm 이하로 형성될 수 있다.
본 명세서의 수직 편파 안테나(V-ANT)는 PCB(11100b)의 일 측의 종단 부에 수직하게 형성된 FPCB(1100a)를 이용하여 수직 편파 다이폴 안테나 구조로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 하나의 폴은 FPCB(1100a)의 일 레이어에 형성되고, 다른 하나의 폴은 PCB에 형성될 수 있다. 상단 폴과 하단 폴에 의해 수직 편파를 갖는 전계가 형성되어 수직 편파 안테나로 동작할 수 있다. 하단 폴은 안테나 소형화를 위해 역C자형 구조로 형성될 수 있고 비아 구조(1100v)를 통해 너비를 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 안테나의 임피던스와 동작 주파수를 하향 이동시켜 안테나 구의 소형화를 구현할 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 수직 편파 안테나로 구현된 안테나 모듈은 배열 안테나로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 도 17a는 실시 예에 따른 수직 편파 배열 안테나로 구현되는 안테나 모듈을 나타낸다. 도 17b는 도 17a의 안테나 모듈의 PCB의 상단에 쉴드 캔이 배치된 구조를 나타낸다. 도 18a는 도 17b의 쉴드 캔이 배치된 배열 안테나 모듈의 전면도를 나타낸다. 도 18b는 도 18a의 쉴드 캔이 배치된 배열 안테나 모듈의 측면도를 나타낸다. 도 18c는 도 17b 내지 도 18b의 쉴드 캔과 수직 편파 안테나까지의 거리 변화에 따른 배열 안테나의 이득 변화를 나타낸 것이다.
도 17a 내지 도 18b를 참조하면, 1x4 엔드-파이어 배열 안테나(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. 수직 편파 엔드-파이어 배열 안테나가 형성된 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 수직 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.
도 7b 및 도 7c를 참조하면, 제1 도전 패턴(1110), 제2 도전 패턴(1110g), 비아 구조(1100v) 및 제3 도전 패턴(1130)이 밀리미터파 주파수 대역에서 수직 편파를 갖는 안테나 소자로 동작할 수 있다. 도 7b, 도 7c, 도 17a 내지 도 18b를 참조하면, 안테나 소자는 제1 축 방향으로 복수 개 배치되어 배열 안테나(1100AR)를 구성할 수 있다. 배열 안테나(1100AR)는 제1 안테나 소자(EL1) 내지 제4 안테나 소자(EL4)를 포함하도록 구성될 수 있다. 배열 안테나(1100AR)의 제1 안테나 소자(EL1) 내지 제4 안테나 소자(EL4)는 제1 축 방향으로 빔 포밍된 무선 신호(beam-formed radio signal)를 방사하도록 구성될 수 있다.
도 17b 내지 도 18c를 참조하면, 57 내지 70GHz 주파수 대역에서 쉴드 캔(1170)과 수직 편파 안테나(V-ANT)까지의 거리(d)의 변화에 따라 1x4 배열 안테나의 이득이 변화될 수 있다. (i) 쉴드 캔 없이 1x4 배열 안테나만 배치된 경우 60GHz에서 9.3dBi의 이득 값을 갖는다. (ii) 거리(d)가 0.17λ0 에서 0.29λ0 까지 변경됨에 따라 60GHz에서 배열 안테나 이득은 9.48dB에서 10.5dB까지 증가한다. 한편, 거리(d)가 0.33λ0 로 형성된 구조에서 60GHz에서 배열 안테나 이득은 10.19dB까지 유지된다. 57 내지 70GHz의 전체 주파수 대역을 고려하면 수직 편파 안테나(V-ANT)는 d=0.17λ0의 60GHz 이상의 주파수 대역을 제외하면 쉴드 캔이 없는 구조보다 안테나 이득이 더 증가한 것을 확인할 수 있다.
이에 따라, 본 명세서에 따른 수직 편파 안테나(V-ANT)로 구현된 안테나 모듈(1100)은 PCB(1100b)의 그라운드 월(1100w)의 상단 부의 그라운드 패턴에 배치되는 쉴드 캔(shield can)(1170)을 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 수직 편파 안테나로 구현되는 안테나 모듈에 대해 설명하였다. 이하에서는, 본 명세서의 다른 양상에 따른 수직 편파 안테나로 구현되는 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 전술된 모든 기술적 특징 및 구성들이 이하의 설명에도 적용된다. 도 19는 본 명세서에 따른 유전체 케이스의 내부에 배치되는 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기를 나타낸다.
