WO2023287216A1 - 안테나를 위한 인터포징 보드를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

안테나를 위한 인터포징 보드를 포함하는 전자 장치 Download PDF

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백광현
하도혁
박정호
이상호
이영주
이우성
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    • H10W44/20—Electrical arrangements for controlling or matching impedance at high-frequency [HF] or radio frequency [RF]
    • H10W44/241—Electrical arrangements for controlling or matching impedance at high-frequency [HF] or radio frequency [RF] for passive devices or passive elements
    • H10W44/248—Electrical arrangements for controlling or matching impedance at high-frequency [HF] or radio frequency [RF] for passive devices or passive elements for antennas

Definitions

  • This disclosure relates generally to wireless communication systems, and more particularly to electronic devices including interposing boards for antennas in wireless communication systems.
  • the 5G communication system or the pre-5G communication system is called a Beyond 4G Network communication system or a Long Term Evolution (LTE) system and a Post LTE system.
  • LTE Long Term Evolution
  • the 5G communication system is being considered for implementation in a mmWave band (eg, a 60 gigabyte (60 GHz) band).
  • a mmWave band eg, a 60 gigabyte (60 GHz) band.
  • beamforming, massive MIMO, and Full Dimensional MIMO (FD-MIMO) are used in 5G communication systems.
  • array antenna, analog beam-forming, and large scale antenna technologies are being discussed.
  • an evolved small cell an advanced small cell, a cloud radio access network (cloud RAN), and an ultra-dense network
  • D2D Device to Device communication
  • wireless backhaul moving network
  • cooperative communication CoMP (Coordinated Multi-Points), and reception interference cancellation etc.
  • ACM Advanced Coding Modulation
  • FQAM Hybrid Frequency Shift Keying and Quadrature Amplitude Modulation
  • SWSC Small Cell Superposition Coding
  • FBMC Flexible Bank Multi Carrier
  • NOMA Non Orthogonal Multiple Access
  • SCMA Sparse Code Multiple Access
  • the present disclosure provides an electronic device including an interposing board for reducing the burden of a radio unit (RU) board in a wireless communication system.
  • RU radio unit
  • the present disclosure provides an electronic device including an interposing board for providing vertical connection of an RU board to an antenna element in a wireless communication system.
  • the present disclosure provides an electronic device for providing high performance by minimizing the length of a transmission line in a RU board in a wireless communication system.
  • a radio unit (RU) module may include a first printed circuit board (PCB) on which a plurality of antenna elements are disposed; A second PCB on which a radio frequency integrated circuit (RFIC) is disposed; A third PCB electrically connecting each of the plurality of antenna elements disposed on the first PCB and an RFIC disposed on the second PCB, wherein a first surface of the third PCB is a first surface of the first PCB. and a grid array, and the positions of the power supply ports on the first surface of the third PCB are positions where the ports of the plurality of antenna elements are disposed on the second surface opposite to the first surface of the first PCB.
  • PCB printed circuit board
  • RFIC radio frequency integrated circuit
  • an electronic device may include a power interface; local oscillator (LO); an intermediate frequency (IF) conversion circuit; a first printed circuit board (PCB) on which a plurality of antenna elements are disposed; A second PCB on which a radio frequency integrated circuit (RFIC) is disposed; A third PCB electrically connecting each of the plurality of antenna elements disposed on the first PCB and an RFIC disposed on the second PCB, wherein a first surface of the third PCB is a first surface of the first PCB. and a grid array, and the positions of the power supply ports on the first surface of the third PCB are positions where the ports of the plurality of antenna elements are disposed on the second surface opposite to the first surface of the first PCB.
  • LO local oscillator
  • IF intermediate frequency
  • RFIC radio frequency integrated circuit
  • FIGS. 2A and 2B illustrate examples of components of an electronic device according to various embodiments of the present disclosure.
