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WO2019151796A1 - 반사체를 포함하는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자장치 - Google Patents

반사체를 포함하는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자장치 Download PDF

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WO2019151796A1
WO2019151796A1 PCT/KR2019/001346 KR2019001346W WO2019151796A1 WO 2019151796 A1 WO2019151796 A1 WO 2019151796A1 KR 2019001346 W KR2019001346 W KR 2019001346W WO 2019151796 A1 WO2019151796 A1 WO 2019151796A1
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WO
WIPO (PCT)
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reflector
dielectric
antenna array
disposed
antenna module
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/KR2019/001346
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
고승태
이영주
오정석
윤인섭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung Electronics Co Ltd
Inha University Research and Business Foundation
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
Inha University Research and Business Foundation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung Electronics Co Ltd, Inha University Research and Business Foundation filed Critical Samsung Electronics Co Ltd
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Priority to US16/965,424 priority patent/US11322854B2/en
Priority to CN201980011209.9A priority patent/CN111742446B/zh
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    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
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    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM

Definitions

  • the present invention relates to an antenna module used in the next generation communication technology and an electronic device including the same.
  • a 5G communication system or a pre-5G communication system is called a system after a 4G network (Beyond 4G Network) or a system after an LTE system (Post LTE).
  • 5G communication systems are being considered for implementation in the ultra-high frequency (mmWave) band (eg, such as the 60 Gigabit (60 GHz) band).
  • FD-MIMO massive array multiple input / output
  • FD-MIMO massive array multiple input / output
  • FD-MIMO massive array multiple input / output
  • FD-MIMO massive array multiple input / output
  • FD-MIMO massive array multiple input / output
  • Array antenna, analog beam-forming, and large scale antenna techniques are discussed.
  • 5G communication systems have advanced small cells, advanced small cells, cloud radio access network (cloud RAN), ultra-dense network (ultra-dense network) , Device to Device communication (D2D), wireless backhaul, moving network, cooperative communication, Coordinated Multi-Points (CoMP), and interference cancellation
  • cloud RAN cloud radio access network
  • D2D Device to Device communication
  • D2D Device to Device communication
  • CoMP Coordinated Multi-Points
  • Hybrid FSK and QAM Modulation FQAM
  • SWSC Slide Window Superposition Coding
  • ACM Advanced Coding Modulation
  • FBMC Fan Bank Multi Carrier
  • NOMA non orthogonal multiple access
  • SCMA sparse code multiple access
  • IoT Internet of Things
  • IoE Internet of Everything
  • M2M machine to machine
  • MTC Machine Type Communication
  • IT intelligent Internet technology services can be provided that collect and analyze data generated from connected objects to create new value in human life.
  • IoT is a field of smart home, smart building, smart city, smart car or connected car, smart grid, health care, smart home appliances, advanced medical services, etc. through convergence and complex of existing information technology (IT) technology and various industries. It can be applied to.
  • Next-generation communication systems can use the ultra-high frequency band (mmWave).
  • the gain loss of the antenna may occur due to the path loss of the radio wave. Therefore, to prevent this, various devices such as lenses may be combined with the antenna.
  • various devices such as lenses may be combined with the antenna.
  • a separation distance over a certain distance between the antenna and the lens is required.
  • the size of the electronic device to which the next generation communication system is applied is gradually becoming smaller. Therefore, there may occur a case in which the separation distance between the antenna and the lens is not sufficiently secured in the electronic device, and thus there is a problem in that the gain value of the antenna is sharply decreased.
  • the present invention includes an antenna array for radiating a beam through an upper surface, a dielectric material and a metallic material disposed to be spaced apart from the upper surface of the antenna array by a predetermined first length, and a predetermined second length of the lower surface of the dielectric material.
  • a first reflector spaced apart by a distance;
  • a second reflector including a metallic material, the second reflector being disposed in a portion of the lower surface of the dielectric facing the upper surface of the antenna array.
  • the dielectric may emit a beam to the top surface by changing the phase of the beam incident through the bottom surface.
  • the first reflector may be disposed surrounding the antenna array on a horizontal plane on which the antenna array is disposed.
  • the first length may be less than or equal to the second length.
  • the second reflector may have a grid shape, and the size of each grid pattern constituting the grid may be different from each other.
  • Each grid pattern size may be larger as the grid pattern is farther from the central axis of the antenna array.
  • the second reflector may include a plurality of unit reflectors having a predetermined shape, and the plurality of unit reflectors may be periodically disposed on a bottom surface of the dielectric.
  • the predetermined shape may include at least one of a square shape, a circle shape, a square ring shape, and a cross shape.
  • the second reflector may be composed of a plurality of layers.
  • the housing may further include a housing formed to surround the antenna module, wherein the dielectric and the second reflector may be disposed on one surface of the housing along the outer edge of the housing.
  • the present invention provides an electronic device including an antenna module, the antenna module is an antenna array for emitting a beam through the top surface, a dielectric material, a metallic material spaced apart from the top surface of the antenna array by a first predetermined length And a first reflector and a metallic material spaced apart from the bottom surface of the dielectric by a second predetermined length and disposed in a partial region of the bottom surface of the dielectric facing the top surface of the antenna array. It may include a second reflector.
  • the dielectric may emit a beam to the top surface by changing the phase of the beam incident through the bottom surface.
  • the first reflector may be disposed surrounding the antenna array on a horizontal plane on which the antenna array is disposed.
  • the first length may be less than or equal to the second length.
  • the second reflector may have a grid shape, and the size of each grid pattern constituting the grid may be different from each other.
  • Each grid pattern size may be larger as the grid pattern is farther from the central axis of the antenna array.
  • the second reflector may include a plurality of unit reflectors having a predetermined shape, and the plurality of unit reflectors may be periodically disposed on a bottom surface of the dielectric.
  • the predetermined shape may include at least one of a square shape, a circle shape, a square ring shape, and a cross shape.
  • the second reflector may be composed of a plurality of layers.
  • the housing may further include a housing formed to surround the antenna module, and the dielectric and the second reflector may be disposed on one surface of the housing along the outer edge of the housing.
  • the gain value of the antenna module may be maintained through a reflector disposed around the antenna array.
  • the separation distance between the antenna array and the insulator can be reduced through the structure disclosed in the present invention, thereby reducing the size of the antenna module and the electronic device including the antenna module.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an antenna module structure including a lens.
  • FIG. 2 is a side view of the antenna module according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view showing the antenna module according to the first embodiment of the present invention as viewed from the top surface thereof.
  • FIG 4 is a view showing the antenna module according to the second embodiment of the present invention as viewed from the top surface thereof.
  • FIG 5 is a view showing the antenna module according to the third embodiment of the present invention as viewed from the top surface thereof.
  • 6A through 6D are views illustrating the shape of the second reflector according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a side view of an antenna module according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a side view of an electronic device according to an embodiment of the present invention.
  • each block of the flowchart illustrations and combinations of flowchart illustrations may be performed by computer program instructions. Since these computer program instructions may be mounted on a processor of a general purpose computer, special purpose computer, or other programmable data processing equipment, those instructions executed through the processor of the computer or other programmable data processing equipment may be described in flow chart block (s). It creates a means to perform the functions. These computer program instructions may be stored in a computer usable or computer readable memory that can be directed to a computer or other programmable data processing equipment to implement functionality in a particular manner, and thus the computer usable or computer readable memory. It is also possible for the instructions stored in to produce an article of manufacture containing instruction means for performing the functions described in the flowchart block (s).