도 19를 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.
도 15b의 상단 폴인 제1 도전 패턴(1110)과 하단 폴인 제3 도전 패턴(1130)의 전류 분포도와 같이 전계의 세기가 상단 폴이 배치된 수직방향으로 더 강하고 멀리 형성되는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 도 15b 및 도 19를 참조하면 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 제3 도전 패턴(1130)이 메탈 프레임(1010)에 인접하게 배치될 수 있다.
도 1 내지 도 19를 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. 유전체 케이스(1020)는 소정 각도(s)로 경사지게 형성될 수 있다. 유전체 케이스(1020)의 내부에 공기 층(air-layer)(1030)이 형성될 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. 측면 부(1023)는 내측 면(1023)과 외측 면(1023)을 포함하도록 구성될 수 있다. 안테나 모듈(1000)에서 방사된 무선 신호는 내측 면(1023)과 외측 면(1023)을 통해 유전체 케이스(1020)의 측면으로 무선 신호를 방사할 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.
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 제1 도전 패턴(1110), 제2 도전 패턴(1110g) 및 제3 도전 패턴(1130)을 포함하도록 구성될 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(1110g)은 제3 층들(1130b) 들 중 어느 한 층인 하부(sub) 3층(layer)(Lb3)에 형성될 수 있다. 제3 도전 패턴(1130)은 제3 층들 중 다른 한 층인 하부(sub) 4층(layer)(Lb4)에 형성될 수 있다.
제 2 도전 패턴(1110g)과 제 3 도전 패턴(1130)은 비아 홀(via hole)들로 서로 연결될 수 있다. 비아 홀(via hole)들은 도전 패드들의 인접한 층들을 수직하게 연결하는 비아 구조(1100v)로 형성될 수 있다. 하부 3층(Lb3)은 제1 층(1110b)의 타측면에 하부 4층(Lb3)보다 가까이 배치될 수 있다. 하부 4층(Lb4)은 제1 층(1110b)의 타측면에서 하부 3층(Lb3)보다 멀리 배치될 수 있다.
제1 영역(R1)에 형성된 제 1 도전 패턴(1110)의 간격(W1v)은 다층 기판의 그라운드에 연결되는 제2 도전 패턴(1110g)의 간격(W1, W2) 보다 좁게(narrower) 형성될 수 있다. 제2 도전 패턴(1110g)은 다층 기판의 그라운드 중 어는 한 곳과 연결되는 제1 서브 패턴(1111g)과 비아 홀들과 연결되는 제2 서브 패턴(1112g)으로 형성될 수 있다. 제2 도전 패턴(1110g)의 제1 서브 패턴(1111g)의 간격(W1)은 제3 층들 중 하부(sub) 4층(layer) (Lb4)에 형성된 제2 서브 패턴(1112g)의 간격보다 좁게(narrower) 형성될 수 있다.
제3 도전 패턴(1130)의 길이(L3)는 제2 도전 패턴(1110g)의 제1 서브 패턴(1111g)의 길이보다 짧게(shorter) 형성될 수 있다. 제3 도전 패턴(1130)의 일 끝 영역은 제2 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 홀들은 제1 비아 홀들(1121v), 제2 비아 홀들(1122v) 및 제3 비아 홀들(1123v)을 포함하도록 구성될 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 수직 편파 안테나로 구현되는 안테나 모듈은 전자 기기 내에 배열 안테나로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 20a는 복수의 배열 안테나들로 형성된 안테나 모듈이 전자 기기에 배치된 구조를 나타낸다. 도 20b는 도 20a의 복수의 배열 안테나 모듈을 확대한 도면이다.
도 1 내지 도 20b를 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 21은 실시 예들에 따른 전자 기기의 특정 위치에서 서로 다른 결합 구조로 결합된 안테나 모듈을 나타낸다. 도 21(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 21(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 21(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 수직 편파 안테나로 구현되는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기에 대해 설명하였다. 본 명세서에 따른 수직 편파 안테나로 구현되는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 기기의 기술적 효과는 다음과 같다.