  • 3A and 3B illustrate an example of a functional configuration of an electronic device according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 4 illustrates an example of a radio unit (RU) board of an electronic device according to embodiments of the present disclosure.
  • 5A and 5B illustrate an example of arrangement of an interposing board according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 8 illustrates an example of a stacked structure of an RU module corresponding to one RFIC according to embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 10 illustrates a functional configuration of an electronic device having an air-based power feeding structure according to embodiments of the present disclosure.
  • a radio unit (RU) module may include a first printed circuit board (PCB) on which a plurality of antenna elements are disposed; A second PCB on which a radio frequency integrated circuit (RFIC) is disposed; A third PCB electrically connecting each of the plurality of antenna elements disposed on the first PCB and an RFIC disposed on the second PCB, wherein a first surface of the third PCB is a first surface of the first PCB. and a grid array, and the positions of the power supply ports on the first surface of the third PCB are positions where the ports of the plurality of antenna elements are disposed on the second surface opposite to the first surface of the first PCB.
  • PCB printed circuit board
  • RFIC radio frequency integrated circuit
  • an electronic device may include a power interface; local oscillator (LO); an intermediate frequency (IF) conversion circuit; a first printed circuit board (PCB) on which a plurality of antenna elements are disposed; A second PCB on which a radio frequency integrated circuit (RFIC) is disposed; A third PCB electrically connecting each of the plurality of antenna elements disposed on the first PCB and an RFIC disposed on the second PCB, wherein a first surface of the third PCB is a first surface of the first PCB. and a grid array, and the positions of the power supply ports on the first surface of the third PCB are positions where the ports of the plurality of antenna elements are disposed on the second surface opposite to the first surface of the first PCB.
  • LO local oscillator
  • IF intermediate frequency
  • RFIC radio frequency integrated circuit
  • a base station 110 is a network infrastructure that provides wireless access to a terminal 120 .
  • the base station 110 has coverage defined as a certain geographical area based on a distance over which signals can be transmitted.
  • the base station 110 includes a massive MIMO (multiple input multiple output) unit (MMU), an 'access point (AP)', an 'eNodeB (eNB)', and a '5G node (5th generation node’, ‘5G NodeB (NB)’, ‘wireless point’, ‘transmission/reception point (TRP)’, ‘access unit’, ‘distributed 'distributed unit (DU)', 'transmission/reception point (TRP)', 'radio unit (RU), remote radio head (RRH)' or other equivalent technical meaning term can be referred to.
  • the base station 110 may transmit a downlink signal or receive an uplink signal.
  • the terminal 120 is a device used by a user and communicates with the base station 110 through a radio channel. In some cases, the terminal 120 may be operated without user involvement. That is, the terminal 120 is a device that performs machine type communication (MTC) and may not be carried by a user.
  • the terminal 120 includes 'user equipment (UE)', 'mobile station', 'subscriber station', and 'customer premises equipment' (CPE) in addition to the terminal. , 'remote terminal', 'wireless terminal', 'electronic device', or 'vehicle terminal', 'user device' or equivalent technical may be referred to by other terms that have meaning.
  • Beamforming generally concentrates the reach area of radio waves using a plurality of antennas or increases the directivity of reception sensitivity in a specific direction. Therefore, in order to form a beamforming coverage instead of forming a signal in an isotropic pattern using a single antenna, the communication equipment may be equipped with multiple antennas.
  • an antenna array comprising multiple antennas is described.
  • the electronic device may include an access unit (AU) 300.
  • the access unit may include an RU 310, a DU 320, and a DC/DC module.
  • An RU 310 according to embodiments of the present disclosure may mean an assembly in which antennas and RF components are mounted.
  • the DU 320 according to embodiments of the present disclosure is configured to process a digital radio signal, encrypt a digital radio signal to be transmitted to the RU 310, or decode a digital radio signal received from the RU 310 It can be.