  • Computer program instructions may also be mounted on a computer or other programmable data processing equipment, such that a series of operating steps may be performed on the computer or other programmable data processing equipment to create a computer-implemented process to create a computer or other programmable data. Instructions for performing the processing equipment may also provide steps for performing the functions described in the flowchart block (s).
  • each block may represent a portion of a module, segment, or code that includes one or more executable instructions for executing a specified logical function (s).
  • logical function e.g., a module, segment, or code that includes one or more executable instructions for executing a specified logical function (s).
  • the functions noted in the blocks may occur out of order.
  • the two blocks shown in succession may in fact be executed substantially concurrently, or the blocks may sometimes be executed in the reverse order, depending on the corresponding function.
  • ' ⁇ part' used in the present embodiment refers to software or a hardware component such as an FPGA or an ASIC, and ' ⁇ part' performs certain roles.
  • ' ⁇ ' is not meant to be limited to software or hardware.
  • ' ⁇ Portion' may be configured to be in an addressable storage medium or may be configured to play one or more processors.
  • ' ⁇ ' means components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, and processes, functions, properties, procedures, and the like. Subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuits, data, databases, data structures, tables, arrays, and variables.
  • components and the 'parts' may be combined into a smaller number of components and the 'parts' or further separated into additional components and the 'parts'.
  • the components and ' ⁇ ' may be implemented to play one or more CPUs in the device or secure multimedia card.
  • ' ⁇ part' may include one or more processors.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an antenna module structure including a lens.
  • the antenna module 100 may include an antenna array 110 including a plurality of antenna elements, a lens 120 spaced apart from the antenna array 110 by a predetermined distance, and the antenna array ( 110 and a case 130 fixing the lens 120 may be included.
  • the lens 120 may receive a beam radiated through the antenna array 110.
  • the antenna array 110 used in the next generation mobile communication system may radiate the beam at various angles while changing the angle of the beam by using the beam sweeping function.
  • the lens 120 receives beams radiated in various phases, and changes the phase of the beams and radiates them to the outside of the case 130.
  • the gain value of the antenna module 100 may be improved by the lens 120.
  • the separation distance d between the antenna array 110 and the lens 120 is greater than a predetermined reference distance. For example, in the mmWave band used in the next generation mobile communication system, a distance d of 3 cm or more may be required.
  • an antenna module structure having a distance of several centimeters between the antenna and the lens cannot be excluded. Therefore, an antenna module structure capable of reducing the separation distance between the antenna array 110 and the lens 120 is required.
  • an antenna module structure for satisfying such a requirement is provided.
  • FIG. 2 is a side view of the antenna module according to the first embodiment of the present invention.
  • the antenna module 200 may include an antenna array 210 radiating a beam through an upper surface, a dielectric 220 spaced apart from the upper surface of the antenna array 210 by a first length, A first reflector 230 and a metallic material including a metallic material and spaced apart from the bottom surface of the dielectric 220 by a predetermined second length, and facing the top surface of the antenna array 210.
  • the second reflector 241, 242, and 243 may be disposed on a portion of the lower surface of the dielectric 220.
  • the antenna array 210 may include a plurality of antenna elements.
  • the antenna array 210 may perform beamforming by controlling each antenna element. That is, the antenna array 210 may perform beam steering at various angles.
  • a plurality of beams 260, 262, and 270 may be radiated through the top surface of the antenna array 210.
  • the beam 260 vertically radiated from the top surface of the antenna array 210 may be incident perpendicularly to the bottom surface of the dielectric material 220 spaced apart from the antenna array 210 by the first length.
  • the beam 260 vertically incident on the bottom surface of the dielectric 220 may pass through the dielectric 220 without changing the beam phase value.
  • the beam 261 transmitted through the dielectric 220 may be perpendicular to the dielectric 220 and radiate outside the antenna module 200.
  • the beam 270 having a specific phase value may be incident on the bottom surface of the dielectric 220 by beamforming of the antenna array 210.
  • the dielectric 220 may change the phase of the beam 270, and the beam 271 whose phase is changed may be radiated to the outside of the antenna module 200.
  • the phase of the beam 271 changed in phase by the dielectric 200 may be perpendicular to the dielectric 220 and may have the same phase as the beam 261 radiated outside the antenna module 200. In this case, a gain value of the antenna module 200 may be improved.
  • a portion 262 of the beam radiated through the antenna array 210 may be incident on the second reflector 241.
  • the second reflector 241 may include a metallic material, and a portion 264 of the beam incident on the second reflector 241 may be reflected by changing its phase by 180 °.
  • a portion 263 of the beam incident on the second reflector 241 may pass through the second reflector 241.
  • the portion 263 of the transmitted beam may be changed in phase by the dielectric 220 disposed on the top surface of the second reflector 241, and the beam 263 in which the phase is changed may be the antenna module 200. ) Can be radiated to the outside.
  • the phase of the phase-changed beam 263 is perpendicular to the dielectric 220 and may have the same phase as the beams 261 and 271 radiated out of the antenna module 200.
  • the gain value of the antenna module 200 may be improved.
  • the beam 264 reflected by the second reflector 241 may have a specific phase and enter the first reflector 230.
  • the beam 264 incident to the first reflector 230 may not penetrate the first reflector 230, and may be totally reflected by changing the phase by 180 ° by the first reflector 230.
  • the beam 265 reflected by the first reflector 230 may have the same phase as the specific beam 262 and may be incident on the second reflector 242.
  • the second reflector 242 may include a metallic material, and a portion 267 of the beam incident on the second reflector 242 may be reflected by changing its phase by 180 °.
  • a portion 266 of the beam incident on the second reflector 242 may pass through the second reflector 242.
  • a portion 266 of the beam transmitted may be changed in phase by a dielectric material 220 disposed on an upper surface of the second reflector 242, and the beam 266 in which the phase is changed may be an antenna module 200. ) Can be radiated to the outside.
  • the phase of the phase shifted beam 266 may be perpendicular to the dielectric 220 and have the same phase as the beams 261, 263, 271 radiating out of the antenna module 200. Through this, the gain value of the antenna module 200 may be improved.
  • the beam 267 reflected by the second reflector 242 may have a specific phase and enter the first reflector 230.
  • the beam 267 incident on the first reflector 230 may not penetrate the first reflector 230, and may be totally reflected by changing the phase by 180 ° by the first reflector 230.
  • the beam 268 reflected by the first reflector 230 may have the same phase as the specific beams 262 and 265, and may be incident on the second reflector 243.
  • a part 269 of the beam incident on the second reflector 243 may be radiated to the outside of the antenna module 200 by changing the phase of the beam by the dielectric 220.
  • the phase of the phased beam 269 remains perpendicular to the dielectric 220 and has the same phase as the particular beams 261, 263, 266, 271 radiating out of the antenna module 200.
  • a gain value of the antenna module may be improved.
