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課題・解決手段

本開示は、LTEのような4G通信ステム以降、より高いデータ伝送率サポートするために提供される5G又はpre−5G通信システムに関する。本開示の実施形態は、無線機器アンテナの空間を減らし、アンテナの性能を向上させることによってアンテナによる信号損失を減少させるためのアンテナが提供される。アンテナは、第1放射体及び第1放射体によって放射された無線信号を放射するために無線機器のカバーに設置される第2放射体を含み、第2放射体は、第1放射体から離隔され第1放射体に対向する。

概要

背景

G通信ステムの商用化以降、増加の趨勢にある無線データトラフィック需要を満たすために、改善された5G通信システム又はpre−5G通信システムを開発するための努力が注がれている。このような理由で、5G又はpre−5G通信システムは4G以降のネットワーク(Beyond 4G Network)又はポストLTEシステム(PostLTESystem)と呼ばれる。

より高いデータ伝送率を達成するために、5G通信システムは、超高周波(mmWave)帯域(例えば、60ギガGHz)帯域のような)での具現が考慮されている。超高周波帯域での電波伝搬損失緩和し電波の伝達距離を増加させるために、5G通信システムではビームフォーミング(beamforming)、マッシブマイモ(massiveMIMO)、FD−MIMO(Full Dimensional MIMO)、アレイアンテナ(array antenna)、アナログビームフォーミング(analog beam−forming)及び大規模アンテナ(large scale antenna)技術が論議されている。

また、システムネットワークの改善のために、5G通信システムでは進歩した小型セル(advanced small cell)、クラウド無線アクセスネットワーク(cloud radio access network:cloud RAN)、超高密度ネットワーク(ultra−dense network)、デバイス間(Device to Device:D2D通信無線バックホール(wireless backhaul)、移動ネットワーク(moving network)、協力通信(cooperative communication)、CoMP(Coordinated Multi−Points)、受信端干渉除去(interference cancellation)などの技術開発が行われている。

その他にも、5Gシステムでは進歩したコーディング変調(Advanced Coding Modulation:ACM)方式であるFQAM(HybridFSKand QAM Modulation)及びSWSC(Sliding Window Superposition Coding)と、進歩した接続技術であるFBMC(Filter Bank Multi Carrier)、NOMA(non orthogonal multiple access)、及びSCMA(sparse code multiple access)などが開発されている。

最近では、通信技術が発達するにつれ無線機器は次第に小型化及び軽量化する趨勢にある。このような趨勢に応えるため、無線機器内に具現される内蔵型アンテナが使用されている。

一方、無線機器(wireless device)のアンテナは多様なアンテナ(例:4GLTE(long term evolution)、GPS(global position system)、Wi−Fi(wireless fidelity)等)をサポートする。そのため、小型化及び軽量化のためにアンテナの大きさを減らすための研究が行われている。また、無線機器のアンテナ性能を向上させるための研究も行われている。

前記情報は、単に本開示の理解を助けるための背景情報として提供される。上記事項のいずれも本開示に関連して先行技術として適用されることができるか否かに関してはいかなる決定も行われず、いかなる主張も提起されない。

概要

本開示は、LTEのような4G通信システム以降、より高いデータ伝送率をサポートするために提供される5G又はpre−5G通信システムに関する。本開示の実施形態は、無線機器でアンテナの空間を減らし、アンテナの性能を向上させることによってアンテナによる信号損失を減少させるためのアンテナが提供される。アンテナは、第1放射体及び第1放射体によって放射された無線信号を放射するために無線機器のカバーに設置される第2放射体を含み、第2放射体は、第1放射体から離隔され第1放射体に対向する。

目的

本開示の実施形態は、少なくとも上記問題点及び短所を解消し、以下で説明される少なくとも1つの長所を提供する

効果

実績

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請求項1

無線機器アンテナであって、第1放射体;及び前記第1放射体によって放射された無線信号を放射するために前記無線機器のカバーに設置される第2放射体を含み、前記第2放射体は、前記第1放射体から離隔され、前記第1放射体に対向するアンテナ。

請求項2

前記第1放射体は、直線型の放射体を含む請求項1に記載のアンテナ。

請求項3

前記第1放射体は、前記無線機器の本体に含まれ、前記第1放射体は、前記無線機器の本体に内蔵されたプリント回路基板(PCB)に含まれる請求項1に記載のアンテナ。

請求項4

前記第2放射体は、非線形の放射体を含む請求項3に記載のアンテナ。

請求項5

無線機器であって、第1放射体を含む本体;及び前記第1放射体によって放射された無線信号を放射するために第2放射体を含むカバーを含み、前記第2放射体は、前記第1放射体に対向し、前記第1放射体から離隔される無線機器。

請求項6

前記第1放射体は、直線型の放射体を含み、前記第2放射体は、非線形の放射体を含む請求項5に記載の無線機器。

請求項7

前記第1放射体は、前記無線機器の本体に内蔵されたプリント回路基板(PCB)に含まれる請求項6に記載の無線機器。

請求項8

前記カバーを囲む金属性ケースをさらに含み、前記金属性ケースは、前記導電性寄生パッチに対応する位置に位置し、前記第2放射体によって放射された無線信号の伝達経路を提供する開口部を含み、前記第2放射体は、前記無線機器のカバーの所定の位置に位置する導電性寄生パッチを含む請求項5に記載の無線機器。