  • the DU 320 may be configured to communicate with an upper node (eg, a centralized unit (CU)) or a core network (eg, 5GC, EPC) by processing packet data.
  • an upper node eg, a centralized unit (CU)
  • a core network eg, 5GC, EPC
  • the electronic device includes a PCB (hereinafter referred to as a first PCB) on which an antenna is mounted, a PCB on which array antennas and components for signal processing (eg, connector, direct current (DC) / DC converter, DFE) are mounted (
  • a structure in which the second PCB) is separated and disposed is meant.
  • the first PCB may be referred to as an antenna board, antenna board, radiating board, radiating board, or RF board.
  • the second PCB may be referred to as an RU board, main board, power board, mother board, package board, or filter board.
  • the RU board may include one or more voltage regulator modules (VRMs).
  • VRM may refer to a module for ensuring that an appropriate voltage is maintained.
  • an RU board may include one or more digital front ends (DFEs).
  • the RU board may include one or more radio frequency programmable gain amplifiers (FPGAs).
  • the RU board may include one or more intermediate frequency (IF) processors.
  • IF intermediate frequency
  • an array antenna can be manufactured by a PCB method. That is, when manufacturing the PCB of the RU board, the antenna element may be manufactured together with the PCB. At this time, in many cases, signal lines such as RF/IF/LO are configured without connectors on one board to improve signal reception and transmission quality. Because of the coupling between the PCB and the PCB, the connector causes loss. On the other hand, since one main board is responsible for many functions, there is a problem in that the size of the main board increases and the complexity of the design increases. These problems are a factor in the price increase.
  • the RFIC 550 may be mounted on the package board 540 (eg, wafer die or SiP).
  • the package board 540 on which the RFIC 550 is disposed may be referred to as an RFIC board, an RFIC PCB, or a second PCB.
  • An RF line may be formed in the interposing board 530 according to embodiments of the present disclosure.
  • the interposing board 530 may be referred to as an interposing PCB, an RF line PCB, or a third PCB.
  • the interposing board 530 may be connected to the RF path 521.
  • the interposing board 530 may be connected to the package 540 of the RFIC and connected to the RF path 521 .
  • a port connected to an RFIC of the interposing board 530 may be referred to as an RFIC port, and a port connected to an RF path may be referred to as a power supply port.
  • the interposing board 530 may include RF lines.
  • One of the plurality of layers of the interposing board 530 may include an RF line, that is, a feed line formed at a position corresponding to the antenna element.
  • the RU board 520 can minimize the proportion of the feeder line in the RF path and include the shortest RF path. there is. Due to this, power supply gain may increase.
  • the electronic device may include a first radiator 611 , a second radiator 612 , a third radiator 613 , and a fourth radiator 614 .
  • the electronic device may include the RU board 620.
  • the first radiator 611, the second radiator 612, the third radiator 613, and the fourth radiator 614 are mounted on the RU board 620, or the first radiator 611 and the second radiator 612 , the third radiator 613 and the fourth radiator 614 may be disposed in the RU board 620 .
  • the RU board 620 may correspond to the main PCB.
  • FIG. 7 illustrates an example of an interposing board and an RFIC arrangement according to embodiments of the present disclosure.
  • the antenna arrangement is not changed even if the tolerance due to assembly is taken into account, so that deterioration in radiation performance can be minimized.
  • the spacing 705 between antenna arrays may be configured in various ways.
  • the spacing 705 between the antenna arrays means an assembly tolerance.
  • An interposing board per RFIC is assumed, but two or more RFICs may also be mounted on one interposing board. For each array consisting of 16 antenna elements, an example is described.
  • gaps may be formed between the arrays in each of the first direction (eg, a horizontal direction) and the second direction (eg, a vertical direction).
  • One RFIC and one interposing board may be disposed in each arrangement.
  • two RFICs may be disposed on one interposing board. This means that one interposing board may be disposed in a horizontal direction where no gap is formed. That is, a gap may be formed between the arrays in the second direction (eg, the vertical direction).