  • a portion of the beam 268 incident to the second reflector 243 may also be reflected toward the first reflector 230 by changing the phase by 180 °. That is, a part of the beam radiated through the antenna array 210 is reflected and moved inside the antenna module 200 by the first reflector 230 and the second reflectors 241, 242, and 243. 200 may be radiated to the outside.
  • the area in which the beam is radiated through the dielectric 220 may be widened, thereby improving performance (for example, a gain value) of the antenna module.
  • the first reflector 230 may be disposed surrounding the antenna array 210 on a horizontal plane on which the antenna array 210 is disposed. That is, the first length, which is the separation distance between the antenna array 210 and the dielectric 220, and the second length, which is the separation distance between the dielectric 220 and the first reflector 230, may be the same.
  • the first length which is the separation distance between the antenna array 210 and the dielectric 220, may be less than or equal to the second length, which is the separation distance between the dielectric 220 and the first reflector 230.
  • the antenna array 210 may be disposed on an upper surface of a printed circuit board (PCB).
  • the antenna array 210 may be a patch antenna.
  • the first reflector 230 may be formed by extending to the ground layer disposed on the bottom surface of the printed circuit board. That is, the first reflector 230 may be disposed to surround the antenna array 210 on a horizontal plane on which the ground layer is disposed. In some embodiments, the first reflector 230 and the ground layer may be electrically connected to each other.
  • FIG 3 is a view showing the antenna module according to the first embodiment of the present invention as viewed from the top surface thereof.
  • the second reflector 320 may have a grid shape. That is, an edge of the grid pattern may be formed of the second reflector 320, and the second reflector 320 may be disposed on the bottom surface of the dielectric (not shown) having a plate shape. An area where the border of the grid pattern is disposed on the lower surface of the dielectric through the grid-shaped second reflector 320 may be used as a reflector, and an area where the grid pattern border is not disposed on the lower surface of the dielectric is used as the dielectric Can be.
  • the second reflector 320 may be disposed to face the top surface of the antenna array 310, and the antenna array 310 may be spaced apart from the second reflector 320 by a predetermined length. Can be arranged.
  • the first reflector 330 may include the antenna so that a beam emitted through the antenna array 310 and reflected through the second reflector 320 may be reflected back toward the second reflector 320. It may be disposed around the array 310.
  • the first reflector 330 may include a metallic material so that the beams reflected through the second reflector 320 may be reflected toward the second reflector 320.
  • the first reflector 330 may be disposed surrounding the antenna array 310 on a horizontal plane on which the antenna array 310 is disposed. That is, the separation distance between the antenna array 310 and the second reflector 320 may be the same as the separation distance between the first reflector 330 and the second reflector 320.
  • each grid pattern constituting the second reflector 320 may have a rectangular shape. (More specifically, d x and d y shown in FIG. 3 may be different from each other.) In addition, the size of each grid pattern may be different from each other. (More specifically, w x and w y shown in FIG. 3 may be different from each other.)
  • each grid pattern constituting the grid-shaped second reflector 320 may be asymmetrically formed.
  • a gain value of a specific phase (for example, a phase of a beam to be emitted through an antenna module) may be improved through the asymmetric lattice-shaped second reflector 320.
  • the second reflector 320 may include a hexagon grid shape, not a grid shape including a grid pattern.
  • FIG 4 is a view showing the antenna module according to the second embodiment of the present invention as viewed from the top surface thereof.
  • each grid pattern constituting the second reflector 420 having a grid shape may be formed non-uniformly.
  • the lattice size of the second reflector 420 overlapping with the antenna array 410 is not the second reflector 420 does not overlap with the antenna array 410 ) May be larger than the grid pattern size.
  • the area overlapping with the antenna array 410 is likely to be a beam radiated perpendicularly to the antenna array 410. Therefore, it is preferable to minimize the arrangement of the second reflector in the region as shown in FIG. 4 in terms of gain value improvement of the antenna module.
  • FIG 5 is a view showing the antenna module according to the third embodiment of the present invention as viewed from the top surface thereof.
  • each grid pattern constituting the second reflector 520 having a grid shape may be formed non-uniformly.
  • each grid pattern size when viewed from the top surface of the antenna module, may be larger as the respective grid pattern is farther away from the middle axis of the antenna array 510.
  • the base line length of the grid pattern that most closely to the antenna array 510 position is d 1
  • base line length of the grid to the base line length located next to the d 1 as the grid is d 2
  • d 2 may be greater than d 1 .
  • a gain value of a specific phase may be improved through the non-uniform lattice-shaped second reflector 520.
  • 6A is a view illustrating the shape of a second reflector according to an embodiment of the present invention.
  • the second reflector 610 may include a plurality of unit reflectors having a square shape, and the plurality of unit reflectors may be periodically disposed on the bottom surface of the dielectric 620. That is, the unit reflectors may be repeatedly disposed on the bottom surface of the dielectric 620 spaced apart from each other by the same distance.
  • a part of the beam radiated through the antenna array may be reflected by a phase change of 180 ° by the second reflector 610, and another part of the beam may pass through the dielectric 620 to transmit the antenna module. It may radiate to the outside. According to an embodiment, a portion of the beam passing through the dielectric 620 may be changed in phase by the dielectric 620.
  • 6B is a view showing the shape of the second reflector according to the embodiment of the present invention.
  • the second reflector 610 may include a plurality of unit reflectors having a circular shape, and the plurality of unit reflectors may be periodically disposed on the bottom surface of the dielectric 620. That is, the unit reflectors may be repeatedly disposed on the bottom surface of the dielectric 620 spaced apart from each other by the same distance.
  • the structure and effects of the second reflector and the dielectric may be the same as or similar to those of the second reflector and the dielectric of FIG. 6A except that the unit reflector may be formed in a circular shape.
  • 6C is a view showing the shape of the second reflector according to the embodiment of the present invention.
  • the second reflector 610 may include a plurality of unit reflectors having a square ring shape, and the plurality of unit reflectors may be periodically disposed on the bottom surface of the dielectric 620. That is, the unit reflectors may be repeatedly disposed on the bottom surface of the dielectric 620 spaced apart from each other by the same distance.
  • the structure and effects of the second reflector and the dielectric may be the same as or similar to those of the second reflector and the dielectric of FIG. 6A except that the unit reflector may be formed in a rectangular ring shape.
  • 6D is a view showing the shape of the second reflector according to the embodiment of the present invention.
  • the second reflector 610 may include a plurality of unit reflectors having a cross shape, and the plurality of unit reflectors may be periodically disposed on the bottom surface of the dielectric 620. That is, the unit reflectors may be repeatedly disposed on the bottom surface of the dielectric 620 spaced apart from each other by the same distance.
  • the structure and effects of the second reflector and the dielectric may be the same as or similar to those of the second reflector and the dielectric of FIG. 6A, except that the unit reflector may be formed in a cross shape.
  • FIG. 7 is a side view of an antenna module according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the antenna module 700 may include an antenna array 710 radiating a beam through an upper surface, and a dielectric 720 spaced apart from the upper surface of the antenna array 710 by a first length. And a first reflector 730 including a metallic material and spaced apart from the bottom surface of the dielectric 720 by a predetermined second length.
  • the antenna module 700 may include a second reflector including a metallic material and disposed in a portion of a lower surface of the dielectric facing the upper surface of the antenna array.
  • the second reflector may include a plurality of layers 741 and 743.