請求項9

前記第1放射体は、給電部;接地面;及びアンテナパターンを含む請求項1又は5に記載のアンテナ又は無線機器。

請求項10

前記アンテナパターンは、アレイアンテナパターンを含む請求項1又は5に記載のアンテナ又は無線機器。

請求項11

前記第2放射体は、前記無線機器のカバーの所定の位置に位置する導電性寄生パッチを含む請求項1又は5に記載のアンテナ又は無線機器。

請求項12

前記導電性寄生パッチの位置は、前記第1放射体と前記第2放射体の間の離隔距離、前記第2放射体の曲率半径、及び前記無線信号の周波数波長に基づいて決定される請求項11に記載のアンテナ又は無線機器。

請求項13

前記無線信号の周波数に対応する波長λ対前記寄生パッチの長さZpの比率Zp/λは0.1乃至0.3の範囲内で決定され、前記無線信号の周波数に対応する波長λ対前記第2放射体の中央位置と前記カバーの中央位置の差dz/λの比率dz/λは0.02乃至0.4の範囲内で決定される請求項12に記載のアンテナ又は無線機器。

請求項14

前記カバーは、プリント回路基板(PCB)、シリコンLTCC(LowTemperatureCo−firedCeramic)及びLCP(LiquidCrystalPolymer)のうち少なくとも1つの材料(material)を含む請求項11に記載のアンテナ又は無線機器。

技術分野

0001

本発明は、無線機器アンテナに関する。

背景技術

0002

G通信ステムの商用化以降、増加の趨勢にある無線データトラフィック需要を満たすために、改善された5G通信システム又はpre−5G通信システムを開発するための努力が注がれている。このような理由で、5G又はpre−5G通信システムは4G以降のネットワーク(Beyond 4G Network)又はポストLTEシステム(PostLTESystem)と呼ばれる。

0003

より高いデータ伝送率を達成するために、5G通信システムは、超高周波(mmWave)帯域(例えば、60ギガGHz)帯域のような)での具現が考慮されている。超高周波帯域での電波伝搬損失緩和し電波の伝達距離を増加させるために、5G通信システムではビームフォーミング(beamforming)、マッシブマイモ(massiveMIMO)、FD−MIMO(Full Dimensional MIMO)、アレイアンテナ(array antenna)、アナログビームフォーミング(analog beam−forming)及び大規模アンテナ(large scale antenna)技術が論議されている。

0004

また、システムネットワークの改善のために、5G通信システムでは進歩した小型セル(advanced small cell)、クラウド無線アクセスネットワーク(cloud radio access network:cloud RAN)、超高密度ネットワーク(ultra−dense network)、デバイス間(Device to Device:D2D通信無線バックホール(wireless backhaul)、移動ネットワーク(moving network)、協力通信(cooperative communication)、CoMP(Coordinated Multi−Points)、受信端干渉除去(interference cancellation)などの技術開発が行われている。

0005

その他にも、5Gシステムでは進歩したコーディング変調(Advanced Coding Modulation:ACM)方式であるFQAM(HybridFSKand QAM Modulation)及びSWSC(Sliding Window Superposition Coding)と、進歩した接続技術であるFBMC(Filter Bank Multi Carrier)、NOMA(non orthogonal multiple access)、及びSCMA(sparse code multiple access)などが開発されている。

0006

最近では、通信技術が発達するにつれ無線機器は次第に小型化及び軽量化する趨勢にある。このような趨勢に応えるため、無線機器内に具現される内蔵型アンテナが使用されている。

0007

一方、無線機器(wireless device)のアンテナは多様なアンテナ(例:4GLTE(long term evolution)、GPS(global position system)、Wi−Fi(wireless fidelity)等)をサポートする。そのため、小型化及び軽量化のためにアンテナの大きさを減らすための研究が行われている。また、無線機器のアンテナ性能を向上させるための研究も行われている。

0008

前記情報は、単に本開示の理解を助けるための背景情報として提供される。上記事項のいずれも本開示に関連して先行技術として適用されることができるか否かに関してはいかなる決定も行われず、いかなる主張も提起されない。

発明が解決しようとする課題

0009

本開示の実施形態は、少なくとも上記問題点及び短所を解消し、以下で説明される少なくとも1つの長所を提供するものである。

0010

したがって、本開示の実施形態は、無線機器でアンテナの実装空間を減らすためのアンテナを提供することを目的とする。

0011

本開示の他の実施形態は、無線機器でアンテナの性能を向上させるためのアンテナを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0012

本開示の実施形態によれば、無線機器のアンテナが提供される。前記アンテナは、第1放射体;及び前記第1放射体によって放射された無線信号を放射するために前記無線機器のカバーに設置される第2放射体を含み、ここで、第2放射体は、第1放射体から離隔され、前記第2放射体に対向する。

0013

本開示の他の実施形態によれば、無線機器が提供される。前記無線装置は、第1放射体を含む本体、及び前記第1放射体によって放射された無線信号を放射するための第2放射体を含むカバーを含み、ここで、前記第2放射体は、前記第1放射体に対向し、前記第1放射体から離隔して位置する。