  • four RFICs may be arranged in a 2x2 shape in the first and second directions on one interposing board. Antenna arrays in the interposing can be combined with the interposing board without spacing considering tolerance.
  • the interposing board may be combined with two RFICs.
  • the interposing board may be combined with a package board (eg, a system-in-package (SiP) or a die for each wafer) on which two RFICs are disposed.
  • the interposing board may be combined with four RFICs.
  • the interposing board may be combined with a package board (eg, a system-in-package (SiP) or a die for each wafer) on which four RFICs are disposed.
  • one RFIC may be configured to supply RF signals to a plurality of radiators.
  • the electronic device may include a package board 840 .
  • An RFIC 850 may be mounted on one surface of the package board 840 .
  • the package board 840 may be connected to the RFIC 850 through a grid array.
  • An interposing board 830 may be disposed between the RU board 820 and the package board 840 .
  • One surface of the interposing board 830 may be connected to the RU board 820, and the other surface of the interposing board 830 may be connected to the RU board 840.
  • Transmission loss can be minimized by minimizing the length of the RF line on the RU board 820, which is the main PCB, or by removing the corresponding RF line on the RU board 820.
  • one interposing board 830 is shown in FIG. 8 , embodiments of the present disclosure are not limited thereto. Unlike shown in FIG. 8 , a plurality of interposing boards may be disposed between the RU board 820 and the package board 840 .
  • FIGS 9A and 9B illustrate examples of an electronic device including an interposing board according to embodiments of the present disclosure.
  • the RU module may include an interposing board disposed between the main PCB and the package PCB.
  • the RFIC may transmit signals to the main PCB via an interposing board.
  • a signal may be transmitted to the radiator through an RF path of the main PCB and a power supply formed on a top layer of the main PCB.
  • the RU module may further include an additional radiator disposed spaced apart from the main PCB.
  • the radiator may be disposed on a cover or a radome according to an embodiment.
  • An RU module may include an RU board (or first PCB), an RFIC, a package board (or second PCB), and an interposing board (or third PCB).
  • An RU module according to embodiments of the present disclosure may include an interposing board disposed between an RU board and a package board on which an RFIC is disposed to supply RF power to an array antenna.
  • an RU board that is a main PCB may have a larger area than an interposing board. That is, the size of the first PCB may be greater than that of the third PCB.
  • An interposing board may be configured to perform horizontal routing between an RF output port of an RFIC and an RF input port of an antenna.
  • RF lines in the main PCB perform a main function of vertical connection across a plurality of layers, and the RF length corresponding to each antenna element may be substantially the same in the main PCB.
  • the electronic device 1010 may be base station equipment supporting mmWave communication (eg, frequency range 2 of 3GPP). Not only the antenna structure itself mentioned through FIGS. 1 to 9B , but also an electronic device including the antenna structure is included in embodiments of the present disclosure.
  • the electronic device 1010 may include RF equipment having an air-based power feeding structure.
  • the power interface unit 1012 may include modules and components.
  • the power interface unit 1012 may include one or more IFs.
  • the power interface unit 1012 may include one or more LOs.
  • the power interface unit 1012 may include one or more LDOs.
  • the power interface unit 1012 may include one or more DC/DC converters.
  • the power interface unit 1012 may include one or more DFEs.
  • the power interface 1012 may include one or more FPGAs.
  • the power interface unit 1012 may include one or more connectors.
  • the power interface unit 1012 may include a power supply.
  • the power interface unit 1012 may include RF circuits for obtaining a signal of a frequency band for transmission or a frequency band for reception.
  • the power interface unit 1012 may electrically connect the antenna unit 1011 and the RF processing unit 1013.
  • the size of the third PCB may be smaller than the size of the first PCB and larger than the size of the second PCB.