  • each of the layers 741 and 743 constituting the second reflector may have unit reflectors having different shapes periodically.
  • a reflector having a grid shape may be disposed
  • a reflector in which a unit reflector having a square shape is periodically disposed may be disposed.
  • each of the layers 741 and 743 constituting the second reflector may be periodically disposed unit reflectors having the same shape.
  • the reflector may be the reflector in which the unit reflector having the circular shape is periodically disposed.
  • FIG. 8 is a side view of an electronic device according to an embodiment of the present invention.
  • the electronic device 800 may include an antenna module and a housing 850 formed to surround the antenna module, and the antenna module 810 may radiate a beam through an upper surface thereof.
  • a dielectric material 820 spaced apart from the top surface of the antenna array 810 by a first predetermined length and a metallic material, and spaced apart from the bottom surface of the dielectric 820 by a second predetermined length. It may include a first reflector 830 and a metallic material, and may include a second reflector 830 disposed in a portion of the bottom surface of the dielectric 820 facing the top surface of the antenna array 810. have.
  • the dielectric 820 and the second reflector 840 may be disposed on one surface of the housing 850 along the outside of the housing 850. That is, when the housing 850 is formed as a curved surface, the dielectric 820 and the second reflector 840 may also be formed as curved surfaces.
  • the dielectric 820 and the second reflector 840 may be printed on one surface of the housing.
  • the second reflector 840 may be disposed on the dielectric 820 through a patterning process.

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Abstract

본 발명은 4G 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G 통신 시스템을 IoT 기술과 융합하는 통신 기법 및 그 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 상단면을 통해 빔을 방사하는 안테나 어레이, 상기 안테나 어레이의 상단면과 기설정된 제1 길이만큼 이격되어 배치되는 유전체, 금속성 물질을 포함하며, 상기 유전체의 하단면과 기설정된 제2 길이만큼 이격되어 배치되는 제1 반사체 및 금속성 물질을 포함하며, 상기 안테나 어레이의 상단면과 마주하는 상기 유전체의 하단면의 일부 영역에 배치되는 제2 반사체를 포함하는 안테나 모듈을 제공한다.

Description

반사체를 포함하는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자장치
본 발명은 차세대 통신 기술에서 이용되는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자장치에 관한 것이다.
4G 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후 (Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE 시스템 이후 (Post LTE) 이후의 시스템이라 불리어지고 있다. 높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역 (예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다. 또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀 (advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크 (cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크 (ultra-dense network), 기기 간 통신 (Device to Device communication: D2D), 무선 백홀 (wireless backhaul), 이동 네트워크 (moving network), 협력 통신 (cooperative communication), CoMP (Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거 (interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다. 이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation: ACM) 방식인 FQAM (Hybrid FSK and QAM Modulation) 및 SWSC (Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(non orthogonal multiple access), 및SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.
한편, 인터넷은 인간이 정보를 생성하고 소비하는 인간 중심의 연결 망에서, 사물 등 분산된 구성 요소들 간에 정보를 주고 받아 처리하는 IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 망으로 진화하고 있다. 클라우드 서버 등과의 연결을 통한 빅데이터(Big data) 처리 기술 등이 IoT 기술에 결합된 IoE (Internet of Everything) 기술도 대두되고 있다. IoT를 구현하기 위해서, 센싱 기술, 유무선 통신 및 네트워크 인프라, 서비스 인터페이스 기술, 및 보안 기술과 같은 기술 요소 들이 요구되어, 최근에는 사물간의 연결을 위한 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 연구되고 있다. IoT 환경에서는 연결된 사물들에서 생성된 데이터를 수집, 분석하여 인간의 삶에 새로운 가치를 창출하는 지능형 IT(Internet Technology) 서비스가 제공될 수 있다. IoT는 기존의 IT(information technology)기술과 다양한 산업 간의 융합 및 복합을 통하여 스마트홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 스마트 그리드, 헬스 케어, 스마트 가전, 첨단의료서비스 등의 분야에 응용될 수 있다.
이에, 5G 통신 시스템을 IoT 망에 적용하기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다. 예를 들어, 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 5G 통신 기술이 빔 포밍, MIMO, 및 어레이 안테나 등의 기법에 의해 구현되고 있는 것이다. 앞서 설명한 빅데이터 처리 기술로써 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud RAN)가 적용되는 것도 5G 기술과 IoT 기술 융합의 일 예라고 할 수 있을 것이다.
차세대 통신 시스템은 초고주파 대역(mmWave)을 이용할 수 있다. 초고주파 대역에서는 전파의 경로손실로 인해 안테나의 게인값 하락이 발생할 수 있다. 따라서 이를 방지하기 위해 렌즈 등 다양한 장치들이 안테나와 결합될 수 있다. 그러나 렌즈를 통해 안테나의 게인값을 향상시키기 위해서는 안테나와 렌즈간 특정거리 이상의 이격거리가 필요하다.
반면, 차세대 통신 시스템이 적용되는 전자 장치의 사이즈는 점차 소형화되는 추세에 있다. 따라서 전장 장치내에서 안테나와 렌즈간 이격거리가 충분하게 확보되지 못하는 경우가 발생할 수 있으며, 이에 따라 안테나의 게인값이 급격하게 하락하는 문제점이 존재한다.
본 발명은 상단면을 통해 빔을 방사하는 안테나 어레이, 상기 안테나 어레이의 상단면과 기설정된 제1 길이만큼 이격되어 배치되는 유전체, 금속성 물질을 포함하며, 상기 유전체의 하단면과 기설정된 제2 길이만큼 이격되어 배치되는 제1 반사체; 및 금속성 물질을 포함하며, 상기 안테나 어레이의 상단면과 마주하는 상기 유전체의 하단면의 일부 영역에 배치되는 제2 반사체를 포함하는 안테나 모듈을 제공한다.
상기 유전체는 하단면을 통해 입사되는 빔의 위상을 변경시켜 상단면으로 빔을 방사할 수 있다.
상기 제1 반사체는 상기 안테나 어레이가 배치되는 수평면상에 상기 안테나 어레이를 둘러싸며 배치될 수 있다.
상기 제1 길이는 상기 제2 길이보다 작거나 같을 수 있다.
상기 제2 반사체는 그리드(grid) 형상을 가지며, 상기 그리드를 구성하는 각각의 격자무늬 크기는 서로 상이할 수 있다.
상기 각각의 격자무늬 크기는 상기 각각의 격자무늬가 상기 안테나 어레이의 중심축으로부터 멀어질수록 커질 수 있다.
상기 제2 반사체는 기설정된 형상을 가지는 복수개의 단위 반사체를 포함하며, 상기 복수개의 단위 반사체는 상기 유전체의 하단면에 주기적으로 배치될 수 있다.
상기 기설정된 형상은 정사각형 형상, 원 형상, 정사각형 링형상, 십자가 형상 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 반사체는 복수개의 레이어로 구성될 수 있다.
상기 안테나 모듈을 둘러싸도록 형성된 하우징을 더 포함하며, 상기 유전체 및 상기 제2 반사체는 상기 하우징의 외곽을 따라 상기 하우징의 일면에 배치될 수 있다.