0014

本開示の他の態様、利点、及び顕著な特徴は添付された図面と共に述べられた以下の詳細な説明から当業者に明白であり、添付された図面は以下のとおりである。

図面の簡単な説明

0015

本開示の多様な実施形態に係る無線機器のブロック構成を示す図である。
本開示の多様な実施形態に係るアンテナのブロック構成を示す図である。
本開示の多様な実施形態に係るアンテナの断面図である。
本開示の多様な実施形態に係るアンテナの斜視図及び断面図である。
本開示の多様な実施形態に係るアンテナの構造を示す図である。
本開示の多様な実施形態に係るアンテナを含む無線機器の構造を示す図である。
本開示の多様な実施形態に係るアンテナを含む無線機器の構造を示す図である。
本開示の多様な実施形態に係るアンテナを含む無線機器の構造を示す図である。
本開示の多様な実施形態に係るアンテナを含む無線機器の構造を示す図である。
本開示の多様な実施形態に係る垂直偏波及び水平偏波を示すグラフである。
本開示の多様な実施形態に係る垂直偏波及び水平偏波を示すグラフである。
本開示の実施形態に係るアンテナの構造を示す図である。
本開示の多様な実施形態に係るアンテナによって獲得された利得を示すグラフである。
本開示の多様な実施形態に係るアンテナによって獲得された利得を示すグラフである。
本開示の多様な実施形態に係るアンテナによって獲得された利得を示すグラフである。
本開示の多様な実施形態に係るアンテナによって獲得された利得を示すグラフである。
本開示の実施形態に係るアンテナの構造を示す図である。
本開示の多様な実施形態に係るアンテナによって獲得された利得を示すグラフである。
本開示の多様な実施形態に係るアンテナによって獲得された利得を示すグラフである。
本開示の実施形態に係るアンテナの構造を示す図である。
本開示の多様な実施形態に係るアンテナによって獲得された利得を示すグラフである。
本開示の多様な実施形態に係るアンテナによって獲得された利得を示すグラフである。
本開示の実施形態に係るアンテナの構造を示す図である。
本開示の実施形態に係るアンテナによる送受信ビーム制御を示すグラフである。
本開示の多様な実施形態に係るアンテナの利得を示すグラフである。
本開示の多様な実施形態に係るアンテナの利得を示すグラフである。
本開示の多様な実施形態に係るアンテナの変形された構造を示す図である。
本開示の多様な実施形態に係るアンテナの変形された構造を示す図である。
本開示の多様な実施形態に係るアンテナの変形された構造を示す図である。
本開示の多様な実施形態に係るアンテナの変形された構造を示す図である。
本開示の多様な実施形態に係るアンテナの変形された構造を示す図である。

実施例

0016

添付された図面を参照した以下の説明は請求範囲及び均等物によって定義された本開示の多様な実施形態の包括的な理解を助けるために提供される。理解を助けるための多様な特徴的な細部事項を含むが、これらは単なる例示的なものと見なされるべきである。よって、当業者は本願に記載された多様な実施形態の多様な変更及び修正が本開示の範囲及び思想から逸脱することなく行われることができることを認識するはずである。また、公知の機能及び構成に対する説明は明確性及び簡潔性のために省略される場合がある。

0017

次の詳細な説明及び特許請求の範囲で用いられた用語及び単語は辞書的意味に限定されず、本開示の明確かつ一貫した理解を可能にするために、発明者のみによって使用される。したがって、本開示の多様な実施形態に対する下記の説明は、単なる例示のためのものであって、添付された請求範囲及び等価物によって定義された本開示を制限するための目的でないことは当業者に明白であろう。

0018

単数形「a」、「an」、及び「the」は、文脈上明確に別に指示しない限り多数の対象を含むことを理解するべきである。よって、例えば、「構成要素表面」に対する言及はそのような1つ以上の表面に対する言及を含む。

0019

本開示の多様な実施形態は、アンテナの実装空間を減らし、アンテナの性能を向上させることによってアンテナで誘電損(dielectric loss)による信号損失を減少させるためのアンテナに関する。

0020

無線機器は、スマートフォン(smart phone)のように無線接続機能を持つ携帯用電子装置(portable electronic device)であり得る。この無線機器は、携帯端末(portable terminal)、移動電話(mobile phone)、モバイルパッド(mobile pad)、タブレットコンピュータ(tablet computer)、ハンドヘルドコンピュータ(handheld computer)、PDA(Personal Digital Assistant)のうち1つであり得る。この無線機器は、無線接続可能なメディアプレーヤ(media player)、カメラスピーカスマートテレビジョン(smart television)のようなメディア機器ののうち1つであり得る。この無線機器は、スマートウォッチ(smart watch)のような着用可能な電子装置ウェアラブルヘッドマウント装置のような仮想現実装置、スマートグラス(smart glass)のような拡張現実装置であり得る。この無線機器は、POS(Point Of Sales)機器又はビーコン(beacon)機器であり得る。この無線機器は、上述した装置のうち2つ以上の機能を結合した装置であり得る。

0021

図1は、本開示の多様な実施形態に係る無線機器のブロック構成である。ここで図示する内容は発明を説明するための例示に過ぎないもので多様な変形された構成が可能なため、発明の保護範囲を制限すると解釈されるべきではない。

0022

図1を参照すると、無線機器10は、アンテナ100及び送受信機200を含む。アンテナ100は、送受信機200から送信された無線信号を外部に放射し、他のソースから信号を受信して受信された信号を送受信機200に提供する。本開示の一実施形態で、アンテナ100は、4GLTE(long term evolution)アンテナ、GPS(global position system)アンテナ、Wi−Fi(wireless fidelity)アンテナのうち1つを含むことができる。本開示の実施形態で、アンテナ100はミリ波(mmWave)技術を利用して60ギガヘルツ(giga hertz、GHz)帯域の信号を送受信できる。

0023

送受信機200は、送信のための無線信号をアンテナ100に伝達し、アンテナ100を介して受信された無線信号を受信する。送受信機200は、RF(Radio Frequency)処理機能及び/又は基底帯域(baseband、BB)処理機能を含む。