  • the first PCB may include RF paths corresponding to ports of the plurality of antenna elements and formed from the second surface of the first PCB toward the first surface. .
  • the third PCB may include RF signals configured to receive a reference frequency from the LO of the second PCB and an IF frequency signal from the IF conversion circuit.
  • the balls of the grid array are configured to bond between the power supply ports of the third PCB and the RF ports on the first surface of the first PCB, and the second surface of the first PCB. Positions where ports of the plurality of antenna elements are disposed may correspond to positions where the RF ports are disposed on the first surface of the first PCB.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

본 개시(disclosure)는 LTE(Long Term Evolution)와 같은 4G(4th generation) 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G(5th generation) 또는 pre-5G 통신 시스템에 관련된 것이다. 본 개시의 실시 예들에 따를 때, RU(radio unit) 모듈은, 복수의 안테나 엘리멘트들(antenna elements)이 배치되는 제1 PCB(printed circuit board); RFIC(radio freqeuncy integrated circuit)가 배치되는 제2 PCB; 상기 제1 PCB 상에 배치된 복수의 안테나 소자 각각과 상기 제2 PCB 상에 배치된 상기 RFIC를 전기적으로 연결하는 제3 PCB를 포함하고, 상기 제3 PCB의 크기는, 상기 제1 PCB의 크기보다 작고 상기 제2 PCB의 크기보다 크고, 상기 제3 PCB의 제1 면은 상기 제1 PCB의 제1 면과 그리드 어레이를 통해 결합되고, 상기 제3 PCB의 제1 면에서 급전 포트들의 위치들은, 상기 제1 PCB의 제1 면과 반대되는 제2 면에서 상기 복수의 안테나 엘리멘트들의 포트들이 배치되는 위치들에 대응할 수 있다.

Description

안테나를 위한 인터포징 보드를 포함하는 전자 장치
본 개시(disclosure)는 일반적으로 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 무선 통신 시스템에서 안테나를 위한 인터포징(interposing) 보드를 포함하는 전자 장치 전자 장치에 관한 것이다.
4G(4th generation) 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G(5th generation) 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(Long Term Evolution) 시스템 이후(Post LTE) 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 Frequency Shift Keying and Quadrature Amplitude Modulation) 및 SWSC(Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(Non Orthogonal Multiple Access), 및 SCMA(Sparse Code Multiple Access) 등이 개발되고 있다.
통신 성능을 높이기 위해 다수의 안테나들을 장착한 제품이 개발되고 있고, 점점 보다 훨씬 더 많은 수의 안테나들을 갖는 장비가 사용될 것으로 예상된다. 통신 장치에 안테나 엘리멘트(element)의 숫자가 늘어나면서, 안테나 장비의 성능을 높이기 위해 신호 전송 시 손실(loss)을 줄이기 위한 안테나 구조에 대한 수요가 증가한다.
상술한 바와 같은 논의를 바탕으로, 본 개시(disclosure)는, 무선 통신 시스템에서 RU(radio unit) 보드의 부담을 줄이기 위한 인터포징(interposing) 보드를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서 RU 보드의 안테나 엘리멘트로의 수직 연결을 제공하기 위한 인터포징(interposing) 보드를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서 RU 보드에서 전송 선로의 길이를 최소화하여, 높은 성능을 제공하기 위한 전자 장치를 제공한다.
본 개시의 실시 예들에 따를 때, RU(radio unit) 모듈은, 복수의 안테나 엘리멘트들(antenna elements)이 배치되는 제1 PCB(printed circuit board); RFIC(radio frequency integrated circuit)가 배치되는 제2 PCB; 제1 PCB 상에 배치된 복수의 안테나 소자 각각과 제2 PCB 상에 배치된 RFIC를 전기적으로 연결하는 제3 PCB를 포함하고, 상기 제3 PCB의 제1 면은 상기 제1 PCB의 제1 면과 그리드 어레이를 통해 결합되고, 상기 제3 PCB의 제1 면에서 급전 포트들의 위치들은, 상기 제1 PCB의 제1 면과 반대되는 제2 면에서 상기 복수의 안테나 엘리멘트들의 포트들이 배치되는 위치들에 대응할 수 있다.