실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역에서 동작하는 수직 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, 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, 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 제 2 재질로 이루어진 복수의 층으로 이루어진 제2 층들(layers); 및
    상기 제1 층의 타측면에 형성된 강성(rigid)의 제 2 재질로 이루어진 복수의 층으로 이루어진 제3 층들(layers)을 포함하고,
    상기 제1 층은 상기 제 2층들과 상기 제3 층들과 병렬로 형성되는 제1 영역과 상기 제2 층들과 상기 제3 층들과 수직으로 형성되는 제2 영역으로 이루어져 있고,
    상기 도전 패턴은,
    상기 제1 층의 상기 일측면의 제1 영역과 제2 영역에서 상기 일측면 상에 형성되어 신호를 송수신 하는 제1 도전 패턴;
    상기 제3 층들 중 어느 한 층인 하부(sub) 3층(layer)에 형성된 제 2 도전 패턴; 및
    상기 제3 층들 중 다른 한 층인 하부(sub) 4층(layer)에 형성된 제 3 도전 패턴을 포함하고,
    상기 제 2 도전 패턴과 상기 제 3 도전 패턴은 비아 홀(via hole)들로 서로 연결되고,
    상기 하부 3층은 상기 제1 층의 상기 타측면에 가까이 배치되고, 상기 하부 4층은 상기 제1 층의 상기 타측면에서 상기 하부 3층보다 멀리 배치되는, 안테나 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 영역에 형성된 상기 제 1 도전 패턴의 간격은 상기 다층 기판의 그라운드에 연결되는 상기 제2 도전 패턴의 간격 보다 좁은(narrower), 안테나 모듈.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 도전 패턴은 상기 다층기판의 그라운드 중 어는 한 곳과 연결되는 제1 서브 패턴과 상기 비아 홀들과 연결되는 제2 서브 패턴으로 형성되고,
    상기 제2 도전 패턴의 일부인 상기 제1 서브 패턴의 간격은 상기 제3 층들 중 상기 하부(sub) 4층(layer)에 형성된 상기 제2 서브 패턴의 간격보다 좁은(narrower), 안테나 모듈.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제3 도전 패턴의 길이는 상기 제2 도전 패턴의 상기 제1 서브 패턴의 길이보다 짧은(shorter), 안테나 모듈.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 제3 도전 패턴의 일 끝 영역은 상기 제2 서브 패턴과 복수의 비아 홀들의 복수의 열로 전기적으로 연결되도록 형성되는, 안테나 모듈.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 도전 패턴의 제1 높이는 1mm를 기준으로 소정 범위 내에서 형성되고,
    상기 비아 홀들로 형성된 비아 구조가 연결된 상기 제3 도전 패턴과 상기 제2 도전 패턴 사이의 상기 비아 구조의 제2 높이는 0.3mm를 기준으로 소정 범위 내에서 형성되는, 안테나 모듈.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 도전 패턴의 상기 제1 높이는 상기 비아 구조의 상기 제2 높이보다 소정 높이 이상으로 더 높게 형성되고,
    상기 제1 높이와 상기 제2 높이의 차이는 60GHz에서 0.14λ0를 기준으로 소정 범위 내에서 형성되는, 안테나 모듈.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제3 도전 패턴의 제3 너비는 0.2mm 내지 1.0mm 사이의 범위로 형성되는, 안테나 모듈.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제3 도전 패턴은 상기 제1 축 방향으로 제3 너비로 형성되고, 상기 제1 축 방향에 수직한 제2 축 방향으로 제3 길이로 형성되고,
    상기 제3 도전 패턴의 상기 제3 너비는 상기 제2 서브 패턴의 상기 제2 너비와 동일하게 형성되고,
    상기 제3 도전 패턴은 일 측 단부에서 타 측 단부까지 상기 제3 길이로 형성되는, 안테나 모듈.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제3 도전 패턴의 상기 일 측 단부에 인접한 지점에서 상기 제3 도전 패턴은 상기 제2 서브 패턴과 상기 비아 홀들을 통해 연결되고,
    상기 제3 도전 패턴의 상기 타 측 단부는 상기 PCB의 내측 영역에 다층 구조로 형성된 그라운드 월의 단부에 인접한 지점까지 형성되는, 안테나 모듈.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제2 서브 패턴과 상기 제3 도전 패턴 사이에 배치되는 적어도 하나의 도전 패드를 더 포함하고,
    상기 제1 축 방향으로 배치된 상기 비아 홀들은,
    상기 제2 서브 패턴과 상기 적어도 하나의 도전 패드를 연결하도록 수직하게 제3 축 방향으로 형성되고,
    상기 적어도 하나의 도전 패드와 상기 제3 도전 패턴을 연결하도록 수직하게 상기 제3 축 방향으로 형성되는, 안테나 모듈.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제2 도전 패턴은 상기 제2 서브 패턴의 단부에서 상기 제1 축 방향으로 제4 너비 및 상기 제2 축 방향으로 제4 길이로 형성되는 제3 서브 패턴을 더 포함하고,
    상기 제2 서브 패턴은 상기 제1 축 방향으로 복수의 비아 홀들과 연결되는 제1 그라운드 패드를 형성하고,
    상기 제3 서브 패턴은 상기 제1 그라운드 패드의 단부에서 연장된 제2 그라운드 패드를 형성하고,
    상기 급전 라인을 통해 전달된 신호는 상기 제1 그라운드 패드에서 연장된 상기 제2 그라운드 패드에 의해 상기 제1 도전 패턴으로 전달되는, 안테나 모듈.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 PCB의 상기 일 측 단부는 상기 연성의 재질로 이루어진 연성 기판과 소정 너비의 갭만큼 이격되게 형성되고,
    상기 갭의 너비는 0.3mm 이하로 형성되는, 안테나 모듈.