0024

送受信機200は、信号の帯域変換増幅などを行って無線チャネルを介して信号を送受信する。そのために、送受信機200は、基底帯域信号RF帯域信号アップコンバートし、アンテナ100を介して受信されるRF帯域信号を基底帯域信号にダウンコンバートする。送受信機200は、送信フィルタ受信フィルタ増幅器ミキサ(mixer)、発振器(oscillator)、デジタルアナログ変換器(digital to analog converter、DAC)、アナログデジタル変換器(analog to digital converter、ADC)などを含むことができる。送受信機200は、多数のRFチェーンを含むことができる。また、送受信機200は、ビームフォーミング(beamforming)をサポートできる。ビームフォーミングのために、送受信機200は、多数のアンテナ又はアンテナ要素(element)を介して送受信される信号の位相及び大きさを調節できる。

0025

基底帯域(baseband、BB)処理機能を含む送受信機200は、システムの物理層規格によって基底帯域信号とビット列の間で変換を行う。例えば、データ送信時、送受信機200は、ビット列を符号化及び変調することによって複素シンボルを生成する。また、データ受信時、送受信機200は、基底帯域信号を復調及び復号化を介してビット列を復元する。

0026

送受信機200は、送信部、受信部、送受信部又は通信部と称することができる。送受信機200は、RF処理部と称することもでき、基底帯域処理部及びRF処理部を含むことができる。基底帯域処理部及びRF処理部のうち少なくとも1つは、互いに異なる多数の通信規格をサポートするために多数の通信モジュールを含むことができる。また、基底帯域処理部及びRF処理部のうち少なくとも1つは、互いに異なる周波数帯域の信号を処理するために互いに異なる通信モジュールを含むことができる。例えば、通信規格は、無線LAN(例:IEEE(institute of electrical and electronics engineers)802.11)、セルラー網(例:LTE)などを含むことができる。また、互いに異なる周波数帯域はセンチメートル波SHF:super high frequency)(例:2.5GHz、5GHz)帯域、ミリ波(millimeter wave)(例:60GHz)帯域を含むことができる。

0027

図2は、本開示の多様な実施形態に係るアンテナのブロック構成である。この構成は図1に示すアンテナ100に含まれる例として説明される。

0028

図2を参照すると、アンテナ100は、第1放射体(radiator)110及び第2放射体120を含む。第1放射体110は、無線信号を放射し、第2放射体120を駆動するためのドライバ(driver)として機能する。第2放射体120は、第1放射体110に対向し、第1放射体110から離隔して無線機器のカバーに設置され、第1放射体110によって放射された無線信号を放射する。第2放射体120は、無線信号の最終的な放射方向を決定するディレクタ(director)として機能する。

0029

第1放射体110は、給電部(feeding unit)、接地面(ground plane)及びアンテナパターン(antenna pattern)を含む。このようなアンテナパターンは、アレイ(array)アンテナパターンを含むことができる。本開示の実施形態で、アンテナパターンは容量的に結合された(capacitively coupled)多数のパターンを含むことができる。本開示の実施形態で、アンテナパターンは他の偏波(polarization)特性のパターンを含むことができる。例えば、アンテナパターンはIFA(inverted−F antenna)パターン、ダイポール(dipole)アンテナパターン、ループ(loop)アンテナパターン及びヘリカル(helical)アンテナパターンのうち少なくとも1つを含むことができる。

0030

本開示の実施形態で、第1放射体110は、直線型の放射体を含む。このような第1放射体110は、無線機器10の本体に含まれることができる。例えば、第1放射体110は、無線機器10の本体に内蔵されたプリント回路基板(PrintedCircuit Board、PCB)に含まれることができる。

0031

本開示の実施形態で、第2放射体120は、非線形(non−linear)(すなわち、非平面(non−planar)放射体又は曲線型(curvature)放射体(流線型放射体))の放射体を含む。このような第2放射体120は、無線機器10のカバーの所定の位置に位置する1つ以上の導電性寄生パッチ(parasitic patch)を含むことができる。カバーの位置は第1放射体110と第2放射体120の離隔距離、第2放射体の曲率半径(radious)及び無線信号に対応する波長に基づいて決定されることができる。カバーはプリント回路基板(PCB)、シリコンLTCC(low temperature co−fired ceramic)及びLCP(liquid crystal polymer)のうち少なくとも1つの材質を含むことができる。

0032

図3、4、5、6A、6B、6C、及び6Dは、本開示の実施形態に係るアンテナの構造を示す図である。この図面は図2に示す第1放射体110と第2放射体120の構造を例示的に図示し、必ずしも縮尺通りに描かれたものではない。ここで図示する内容は発明を説明するための例示に過ぎず変形が可能である。

0033

図3は、本開示の多様な実施形態に係るアンテナの断面図で、図4は、本開示の多様な実施形態に係るアンテナの斜視図及び断面図である。

0034

図3及び図4を参照すると、第1放射体110は、無線機器10の本体に配置されたPCB基板12に含まれる。第2放射体120は、無線機器10のカバー(又はケース)14に含まれる。第2放射体120は、第1放射体110によって放射された無線信号を放射するために第1放射体110から離隔して設置され第1放射体110に対向する。すなわち、第2放射体120は、第1放射体110に物理的に接触しない非接触(non−contact)放射体である。カバー14は、PCB、シリコン、LTCC及びLCPのうち少なくとも1つの材質を含むことができる。

0035

第1放射体110は、給電部、接地面及びアンテナパターンを含む。アンテナパターンは送受信機200からの無線信号を放射する。本開示の実施形態で、アンテナパターンはアレイアンテナパターンを含むことができる。本開示の実施形態で、アンテナパターンは容量的に結合された多数のパターンを含むことができる。本開示の実施形態で、アンテナパターンは互いに異なる偏波特性のパターンを含むことができる。例えば、アンテナパターンはIFAパターン、ダイポールアンテナパターンループアンテナパターン及びヘリカルアンテナパターンのうち少なくとも1つを含むことができる。