본 개시의 실시 예들에 따를 때, 전자 장치는, 전원 인터페이스; LO(local oscillator); IF(intermediate frequency) 변환 회로; 복수의 안테나 엘리멘트들(antenna elements)이 배치되는 제1 PCB(printed circuit board); RFIC(radio frequency integrated circuit)가 배치되는 제2 PCB; 제1 PCB 상에 배치된 복수의 안테나 소자 각각과 제2 PCB 상에 배치된 RFIC를 전기적으로 연결하는 제3 PCB 를 포함하고, 상기 제3 PCB의 제1 면은 상기 제1 PCB의 제1 면과 그리드 어레이를 통해 결합되고, 상기 제3 PCB의 제1 면에서 급전 포트들의 위치들은, 상기 제1 PCB의 제1 면과 반대되는 제2 면에서 상기 복수의 안테나 엘리멘트들의 포트들이 배치되는 위치들에 대응할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은, RU 보드와 RFIC를 위한 패키지 보드 사이에 인터포징 보드를 배치함으로써, RU 보드의 부담을 줄임과 동시에, 전체 급전 성능을 높일 수 있게 한다.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 개시내용의 특정 실시양태의 상기 및 다른 측면, 특징 및 이점은 첨부 도면과 함께 다음의 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 본 개시의 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템을 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전자 장치의 구성 요소들의 예를 나타낸다.
도 3a 및 3b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전자 장치의 기능적 구성의 예를 나타낸다.
도 4는 본 개시의 실시 예들에 따른 전자 장치의 RU(radio unit) 보드의 예를 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 인터포징(interposing) 보드의 배치의 예를 도시한다.
도 6은 본 개시의 실시 예들에 따른 인터포징 보드를 포함하는 전자 장치의 전자 장치의 적층 구조의 예를 도시한다.
도 7은 본 개시의 실시 예들에 따른 인터포징 보드와 RFIC(radio frequency integrated circuit) 배치의 예를 도시한다.
도 8은 본 개시의 실시 예들에 따른 하나의 RFIC에 대응하는 RU 모듈의 적층 구조의 예를 도시한다.
도 9a 내지 도 9b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 인터포징 보드를 포함하는 전자 장치의 예들을 도시한다.
도 10은 본 개시의 실시 예들에 따른 에어 기반 급전 구조를 갖는 전자 장치의 기능적 구성을 도시한다.
도면의 설명과 관련하여, 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 개시의 실시 예들에 따를 때, RU(radio unit) 모듈은, 복수의 안테나 엘리멘트들(antenna elements)이 배치되는 제1 PCB(printed circuit board); RFIC(radio frequency integrated circuit)가 배치되는 제2 PCB; 제1 PCB 상에 배치된 복수의 안테나 소자 각각과 제2 PCB 상에 배치된 RFIC를 전기적으로 연결하는 제3 PCB를 포함하고, 상기 제3 PCB의 제1 면은 상기 제1 PCB의 제1 면과 그리드 어레이를 통해 결합되고, 상기 제3 PCB의 제1 면에서 급전 포트들의 위치들은, 상기 제1 PCB의 제1 면과 반대되는 제2 면에서 상기 복수의 안테나 엘리멘트들의 포트들이 배치되는 위치들에 대응할 수 있다.