  14. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 도전 패턴, 상기 제2 도전 패턴, 상기 비아 구조 및 상기 제3 도전 패턴이 밀리미터파 주파수 대역에서 수직 편파를 갖는 안테나 소자로 동작하고,
    상기 안테나 소자는 상기 제1 축 방향으로 복수 개 배치되어 배열 안테나를 구성하고,
    상기 배열 안테나의 제1 안테나 소자 내지 제4 안테나 소자는 상기 제1 축 방향으로 빔 포밍된 무선 신호(beam-formed radio signal)를 방사하도록 구성되는, 안테나 모듈.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 PCB의 상기 그라운드 월의 상단 부의 그라운드 패턴에 배치되는 쉴드 캔(shield can)을 더 포함하고,
    상기 쉴드 캔과 상기 연성 기판까지의 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 다층 기판은 상기 제1 층(layer)의 일측면에 형성된 강성(rigid)의 제 2 재질로 이루어진 복수의 층으로 이루어진 제2 층들(layers); 및
    상기 다층 기판은 상기 제1 층의 타측면에 형성된 강성(rigid)의 제 2 재질로 이루어진 복수의 층으로 이루어진 제3 층들(layers)을 포함하고,
    상기 제1 층은 상기 제 2층들과 상기 제3 층들과 병렬로 형성되는 제1 영역과 상기 제2 층들과 상기 제3 층들과 수직으로 형성되는 제2 영역으로 이루어져 있고,
    상기 도전 패턴은,
    상기 제1 층의 상기 일측면의 제1 영역과 제2 영역에서 상기 일측면 상에 형성되어 신호를 송수신 하는 제1 도전 패턴;
    상기 제3 층들 중 어느 한 층인 하부(sub) 3층(layer)에 형성된 제 2 도전 패턴; 및
    상기 제3 층들 중 다른 한 층인 하부(sub) 4층(layer)에 형성된 제 3 도전 패턴을 포함하고,
    상기 제 2 도전 패턴과 상기 제 3 도전 패턴은 비아 홀(via hole)들로 서로 연결되고,
    상기 하부 3층은 상기 제1 층의 상기 타측면에 가까이 배치되고, 상기 하부 4층은 상기 제1 층의 상기 타측면에서 상기 하부 3층보다 멀리 배치되는, 전자 기기.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 영역에 형성된 상기 제 1 도전 패턴의 간격은 상기 다층 기판의 그라운드에 연결되는 상기 제2 도전 패턴의 간격 보다 좁은(narrower), 전자 기기.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 제2 도전 패턴은 상기 다층기판의 그라운드 중 어는 한 곳과 연결되는 제1 서브 패턴과 상기 비아 홀들과 연결되는 제2 서브 패턴으로 형성되고,
    상기 제2 도전 패턴의 일부인 상기 제1 서브 패턴의 간격은 상기 제3 층들 중 상기 하부(sub) 4층(layer)에 형성된 상기 제2 서브 패턴의 간격보다 좁은(narrower), 전자 기기.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 제3 도전 패턴의 길이는 상기 제2 도전 패턴의 상기 제1 서브 패턴의 길이보다 짧은(shorter), 전자 기기.
  20. 제18 항에 있어서,
    상기 제3 도전 패턴의 일 끝 영역은 상기 제2 서브 패턴과 복수의 비아 홀들의 복수의 열로 전기적으로 연결되도록 형성되는, 전자 기기.
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