0036

本開示の実施形態で、第1放射体110は直線型の放射体を含むことができる。

0037

本開示の実施形態で、第2放射体120は直線型の放射体及び非線形の放射体のうち少なくとも1つを含むことができる。

0038

図5は、本開示の多様な実施形態に係るアンテナの構造を示す図である。

0039

図5を参照すると、第1放射体110は直線型の放射体で、第2放射体120は非線形の放射体である。第2放射体120は、無線機器10のカバー14の所定の位置に位置する1つ以上の導電性寄生パッチを含むことができる。導電性寄生パッチの位置は第1放射体110と第2放射体120の離隔距離d、第2放射体120の曲率半径Ra及び放射される無線信号の周波数fに対応する波長λに基づいて決定されることができる。例えば、第2放射体120は、第1放射体110の面と平行で所定の離隔距離(例:0.2λ〜1λ)に位置し得る。

0040

図6A、6B、6C、及び6Dは、本開示の多様な実施形態に係るアンテナを含む無線機器の構造を示す図である。

0041

図6Aは、本開示の実施形態に係るアンテナ装置を含む無線機器の上面図(top view)で、図6Bは、本開示の実施形態に係るアンテナ装置を含む無線機器の斜視図(3次元(3D)view)で、図6Cは、本開示の実施形態に係るアンテナを含む無線機器の側面図(side view)で、図6Dは、本開示の実施形態に係るアンテナ装置を含む無線機器のカバーの外観を示す図である。

0042

図6A、6B、6C及び図6Dを参照すると、無線機器10のカバー14は第2放射体120を含む。第2放射体120は、第1放射体110に対向し、第1放射体110から離隔距離Ychだけ離隔して設置される。第1放射体110は、PCB12に含まれ、PCB12は接地面を含む。このように、本開示の実施形態に係るアンテナは、カバー(又はケース)の一部を放射体の一部に編入して信号送受信を行うようにしている。工程技術の進化によって無線機器のカバーの特定の位置に導電性寄生パッチを形成することが可能である。例えば、二重射出(molding)、3Dプリンティング(printing)、LDS(laser direct structuring)技法などによって無線機器のカバーの特定の位置に導電性寄生パッチを形成できる。

0043

図7A及び7Bは、本開示の多様な実施形態に係る垂直偏波(vertical polarization)及び水平偏波(horizontal polarization)を示すグラフである。

0044

図7A及び図7Bを参照すると、本開示の多様な実施形態に係るアンテナは、第2放射体120の形状によって垂直偏波及び水平偏波のサポートが可能である。図7A及び図7Bに示す垂直偏波及び水平偏波のグラフは、第1放射体110と第2放射体120の間の離隔距離(例:0.2λ〜1λ)によって特定の周波数帯域(例:60GHz)の無線信号に対する垂直偏波及び水平偏波が異なることを示す。表1は、第1放射体110と第2放射体120の間の離隔距離Ychによって得られた水平偏波に対する周波数による利得特性を表す。

0045

0046

図8は、本開示の実施形態に係るアンテナの構造を示す。

0047

図8を参照すると、第2放射体120は、第1放射体110に対して対称的で(symmetric)整列された(aligned)構造を有する。ここで、対称的とは第2放射体120が第1放射体110の面と平行であることを意味し、整列されたということは非線形のカバー140の中央位置に第1放射体110の中央位置が整列されることを意味する。第2放射体120は、第1放射体110から距離dだけ離隔しており、第2放射体120を含む非線形の基板14は曲率半径Raを有する。第2放射体120は長さZpを有する。

0048

図9A、9B、9C、及び9Dは、本開示の多様な実施形態に係るアンテナによって獲得された利得を示すグラフである。

0049

図9Aを参照すると、基板14の曲率半径Raが3mmの場合、垂直偏波の利得(Gain)はd/λ、すなわち、波長d対離隔距離λの変更に基づく。例えば、波長対離隔距離d/λが0.12の場合、垂直偏波の利得は約5.4dBiで、波長対離隔距離d/λが0.24の場合、垂直偏波の利得は約6.6dBiで、波長対離隔距離d/λが0.36の場合、垂直偏波の利得は約5.8dBiである。本開示の実施形態で、波長λ対離隔距離d(すなわち、第1放射体110と第2放射体120の間の距離)の比率d/λは0.02乃至0.4の範囲内であり得る。

0050

図9Bを参照すると、垂直偏波の利得(Gain)はRa/λ、すなわち、波長対λ曲率半径Raの比率の変更に基づく。例えば、波長対曲率半径Ra/λが0.8の場合、垂直偏波の利得は約6.3dBiで、波長対曲率半径Ra/λが1の場合、垂直偏波の利得は約5.9dBiで、波長対曲率半径Ra/λが1.2の場合、垂直偏波の利得は約5.8dBiである。したがって、波長対曲率半径Ra/λの比率は設計に大きな影響を及ぼさない。

0051

図9Cを参照すると、基板14の曲率半径Raが3mmの場合、垂直偏波の利得(Gain)はZp/λ、すなわち、波長λ対第2放射体120の長さZpの比率の変更に基づく。例えば、波長対第2放射体120の長さZp/λが0.092の場合、垂直偏波の利得は約5.6dBiで、波長対第2放射体120の長さZp/λが0.156、0.176、0.192、0.212の場合、垂直偏波の利得は約6.1dBiで、波長対第2放射体120の長さZp/λが0.272の場合、垂直偏波の利得は約5.4dBiである。本開示の実施形態で、波長λ対長さZpの比率Zp/λは0.1乃至0.3の範囲内であり得る。