본 개시의 실시 예들에 따를 때, 전자 장치는, 전원 인터페이스; LO(local oscillator); IF(intermediate frequency) 변환 회로; 복수의 안테나 엘리멘트들(antenna elements)이 배치되는 제1 PCB(printed circuit board); RFIC(radio frequency integrated circuit)가 배치되는 제2 PCB; 제1 PCB 상에 배치된 복수의 안테나 소자 각각과 제2 PCB 상에 배치된 RFIC를 전기적으로 연결하는 제3 PCB 를 포함하고, 상기 제3 PCB의 제1 면은 상기 제1 PCB의 제1 면과 그리드 어레이를 통해 결합되고, 상기 제3 PCB의 제1 면에서 급전 포트들의 위치들은, 상기 제1 PCB의 제1 면과 반대되는 제2 면에서 상기 복수의 안테나 엘리멘트들의 포트들이 배치되는 위치들에 대응할 수 있다.
첨부된 도면을 참조한 다음의 설명은 특허 청구범위 및 그 균등물에 의해 정의되는 본 개시의 다양한 실시예의 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 여기에는 이해를 돕기 위한 다양한 특정 세부 사항이 포함되어 있지만 이는 단지 예시적인 것으로 간주되어야 한다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 개시의 범위 및 사상을 벗어나지 않고 본 명세서에 기술된 다양한 실시예의 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있음을 인식할 것이다. 또한, 명료함과 간결함을 위해 잘 알려진 기능 및 구성에 대한 설명은 생략할 수 있다.
하기의 설명 및 특허청구범위에서 사용된 용어 및 단어들은 문헌상의 의미에 국한되지 않으며, 본 개시의 명확하고 일관된 이해를 가능하게 하기 위해 발명자가 사용한 것에 불과하다. 따라서, 본 개시의 다양한 실시예에 대한 다음의 설명은 단지 예시의 목적으로 제공되고 첨부된 청구범위 및 그 균등물에 의해 정의된 바와 같은 본 발명을 제한하기 위한 것이 아님이 당업자에게 명백해야 한다.
단수 형태 "a", "an" 및 "the"는 문맥이 명백하게 달리 지시하지 않는 한 복수 지시 대상을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 예를 들어 " a component surface"에 대한 언급은 그러한 표면 중 하나 이상에 대한 언급을 포함한다.
이하에서 설명되는 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어적인 접근 방법을 예시로서 설명한다. 하지만, 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어와 소프트웨어를 모두 사용하는 기술을 포함하고 있으므로, 본 개시의 다양한 실시 예들이 소프트웨어 기반의 접근 방법을 제외하는 것은 아니다.
도 1은 본 개시의 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템을 도시한다. 도 1의 무선 통신 환경(100)은 무선 채널을 이용하는 노드(node)들의 일부로서, 기지국(110), 단말(120) 및 단말(130)을 예시한다.
도 1을 참조하면, 기지국(110)은 단말(120)에게 무선 접속을 제공하는 네트워크 인프라스트럭쳐(infrastructure)이다. 기지국(110)은 신호를 송신할 수 있는 거리에 기초하여 일정한 지리적 영역으로 정의되는 커버리지(coverage)를 가진다. 기지국(110)은 기지국(base station) 외에 MMU(massive MIMO(multiple input multiple output) unit), '액세스 포인트(access point, AP)', '이노드비(eNodeB, eNB)', '5G 노드(5th generation node)', '5G 노드비(5G NodeB, NB)', '무선 포인트(wireless point)', '송수신 포인트(transmission/reception point, TRP)', '액세스 유닛(access unit)','분산 유닛(distributed unit, DU)', '송수신 포인트(transmission/reception point, TRP)','무선 유닛(radio unit, RU), 원격 무선 장비(remote radio head, RRH) 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다. 기지국(110)은 하향링크 신호를 송신하거나 상향링크 신호를 수신할 수 있다.