본 발명은 안테나 모듈을 포함하는 전자 장치를 제공하며, 상기 안테나 모듈은 상단면을 통해 빔을 방사하는 안테나 어레이, 상기 안테나 어레이의 상단면과 기설정된 제1 길이만큼 이격되어 배치되는 유전체, 금속성 물질을 포함하며, 상기 유전체의 하단면과 기설정된 제2 길이만큼 이격되어 배치되는 제1 반사체 및 금속성 물질을 포함하며, 상기 안테나 어레이의 상단면과 마주하는 상기 유전체의 하단면의 일부 영역에 배치되는 제2 반사체를 포함할 수 있다.
상기 유전체는 하단면을 통해 입사되는 빔의 위상을 변경시켜 상단면으로 빔을 방사할 수 있다.
상기 제1 반사체는 상기 안테나 어레이가 배치되는 수평면상에 상기 안테나 어레이를 둘러싸며 배치될 수 있다.
상기 제1 길이는 상기 제2 길이보다 작거나 같을 수 있다.
상기 제2 반사체는 그리드(grid) 형상을 가지며, 상기 그리드를 구성하는 각각의 격자무늬 크기는 서로 상이할 수 있다.
상기 각각의 격자무늬 크기는 상기 각각의 격자무늬가 상기 안테나 어레이의 중심축으로부터 멀어질수록 커질 수 있다.
상기 제2 반사체는 기설정된 형상을 가지는 복수개의 단위 반사체를 포함하며, 상기 복수개의 단위 반사체는 상기 유전체의 하단면에 주기적으로 배치될 수 있다.
상기 기설정된 형상은 정사각형 형상, 원 형상, 정사각형 링형상, 십자가 형상 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 반사체는 복수개의 레이어(layer)로 구성될 수 있다.
상기 안테나 모듈을 둘러싸도록 형성된 하우징을 더 포함하며, 상기 유전체 및 상기 제2 반사체는 상기 하우징의 외곽을 따라 일면에 배치될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 안테나 어레이와 절연체(또는 렌즈)간의 이격거리가 근접하더라도, 안테나 어레이의 주변에 배치되는 반사체를 통해 안테나 모듈의 게인값을 유지할 수 있다.
또한, 본 발명에서 개시하고 있는 구조를 통해 안테나 어레이와 절연체간 이격거리가 줄어들 수 있어, 안테나 모듈 및 상기 안테나 모듈을 포함하는 전자 장치의 사이즈를 감소시킬 수 있다.
도 1은 렌즈를 포함하는 안테나 모듈 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나 모듈의 측면도를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나 모듈을 상단면에서 바라본 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 안테나 모듈을 상단면에서 바라본 모습을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 안테나 모듈을 상단면에서 바라본 모습을 나타낸 도면이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 실시예에 따른 제2 반사체의 형상을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 안테나 모듈의 측면도를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전자 장치의 측면도를 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이 때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이 때, 본 실시 예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다. 또한 실시 예에서 '~부'는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.
도 1은 렌즈를 포함하는 안테나 모듈 구조를 나타낸 도면이다.
일실시예에 따르면, 안테나 모듈(100)은 복수개의 안테나 엘리먼트를 포함하는 안테나 어레이(110), 상기 안테나 어레이(110)와 기설정된 거리만큼 이격되어 배치되는 렌즈(120), 및 상기 안테나 어레이(110)와 상기 렌즈(120)를 고정하는 케이스(130)를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 렌즈(120)는 상기 안테나 어레이(110)를 통해 방사되는 빔을 수신할 수 있다. 차세대 이동 통신 시스템에 이용되는 안테나 어레이(110)는 빔 스위핑 기능을 이용해 빔의 각도를 바꿔가며 다양한 각도로 빔을 방사할 수 있다. 렌즈(120)는 다양한 위상으로 방사되는 빔을 수신하며, 상기 빔의 위상을 변경하여 케이스(130) 외부로 방사할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 렌즈(120)에 의해 상기 안테나 모듈(100)의 게인값이 향상될 수 있다. 그러나, 게인값을 향상시키기 위해서는 안테나 어레이(110)와 렌즈(120) 간에 기설정된 기준거리 이상의 이격거리(d)가 필요하다. 예를 들어 차세대 이동 통신 시스템에 이용되는 mmWave 대역에서는 3cm 이상의 이격거리(d)가 필요할 수 있다.
그러나, 전자 장치의 크기가 소형화되는 최근의 추세에서 안테나와 렌즈간 수 센티미터의 이격거리를 가지는 안테나 모듈 구조는 배제될 수 밖에 없다. 따라서 안테나 어레이(110)와 렌즈(120)간 이격거리를 줄일 수 있는 안테나 모듈 구조가 요구되며, 이하에서는 이와 같은 요구를 만족시키기 위한 안테나 모듈 구조를 제공한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나 모듈의 측면도를 나타낸 도면이다.
일실시예에 따르면 안테나 모듈(200)은 상단면을 통해 빔을 방사하는 안테나 어레이(210), 상기 안테나 어레이(210)의 상단면과 기설정된 제1 길이만큼 이격되어 배치되는 유전체(220), 금속성 물질을 포함하며, 상기 유전체(220)의 하단면과 기설정된 제2 길이만큼 이격되어 배치되는 제1 반사체(230) 및 금속성 물질을 포함하며, 상기 안테나 어레이(210)의 상단면과 마주하는 상기 유전체(220)의 하단면의 일부 영역에 배치되는 제2 반사체(241, 242, 243)를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 안테나 어레이(210)는 복수개의 안테나 엘리먼트를 포함할 수 있다. 상기 안테나 어레이(210)는 각각의 안테나 엘리먼트를 제어하여 빔포밍을 수행할 수 있다. 즉, 상기 안테나 어레이(210)는 다양한 각도로 빔 조향(beam steering)을 수행할 수 있다.
상기 안테나 어레이(210)의 상단면을 통해 복수개의 빔(260, 262, 270)이 방사될 수 있다. 상기 안테나 어레이(210)의 상단면에서 수직으로 방사되는 빔(260)은 상기 안테나 어레이(210)와 상기 제1 길이만큼 이격되어 배치되는 유전체(220)의 하단면에 수직으로 입사될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 유전체(220)의 하단면으로 수직으로 입사된 빔(260)은 빔 위상 값의 변경 없이 상기 유전체(220)를 투과할 수 있다. 상기 유전체(220)를 투과한 빔(261)은 상기 유전체(220)와 수직을 유지하며 안테나 모듈(200) 외부로 방사될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 안테나 어레이(210)의 빔포밍에 의해 특정한 위상 값을 가지는 빔(270)이 유전체(220)의 하단면에 입사할 수 있다. 이 경우, 상기 유전체(220)는 상기 빔(270)의 위상을 변경시킬 수 있으며, 위상이 변경된 빔(271)은 안테나 모듈(200) 외부로 방사될 수 있다.
일실시예에 따르면, 유전체(200)에 의해 위상이 변경된 빔(271)의 위상은 유전체(220)와 수직을 유지하며 안테나 모듈(200) 외부로 방사되는 빔(261)과 동일한 위상을 가질 수 있으며, 이를 통해 안테나 모듈(200)의 게인값이 향상될 수 있다.