0052

図9Dを参照すると、基板14の半径Raが5mmの場合、垂直偏波の利得(Gain)はZp/λ、すなわち、波長λ対第2放射体120の長さZpの比率の変更に基づく。例えば、波長対第2放射体120の長さZp/λが0.092の場合、垂直偏波の利得は約5.6dBiで、波長対第2放射体120の長さZp/λが0.156、0.176、0.192、0.212の場合、垂直偏波の利得は約5.8dBiで、波長対第2放射体120の長さZp/λが0.272の場合、垂直偏波の利得は約5.4dBiである。本開示の実施形態で、波長λ対第2放射体120の長さZpの比率Zp/λは0.1乃至0.3の範囲であり得る。

0053

図10は、本開示の実施形態に係るアンテナの構造を示す。

0054

図10を参照すると、第2放射体120は、第1放射体110に対して対称的で(symmetric)非整列の(misaligned)構造を有する。ここで、対称的とは第2放射体120の表面が第1放射体110の面と平行であることを意味し、非整列ということは非線形のカバー14の中央位置に第1放射体110の中央位置が整列されていないことを意味する。第2放射体120は、第1放射体110から距離dだけ離隔しており、第2放射体120を含む非線形の基板14は曲率半径Raを有する。第2放射体120は、カバー14の中央位置に位置しており、第1放射体110の中央位置はカバー14の中央位置から距離Zmisalだけずれている。

0055

図11A及び図11Bは、本開示の多様な実施形態に係るアンテナによって獲得された利得を示すグラフである。

0056

図11Aを参照すると、基板14の曲率半径Raが3mmの場合、垂直偏波の利得(Gain)はd/λ、すなわち、波長λ対離隔距離dの比率の変更に基づく。例えば、波長対離隔距離d/λが0.12の場合、垂直偏波の利得は約5dBiで、波長対離隔距離d/λが0.24の場合、垂直偏波の利得は約6.3dBiで、波長対離隔距離d/λが0.36の場合、垂直偏波の利得は約5.5dBiである。本開示の実施形態で、離隔距離d(すなわち、波長λ対第1放射体110と第2放射体120間の距離)の比率d/λは0.02乃至0.4の範囲内であり得る。

0057

図11Bを参照すると、垂直偏波の利得(Gain)はZmisal/λ、すなわち、波長λ対ずれた距離(Zmisal)(すなわち、第1放射体110の中央位置とカバー14の中央位置のずれた距離)の比率の変更に基づく。例えば、波長対第1放射体110の中央位置とカバー14の中央位置のずれた程度Zmisal/λが0.02の場合、垂直偏波の利得は約5.95dBiで、波長対第1放射体110の中央位置とカバー14の中央位置のずれた程度Zmisal/λが0.06の場合、垂直偏波の利得は約5.82dBiで、波長対第1放射体110の中央位置とカバー14の中央位置のずれた程度Zmisal/λが0.1の場合、垂直偏波の利得は約5.64dBiである。

0058

図12は、本開示の実施形態に係るアンテナの構造を示す。

0059

図12を参照すると、第2放射体120は第1放射体110に対して非対称的で(asymmetric)整列された(aligned)構造を有する。ここで、非対称的とは第2放射体120が第1放射体110の面と平行でないことを意味し、整列されたということは非線形であるカバー14の中央位置に第1放射体110の中央位置が整列されたことを意味する。第2放射体120を含む非線形の基板14は曲率半径Raを有する。第2放射体120の中央位置はカバー14の中央位置からdzだけ下へ移動している。

0060

図13A及び図13Bは、本開示の多様な実施形態に係るアンテナによって獲得された利得を示すグラフである。

0061

図13Aを参照すると、基板14の曲率半径Raが3mmの場合、垂直偏波の利得(Gain)はdz/λ、すなわち、波長λ対距離dz(すなわち、第2放射体120の中央位置とカバー14の中央位置の間の距離)の比率の変更に基づく。例えば、波長対第2放射体120の中央位置とカバー14の中央位置の差dz/λが0.12の場合、垂直偏波の利得は約5.1dBiで、波長対第2放射体120の中央位置とカバー14の中央位置の差dz/λが0.18の場合、垂直偏波の利得は約6.1dBiで、波長対第2放射体120の中央位置とカバー14の中央位置の差dz/λが0.24の場合、垂直偏波の利得は約6.3dBiで、波長対第2放射体120の中央位置とカバー14の中央位置の差dz/λが0.36の場合、垂直偏波の利得は約5.5dBiである。本開示の実施形態で、波長λ対距離dzの比率(すなわち、第2放射体120の中央位置とカバー14の中央位置の間の距離)の比率dz/λは0.02乃至0.4の範囲内で決定されることができる。

0062

図13Bを参照すると、基板14の曲率半径Raが4mmの場合、垂直偏波の利得(Gain)はdz/λ、すなわち、波長対距離dz(すなわち、第2放射体120の中央位置とカバー14の中央位置の間の距離)の比率の変更に基づく。例えば、波長対第2放射体120の中央位置とカバー14の中央位置の差dz/λが0.12の場合、垂直偏波の利得は約5.4dBiで、波長対第2放射体120の中央位置とカバー14の中央位置の差dz/λが0.18の場合、垂直偏波の利得は約6.1dBiで、波長対第2放射体120の中央位置とカバー14の中央位置の差dz/λが0.24の場合、垂直偏波の利得は約6.3dBiで、波長対第2放射体120の中央位置とカバー14の中央位置の差dz/λが0.36の場合、垂直偏波の利得は約5.5dBiである。本開示の実施形態で、波長λ対距離dz(すなわち、第2放射体120の中央位置とカバー14の中央位置の間の距離)の比率dz/ λは0.02乃至0.4の範囲内で決定されることができる。