일실시예에 따르면 안테나 어레이(210)를 통해 방사되는 빔의 일부(262)는 제2 반사체(241)에 입사될 수 있다. 상기 제2 반사체(241)는 금속성 물질을 포함하며, 상기 제2 반사체(241)에 입사되는 빔의 일부(264)는 위상이 180° 변경되어 반사될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제2 반사체(241)에 입사되는 빔의 일부(263)는 상기 제2 반사체(241)를 투과할 수 있다. 투과된 상기 빔의 일부(263)는 상기 제2 반사체(241)의 상단면에 배치되는 유전체(220)에 의해 빔의 위상이 변경될 수 있으며, 위상이 변경된 빔(263)은 안테나 모듈(200) 외부로 방사될 수 있다.
일실시예에 따르면, 위상이 변경된 빔(263)의 위상은 유전체(220)와 수직을 유지하며 안테나 모듈(200) 외부로 방사되는 빔(261, 271)과 동일한 위상을 가질 수 있으며, 이를 통해 안테나 모듈(200)의 게인값이 향상될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제2 반사체(241)에 의해 반사되는 빔(264)은 특정 위상을 가지며 제1 반사체(230)로 입사할 수 있다. 상기 제1 반사체(230)로 입사된 빔(264)은 상기 제1 반사체(230)를 투과할 수 없으며, 상기 제1 반사체(230)에 의해 위상이 180° 변경되어 전반사될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제1 반사체(230)에 의해 반사된 빔(265)은 특정 빔(262)과 동일한 위상을 가질 수 있으며, 제2 반사체(242)에 입사될 수 있다. 상기 제2 반사체(242)는 금속성 물질을 포함하며, 상기 제2 반사체(242)에 입사되는 빔의 일부(267)는 위상이 180° 변경되어 반사될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제2 반사체(242)에 입사되는 빔의 일부(266)는 상기 제2 반사체(242)를 투과할 수 있다. 투과된 상기 빔의 일부(266)는 상기 제2 반사체(242)의 상단면에 배치되는 유전체(220)에 의해 빔의 위상이 변경될 수 있으며, 위상이 변경된 빔(266)은 안테나 모듈(200) 외부로 방사될 수 있다.
일실시예에 따르면, 위상이 변경된 빔(266)의 위상은 유전체(220)와 수직을 유지하며 안테나 모듈(200) 외부로 방사되는 빔(261, 263, 271)과 동일한 위상을 가질 수 있으며, 이를 통해 안테나 모듈(200)의 게인값이 향상될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제2 반사체(242)에 의해 반사되는 빔(267)은 특정 위상을 가지며 제1 반사체(230)로 입사할 수 잇다. 상기 제1 반사체(230)로 입사한 빔(267)은 상기 제1 반사체(230)를 투과할 수 없으며, 상기 제1 반사체(230)에 의해 위상이 180° 변경되어 전반사될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제1 반사체(230)에 의해 반사된 빔(268)은 특정 빔(262, 265)과 동일한 위상을 가질 수 있으며, 제2 반사체(243)에 입사될 수 있다. 일실시예에 따르면, 상기 제2 반사체(243)에 입사되는 빔의 일부(269)는 유전체(220)에 의해 빔의 위상이 변경되어 안테나 모듈(200) 외부로 방사될 수 있다.
일실시예에 따르면, 위상이 변경된 빔(269)의 위상은 유전체(220)와 수직을 유지하며 안테나 모듈(200) 외부로 방사되는 특정 빔(261, 263, 266, 271)과 동일한 위상을 가질 수 있으며, 이를 통해 안테나 모듈의 게인값이 향상될 수 있다.
도시하지는 않았으나, 제2 반사체(243)로 입사되는 빔(268)의 일부도 위상이 180° 변경되어 제1 반사체(230)를 향해 반사될 수 있다. 즉, 안테나 어레이(210)를 통해 방사되는 빔의 일부는 상기 제1 반사체(230)와 상기 제2 반사체(241, 242, 243)에 의해 상기 안테나 모듈(200) 내부에서 반사되어 이동하며 안테나 모듈(200) 외부로 방사될 수 있다.
따라서 본 발명의 일실시예에 따르면, 유전체(220)를 통해 빔이 방사되는 면적이 넓어질 수 있으며, 이를 통해 안테나 모듈의 성능(예를 들어 게인값)을 향상시킬 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제1 반사체(230)는 상기 안테나 어레이(210)가 배치되는 수평면상에서 상기 안테나 어레이(210)를 둘러싸며 배치될 수 있다. 즉 상기 안테나 어레이(210)와 유전체(220)간의 이격거리인 제1 길이와 유전체(220)와 제1 반사체(230)간의 이격거리인 제2 길이가 동일할 수 있다.
일실시예에 따르면, 안테나 어레이(210)와 유전체(220)간의 이격거리인 상기 제1 길이가 유전체(220)와 제1 반사체(230)간의 이격거리인 제2 길이보다 작거나 같을 수 있다. 일실시예에 따르면, 상기 안테나 어레이(210)는 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)의 상단면에 배치될 수 있다. 일실시예에 따르면 상기 안테나 어레이(210)는 패치형 안테나일 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 인쇄회로기판의 하단면에 배치되는 그라운드층에 연장되어 제1 반사체(230)가 형성될 수 있다. 즉, 제1 반사체(230)는 상기 그라운드층이 배치되는 수평면상에 상기 안테나 어레이(210)를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 일실시예에 따르면 상기 제1 반사체(230)와 상기 그라운드층은 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 도 2에서 도시하고 있는 실시예는 본 발명을 실시하기 위한 일실시예에 불과하므로 본 발명의 권리범위가 도 2에서 개시하고 있는 실시예에 국한되어서는 안 될 것이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나 모듈을 상단면에서 바라본 모습을 나타낸 도면이다.
일실시예에 따르면, 제2 반사체(320)는 그리드(grid) 형상을 가질 수 있다. 즉, 격자무늬의 테두리가 제2 반사체(320)로 구성될 수 있으며, 상기 제2 반사체(320)는 플레이트 형상을 가지는 유전체(미도시)의 하단면에 배치될 수 있다. 상기 그리드 형상의 제2 반사체(320)를 통해 유전체의 하단면 중 격자무늬의 테두리가 배치되는 영역은 반사체로써 이용될 수 있으며, 유전체의 하단면 중 격자무늬 테두리가 배치되지 않는 영역은 유전체로써 이용될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제2 반사체(320)는 상기 안테나 어레이(310)의 상단면과 마주하도록 배치될 수 있으며, 안테나 어레이(310)는 상기 제2 반사체(320)와 기설정된 길이만큼 이격되어 배치될 수 있다. 일실시예에 따르면 안테나 어레이(310)를 통해 방사되어 상기 제2 반사체(320)를 통해 반사되는 빔이 다시 제2 반사체(320)를 향해 재반사될 수 있도록 제1 반사체(330)가 상기 안테나 어레이(310) 주변에 배치될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제1 반사체(330)는 상기 제2 반사체(320)를 통해 반사되는 빔이 전부 제2 반사체(320)를 향해 반사될 수 있도록 금속성 물질을 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 상기 제1 반사체(330)는 상기 안테나 어레이(310)가 배치되는 수평면상에 상기 안테나 어레이(310)를 둘러싸며 배치될 수 있다. 즉, 상기 안테나 어레이(310)와 상기 제2 반사체(320)간의 이격거리와 상기 제1 반사체(330)와 상기 제2 반사체(320)간의 이격거리가 동일할 수 있다.
일실시예에 따르면, 제2 반사체(320)를 구성하는 각 격자무늬는 직사각형 형상을 가질 수 있다. (보다 구체적으로 도 3에서 도시하고 있는 dx와 dy가 서로 다를 수 있다.) 뿐만 아니라, 각 격자무늬의 크기가 서로 상이할 수 있다. (보다 구체적으로 도 3에서 도시하고 있는 wx와 wy가 서로 다를 수 있다.)
일실시예에 따르면 상기 그리드 형상의 제2 반사체(320)를 구성하는 각각의 격자무늬는 비대칭(asymmetric)하게 형성될 수 있다. 일실시예에 따르면 상기 비대칭적인 격자무늬 형상의 제2 반사체(320)를 통해 특정 위상(예를 들면 안테나 모듈을 통해 방사하고자 하는 빔의 위상)의 게인값이 향상될 수 있다.
한편, 도 3에서 도시하고 있는 실시예는 본 발명을 실시하기 위한 일실시예에 불과하므로 본 발명의 권리범위가 도 3에서 개시하고 있는 실시예에 국한되어서는 안 될 것이다. 예를 들어 제2 반사체(320)는 격자무늬를 포함하는 그리드 형상이 아닌 육각 그리드(hexagon grid) 형상을 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 안테나 모듈을 상단면에서 바라본 모습을 나타낸 도면이다.
일실시예에 따르면, 그리드 형상을 가지는 제2 반사체(420)를 구성하는 각각의 격자무늬는 비균일(non-uniform)하게 형성될 수 있다. 일실시예에 따르면, 안테나 모듈의 상단면에서 보았을 때, 안테나 어레이(410)와 중첩되어 배치되는 제2 반사체(420)의 격자무늬 크기는 안테나 어레이(410)와 중첩되지 않는 제2 반사체(420)의 격자무늬 크기보다 클 수 있다.
일실시예에 따르면, 안테나 모듈의 상단면에서 보았을 때, 안테나 어레이(410)와 중첩되는 영역은 안테나 어레이(410)와 수직하게 방사되는 빔일 확률이 높다. 따라서 상기 영역에는 도 4에서 도시하고 있는 바와 같이 제2 반사체의 배치를 최소화하는 것이 안테나 모듈의 게인값 향상 측면에서 바람직하다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 안테나 모듈을 상단면에서 바라본 모습을 나타낸 도면이다.
일실시예에 따르면, 그리드 형상을 가지는 제2 반사체(520)를 구성하는 각각의 격자무늬는 비균일하게 형성될 수 있다. 일실시예에 따르면, 안테나 모듈의 상단면에서 보았을 때, 각각의 격자무늬 크기는 상기 각각의 격자무늬가 상기 안테나 어레이(510)의 중식축으로부터 멀어질수록 커질 수 있다.
일실시예에 따르면, 안테나 어레이(510)와 가장 근접하게 위치하는 격자무늬의 밑변길이는 d1이며, 밑변길이가 d1인 격자무늬의 옆에 위치하는 격자무늬의 밑변길이는 d2이고, d2는 d1보다 클 수 있다. 동일한 원리로 도 5에서 도시하고 있는 격자무늬 밑변길이의 대소관계를 정리하면 하기의 수식과 같이 정리할 수 있다.
[수식]
d1 < d2 < d3 < d4 < d5 < d6 < d7
d1, d2, d3, d4, d5, d6, d7: 해당 격자무늬의 밑변길이
일실시예에 따르면 상기 비균일한 격자무늬 형상의 제2 반사체(520)를 통해 특정 위상(예를 들면 안테나 모듈을 통해 방사하고자 하는 빔의 위상)의 게인값이 향상될 수 있다.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 제2 반사체의 형상을 나타낸 도면이다.
일실시예에 따르면 제2 반사체(610)는 정사각형 형상을 가지는 복수개의 단위 반사체를 포함할 수 있으며, 상기 복수개의 단위 반사체는 유전체(620)의 하단면에 주기적으로 배치될 수 있다. 즉, 상기 각각의 단위 반사체는 서로 동일한 거리만큼 이격되어 유전체(620)의 하단면에 반복되어 배치될 수 있다.
일실시예에 따르면 안테나 어레이를 통해 방사되는 빔의 일부는 상기 제2 반사체(610)에 의해 위상이 180° 변경되어 반사될 수 있으며, 빔의 다른 일부는 상기 유전체(620)를 투과하여 안테나 모듈 외부로 방사될 수 있다. 일실시예에 따르면, 유전체(620)를 투과하는 빔의 일부는 상기 유전체(620)에 의하여 빔의 위상이 변경될 수 있다.
도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 제2 반사체의 형상을 나타낸 도면이다.
일실시예에 따르면 제2 반사체(610)는 원 형상을 가지는 복수개의 단위 반사체를 포함할 수 있으며, 상기 복수개의 단위 반사체는 유전체(620)의 하단면에 주기적으로 배치될 수 있다. 즉, 상기 각각의 단위 반사체는 서로 동일한 거리만큼 이격되어 유전체(620)의 하단면에 반복되어 배치될 수 있다.
단위 반사체의 형상이 원 형상으로 형성될 수 있다는 점을 제외하고 제2 반사체 및 유전체의 구조 및 효과는 도 6a의 제2 반사체 및 유전체의 구조 및 효과와 동일 또는 유사할 수 있다.
도 6c는 본 발명의 실시예에 따른 제2 반사체의 형상을 나타낸 도면이다.
일실시예에 따르면 제2 반사체(610)는 정사각형 링형상을 가지는 복수개의 단위 반사체를 포함할 수 있으며, 상기 복수개의 단위 반사체는 유전체(620)의 하단면에 주기적으로 배치될 수 있다. 즉, 상기 각각의 단위 반사체는 서로 동일한 거리만큼 이격되어 유전체(620)의 하단면에 반복되어 배치될 수 있다.
단위 반사체의 형상이 직사각형 링형상으로 형성될 수 있다는 점을 제외하고 제2 반사체 및 유전체의 구조 및 효과는 도 6a의 제2 반사체 및 유전체의 구조 및 효과와 동일 또는 유사할 수 있다.
도 6d는 본 발명의 실시예에 따른 제2 반사체의 형상을 나타낸 도면이다.
일실시예에 따르면 제2 반사체(610)는 십자가 형상을 가지는 복수개의 단위 반사체를 포함할 수 있으며, 상기 복수개의 단위 반사체는 유전체(620)의 하단면에 주기적으로 배치될 수 있다. 즉, 상기 각각의 단위 반사체는 서로 동일한 거리만큼 이격되어 유전체(620)의 하단면에 반복되어 배치될 수 있다.
단위 반사체의 형상이 십자가 형상으로 형성될 수 있다는 점을 제외하고 제2 반사체 및 유전체의 구조 및 효과는 도 6a의 제2 반사체 및 유전체의 구조 및 효과와 동일 또는 유사할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 안테나 모듈의 측면도를 나타낸 도면이다.