0063

図14は、本開示の実施形態に係るアンテナの構造を示す。

0064

図14を参照すると、第2放射体120は、第1放射体110に対して非対称的で(asymmetric)非整列の(misaligned)構造を有する。ここで、非対称的とは第2放射体120が第1放射体110の面と平行でないことを意味し、非整列ということは非線形であるカバー14の中央位置に第1放射体110の中央位置が整列されていないことを意味する。第2放射体120を含む非線形の基板14は曲率半径Raを有する。第2放射体120の中央位置はカバー14の中央位置からdzだけ下へ移動している。第1放射体110の中央位置はカバー14の中央位置から距離Zmisal(例:0.8)だけ下へ移動している。カバー14の中央位置を基準とする軸に平行である第2放射体120の中央位置に対する軸と第2放射体120の中央位置に対して垂直である軸によって角度theta(θ)が形成される。このように形成された角度内で無線信号の放射が行われる。例えば、無線信号をビームフォーミングによって放射する場合、形成された角度以内(例:20度(゜))でビーム制御が行われることができる。

0065

図15は、本開示の実施形態に係るアンテナによる送受信ビーム制御を示すグラフである。

0066

図15を参照すると、基板14の曲率半径Raが3mmの場合、波長λ対距離dz(すなわち、第2放射体120の中央位置とカバー14の中央位置の間の距離)の比率dz/λの変更によってカバー14の中央位置を基準とする軸に平行である第2放射体120の中央位置に対する軸と第2放射体120の中央位置に対して垂直である軸によって形成される角度theta(θ)が異なる。例えば、波長対第2放射体120の中央位置とカバー14の中央位置の差dz/λが0.02の場合、角度theta(θ)は89度で、波長対第2放射体120の中央位置とカバー14の中央位置の差dz/λが0.06の場合、角度theta(θ)は91度で、波長対第2放射体120の中央位置とカバー14の中央位置の差dz/λが0.1の場合、角度theta(θ)は96度で、波長対第2放射体120の中央位置とカバー14の中央位置の差dz/λが0.16の場合、角度theta(θ)は109度である。本開示の実施形態で、波長λ対距離dzの比率dz/λは0.02乃至0.4の範囲内で決定されることができる。

0067

図16A及び16Bは、本開示の多様な実施形態に係るアンテナの利得を示すグラフである。

0068

図16Aを参照すると、無線機器の本体に含まれたアンテナによる所定の周波数帯域(例:60GHz)での水平偏波利得が図示される。点m1は無線機器の本体とカバーが結合された場合の水平偏波利得(−8.7304dB)を示し、点m2は無線機器の本体とカバーが離隔(例:0.7mm)された場合の水平偏波利得(−5.3096dB)を示す。

0069

図16Bを参照すると、カバーに含まれる第2放射体及び無線機器の本体に含まれたアンテナによる所定の周波数帯域(例:60GHz)での水平偏波利得が図示される。点m1は無線機器の本体とカバーが結合された場合の垂直偏波利得(−6.7389dB)を示し、点m2は無線機器の本体とカバーが離隔(例:0.7mm)された場合の垂直偏波利得(−6.0448dB)を示す。本開示の多様な実施形態に係るアンテナは、関連技術のアンテナに比べて垂直偏波を基準にした場合、1.9dBi(8.7304dB−6.7389dB)が改善されることがわかる。

0070

図17、18、19、20、及び21は、本開示の多様な実施形態に係るアンテナの変形された構造を示す。

0071

図17を参照すると、無線機器10の本体のPCB12には第1放射体110が含まれ、カバー14には2つの放射体121,122が含まれる。第1放射体110と第2放射体121,122の位置によって放射されるビームの角度は調節できる。放射体121は第1放射体110から放射されたビームを第1ビームとして放射することによって第1ビームが無線機器20に提供されるようにする。放射体122は第1放射体110から放射されたビームを第2ビームとして放射することによって第2ビームが無線機器30に提供されるようにする。

0072

図18を参照すると、第1放射体(又はドライバ)110は、無線機器10のPCB基板12に含まれる。例えば、第1放射体110は基板12の縁に配置される。第2放射体(又はディレクタ)120は、無線機器10のカバー(又はケース)14に含まれる。第1放射体110及び第2放射体120は、多数ビームの送受信をサポートするためのアレイアンテナ(array antenna)を構成する。そのために、第1放射体110は、第1アンテナパターン110Aと第2アンテナパターン110Bが反復される構造を有する多数のアンテナパターンを含み、第2放射体120は、第1寄生パッチ120Aと第2寄生パッチ120Bが反復される構造を有する多数の寄生パッチを含む。第1寄生パッチ120Aは、カバー14の上部面及び下部面にそれぞれ設置される構造を有する。第2寄生パッチ120Bは、カバー14の上部面に設置される構造を有する。第1アンテナパターン110Aと第1寄生パッチ120Aは水平偏波(horizontal polarization、HP)要素で、第2アンテナパターン110Bと第2寄生パッチ120Bは垂直偏波(vertical polarization、VP)要素である。

0073

例えば、第1アンテナパターン110A−1と第1寄生パッチ120A−1の対、第1アンテナパターン110A−2と第1寄生パッチ120A−2の対、及び第1アンテナパターン110A−3と第1寄生パッチ120A−3の対は、HPアンテナ要素である。また、第1アンテナパターン110A−4と第1寄生パッチ120A−4の対、第1アンテナパターン110A−5と第1寄生パッチ120A−5の対、第1アンテナパターン110A−6と第1寄生パッチ120A−6の対、第1アンテナパターン110A−7と第1寄生パッチ120A−7の対、及び第1アンテナパターン110A−8と第1寄生パッチ120A−8の対はHPアンテナ要素である。