일실시예에 따르면, 안테나 모듈(700)은 상단면을 통해 빔을 방사하는 안테나 어레이(710), 상기 안테나 어레이(710)의 상단면과 기설정된 제1 길이만큼 이격되어 배치되는 유전체(720) 및 금속성 물질을 포함하며, 상기 유전체(720)의 하단면과 기설정된 제2 길이만큼 이격되어 배치되는 제1 반사체(730)를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 안테나 모듈(700)은 금속성 물질을 포함하며, 상기 안테나 어레이의 상단면과 마주하는 상기 유전체의 하단면의 일부 영역에 배치되는 제2 반사체를 포함할 수 있으며, 상기 제2 반사체는 복수개의 레이어(741, 743)를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 제2 반사체를 구성하는 각각의 레이어(741, 743)는 서로 다른 형상을 가지는 단위 반사체가 주기적으로 배치될 수 있다. 예를 들어 741 레이어는 그리드 형상을 가지는 반사체가 배치될 수 있으며, 743 레이어는 정사각형 형상을 가지는 단위 반사체가 주기적으로 배치되어 있는 반사체가 배치될 수 있다.
일실시예에 따르면, 제2 반사체를 구성하는 각각의 레이어(741, 743)는 서로 동일한 형상을 가지는 단위 반사체가 주기적으로 배치될 수 있다. 예를 들어 741 레이어가 원형 형상을 가지는 단위 반사체가 주기적으로 배치되어 있는 반사체라면, 743 레이어도 원형 형상을 가지는 단위 반사체가 주기적으로 배치되어 있는 반사체일 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전자 장치의 측면도를 나타낸 도면이다.
일실시예에 따르면, 전자 장치(800)는 안테나 모듈 및 상기 안테나 모듈을 둘러싸도록 형성된 하우징(850))을 포함할 수 있으며, 상기 안테나 모듈은 상단면을 통해 빔을 방사하는 안테나 어레이(810), 상기 안테나 어레이(810)의 상단면과 기설정된 제1 길이만큼 이격되어 배치되는 유전체(820), 금속성 물질을 포함하며, 상기 유전체(820)의 하단면과 기설정된 제2 길이만큼 이격되어 배치되는 제1 반사체(830) 및 금속성 물질을 포함하며, 상기 안테나 어레이(810)의 상단면과 마주하는 상기 유전체(820)의 하단면의 일부 영역에 배치되는 제2 반사체(830)를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 유전체(820) 및 상기 제2 반사체(840)는 상기 하우징(850)의 외곽을 따라 상기 하우징(850)의 일면에 배치될 수 있다. 즉, 상기 하우징(850)이 곡면으로 형성되는 경우, 상기 유전체(820)와 상기 제2 반사체(840)도 곡면으로 형성될 수 있다.
일실시예에 따르면 상기 유전체(820) 및 상기 제2 반사체(840)는 상기 하우징의 일면에 인쇄될 수 있다. 일실시예에 따르면, 상기 제2 반사체(840)는 상기 유전체(820)에 패터닝(patterning) 공정을 통해 배치될 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 즉 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다. 또한 상기 각각의 실시 예는 필요에 따라 서로 조합되어 운용할 수 있다. 예컨대, 본 발명에서 제안하는 방법들의 일부분들이 서로 조합되어 기지국과 단말이 운용될 수 있다.

Claims (15)

  1. 상단면을 통해 빔을 방사하는 안테나 어레이;
    상기 안테나 어레이의 상단면과 기설정된 제1 길이만큼 이격되어 배치되는 유전체;
    금속성 물질을 포함하며, 상기 유전체의 하단면과 기설정된 제2 길이만큼 이격되어 배치되는 제1 반사체; 및
    금속성 물질을 포함하며, 상기 안테나 어레이의 상단면과 마주하는 상기 유전체의 하단면의 일부 영역에 배치되는 제2 반사체를 포함하는,
    안테나 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유전체는 하단면을 통해 입사되는 빔의 위상을 변경시켜 상단면으로 빔을 방사하는 것을 특징으로 하는,
    안테나 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반사체는 상기 안테나 어레이가 배치되는 수평면상에 상기 안테나 어레이를 둘러싸며 배치되는 것을 특징으로 하는,
    안테나 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 길이는 상기 제2 길이보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는,
    안테나 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 반사체는 그리드(grid) 형상을 가지며, 상기 그리드를 구성하는 각각의 격자무늬 크기는 서로 상이하고, 상기 각각의 격자무늬 크기는 상기 각각의 격자무늬가 상기 안테나 어레이의 중심축으로부터 멀어질수록 커지는 것을 특징으로 하는,
    안테나 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 반사체는 기설정된 형상을 가지는 복수개의 단위 반사체를 포함하며, 상기 복수개의 단위 반사체는 상기 유전체의 하단면에 주기적으로 배치되고, 상기 기설정된 형상은 정사각형 형상, 원 형상, 정사각형 링형상, 십자가 형상 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    안테나 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 반사체는 복수개의 레이어로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는,
    안테나 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 모듈을 둘러싸도록 형성된 하우징을 더 포함하며,
    상기 유전체 및 상기 제2 반사체는 상기 하우징의 외곽을 따라 상기 하우징의 일면에 배치되는 것을 특징으로 하는,
    안테나 모듈.
  9. 안테나 모듈을 포함하는 전자 장치에 있어서,
    상기 안테나 모듈은,
    상단면을 통해 빔을 방사하는 안테나 어레이;
    상기 안테나 어레이의 상단면과 기설정된 제1 길이만큼 이격되어 배치되는 유전체;
    금속성 물질을 포함하며, 상기 유전체의 하단면과 기설정된 제2 길이만큼 이격되어 배치되는 제1 반사체; 및
    금속성 물질을 포함하며, 상기 안테나 어레이의 상단면과 마주하는 상기 유전체의 하단면의 일부 영역에 배치되는 제2 반사체를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전자 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 유전체는 하단면을 통해 입사되는 빔의 위상을 변경시켜 상단면으로 빔을 방사하는 것을 특징으로 하는,
    전자 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 반사체는 상기 안테나 어레이가 배치되는 수평면상에 상기 안테나 어레이를 둘러싸며 배치되는 것을 특징으로 하는,
    전자 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제1 길이는 상기 제2 길이보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는,
    전자 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제2 반사체는 그리드(grid) 형상을 가지며, 상기 그리드를 구성하는 각각의 격자무늬 크기는 서로 상이하고, 상기 각각의 격자무늬 크기는 상기 각각의 격자무늬가 상기 안테나 어레이의 중심축으로부터 멀어질수록 커지는 것을 특징으로 하는,
    전자 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 제2 반사체는 기설정된 형상을 가지는 복수개의 단위 반사체를 포함하며, 상기 복수개의 단위 반사체은 상기 유전체의 하단면에 주기적으로 배치되고, 상기 기설정된 형상은 정사각형 형상, 원 형상, 정사각형 링형상, 십자가 형상 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전자 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 안테나 모듈을 둘러싸도록 형성된 하우징을 더 포함하며,
    상기 제2 반사체는 복수개의 레이어(layer)로 구성되고, 상기 유전체 및 상기 제2 반사체는 상기 하우징의 외곽을 따라 상기 하우징의 일면에 배치되는 것을 특징으로 하는,
    전자 장치.
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