0074

例えば、第2アンテナパターン110B−Aと第2寄生パッチ120B−Aの対、第2アンテナパターン110B−Bと第2寄生パッチ120B−Bの対、及び第2アンテナパターン110B−Cと第2寄生パッチ120B−Aの対は、VPアンテナ要素である。また、第2アンテナパターン110B−Dと第2寄生パッチ120B−Dの対、第2アンテナパターン110B−Eと第2寄生パッチ120B−Eの対、第2アンテナパターン110B−Fと第2寄生パッチ120B−Fの対、第2アンテナパターン110B−Gと第2寄生パッチ120B−Gの対、及び第1アンテナパターン110B−Hと第2寄生パッチ120B−Hの対はVPアンテナ要素である。

0075

多数のアンテナパターンと多数の寄生パッチは、下記表2のようにアレイアンテナとして運用できる。

0076

0077

本開示の実施形態で、アンテナ要素A〜Dは第1ビームBeam ID 1の垂直偏波のために使用され、アンテナ要素1〜4は第1ビームの水平偏波のために使用される。本開示の実施形態で、アンテナ要素A〜Dは第2ビームBeam ID 2の垂直偏波のために使用され、アンテナ要素1〜4は第2ビームの水平偏波のために使用される。本開示の実施形態で、アンテナ要素A〜Hは第3ビームBeam ID 3の垂直偏波のために使用され、アンテナ要素1〜8は第3ビームの水平偏波のために使用される。

0078

図19を参照すると、第1放射体110は、無線機器10の本体を構成するPCB基板12に含まれる。第2放射体120は、無線機器10のカバー(又はケース)14に含まれる。第2放射体120は、第1放射体110に対向し、第1放射体110から離隔して設置され、第1放射体110によって放射された無線信号を放射する。すなわち、第2放射体120は、第1放射体110に接触しない非接触(non−contact)方式の放射体である。カバー14は、PCB、シリコン、LTCC及びLCPのうち少なくとも1つの材質を含むことができる。

0079

金属性ケース16はカバー14の外側に位置し、カバー14を囲む。金属性ケース16は開口部(opening)130を含む。開口部130は第2放射体120に対応する位置に位置し、第2放射体120によって放射された無線信号の伝達経路を提供する。

0080

本開示の実施形態で、第1放射体110は、給電部、接地面及びアンテナパターンを含む。アンテナパターンは送受信機200からの無線信号を放射する。このようなアンテナパターンはアレイアンテナパターンを含むことができる。本開示の実施形態で、アンテナパターンは容量的に結合された多数のパターンを含むことができる。本開示の実施形態で、アンテナパターンは互いに異なる偏波特性のパターンを含むことができる。例えば、アンテナパターンは、IFAパターン、ダイポールアンテナパターン、ループアンテナパターン及びヘリカルアンテナパターンのうち少なくとも1つを含むことができる。

0081

本開示の実施形態で、第1放射体110は、直線型の放射体を含むことができる。

0082

本開示の実施形態で、第2放射体120は、直線型の放射体及び非線形の放射体のうち少なくとも1つを含むことができる。第2放射体120は、カバー14の所定の位置に位置する1つ以上の導電性寄生パッチを含むことができる。導電性寄生パッチの位置は第1放射体110と第2放射体120の離隔距離d、第2放射体120の曲率半径Ra及び放射される無線信号の周波数fに対応する波長λに基づいて決定されることができる。例えば、第2放射体120は、第1放射体110の面と平行であって、所定の離隔距離(例:0.2λ〜1λ)に位置し得る。

0083

図20を参照すると、無線機器10の上部面に設置されたスピーカは第2放射体120として機能し、ロゴ「SAMSUNG」は第1放射体110として機能する。本開示の実施形態で、ロゴ「SAMSUNG」の一部が第1放射体110として機能できる。上述のように、関連技術による無線機器10の要素はアンテナ構造の一部として使用されるため、無線機器内の空間は増加でき、信号損失による影響は減少できる。

0084

図21を参照すると、第1放射体110は、無線機器10のPCB基板12に含まれる。第2放射体120は、無線機器10のカバー(又はケース)14に含まれる。第2放射体120は、第1放射体110に対向し、第1放射体110から離隔して設置され、第1放射体110によって放射された無線信号を放射する。コネクタ140は、第1放射体110と第2放射体120を接続する。コネクタ140は、電流伝達の役割を行い、共振周波数には影響を及ぼさない。このようなアンテナ構造は対数周期(log periodic)アンテナを構成する。

0085

上述のように、本開示の多様な実施形態は、無線機器のカバー(又はケース)に基づくアンテナと本体に含まれたPCBに基づくアンテナを結合した構造を有するアンテナを提案する。かかる本開示の多様な実施形態は、無線機器のカバーに一部の放射体を形成し、よって、無線機器の空間を増加させることができる。また、本開示の多様な実施形態は、無線機器のカバーに一部の放射体を形成し、よって、関連技術による本体のPCBにのみ放射体が形成されたアンテナ装置に比べて処理量を増加させることができる。

0086

以上のように、本開示は多様な実施形態を参照して図示されて説明されたが、添付された特許請求の範囲だけでなくこの特許請求の範囲と均等物によって定められた本開示の思想及び範囲から逸脱することなく、形態及び細部事項での多様な変形が可能であることが当業者に理解されることができる。

0087

10、20、30無線機器
12PCB基板
14カバー
100アンテナ
110 第1放射体
110A 第1アンテナパターン
110B 第2アンテナパターン
120、121、122 第2放射体
120A 第1寄生パッチ
120B 第2寄生パッチ
140 カバー
200 送受信器

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