단말(120)은 사용자에 의해 사용되는 장치로서, 기지국(110)과 무선 채널을 통해 통신을 수행한다. 경우에 따라, 단말(120)은 사용자의 관여 없이 운영될 수 있다. 즉, 단말(120)은 기계 타입 통신(machine type communication, MTC)을 수행하는 장치로서, 사용자에 의해 휴대되지 아니할 수 있다. 단말(120)은 단말(terminal) 외 '사용자 장비(user equipment, UE)', '이동국(mobile station)', '가입자국(subscriber station)', '고객 댁내 장치'(customer premises equipment, CPE), '원격 단말(remote terminal)', '무선 단말(wireless terminal)', '전자 장치(electronic device)', 또는 '차량(vehicle)용 단말', '사용자 장치(user device)' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다.
도 1에 도시된 단말(120), 단말(130)은 차량 통신을 지원할 수 있다. 차량 통신의 경우, LTE 시스템에서는 장치간 통신(device-to-device, D2D) 통신 구조를 기초로 V2X 기술에 대한 표준화 작업이 3GPP 릴리즈 14과 릴리즈 15에서 완료되었으며, 현재 5G NR 기초로 V2X 기술을 개발하려는 노력이 진행되고 있다. NR V2X에서는 단말과 단말 간 유니캐스트(unicast) 통신, 그룹캐스트(groupcast)(또는 멀티캐스트(multicast)) 통신, 및 브로드캐스트(broadcast) 통신을 지원한다.
전파 경로 손실을 완화하고 전파의 전달 거리를 증가시키기 위한 기술 중 하나로써, 빔포밍 기술이 이용되고 있다. 빔포밍은, 일반적으로, 다수의 안테나를 이용하여 전파의 도달 영역을 집중시키거나, 특정 방향에 대한 수신 감도의 지향성(directivity)를 증대시킨다. 따라서, 단일 안테나를 이용하여 등방성(isotropic) 패턴으로 신호를 형성하는 대신 빔포밍 커버리지를 형성하기 위해, 통신 장비는 다수의 안테나들을 구비할 수 있다. 이하, 다수의 안테나들이 포함되는 안테나 어레이가 서술된다.
기지국(110) 또는 단말(120)은 안테나 어레이를 포함할 수 있다. 안테나 어레이에 포함되는 각 안테나는 어레이 엘리멘트(array element), 또는 안테나 엘리멘트(antenna element)라 지칭될 수 있다. 이하, 본 개시에서 안테나 어레이는 2차원의 평면 어레이(planar array)로 도시되었으나, 이는 일 실시 예일뿐, 본 개시의 다른 실시 예들을 제한하지 않는다. 안테나 어레이는 선형 어레이(linear array) 혹은 다층 어레이 등 다양한 형태로 구성될 수 있다. 안테나 어레이는 매시브 안테나 어레이(massive antenna array)로 지칭될 수 있다.
5G 통신의 데이터 용량을 향상시키는 주요한 기술은 다수의 RF 경로들과 연결된 안테나 어레이를 사용한 빔포밍 기술이다. 통신 성능을 높이기 위해 무선 통신을 수행하는 부품들의 개수는 증가하고 있다. 특히, 안테나 및 안테나를 통해 수신되거나 송신되는 RF 신호를 처리하기 위한 RF 부품(예: 증폭기, 필터), 구성요소들(components)의 개수도 증가하게 되어 통신 장비를 구성함에 있어 통신 성능을 충족하면서 공간적 이득, 비용적 효율이 필수적으로 요구된다.
도 2a 및 도 2b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전자 장치의 구성 요소들의 예를 나타낸다. 도 2a는 본 개시의 일 실시예에 따른 전자 장치를 구성하는 내부 구성 요소들을 나타내고, 도 2b는 본 개시의 일 실시예에 따른 전자 장치의 윗면, 아랫면, 옆면을 나타낸다.
도 2a를 참고하면, 전자 장치는 레이돔 커버(201), RU 하우징(203), DU 커버(205), RU(210)를 포함할 수 있다. RU(210)는 안테나 모듈과 안테나 모듈을 위한 RF 구성 요소들을 포함할 수 있다. RU(210)는 후술하는 본 개시의 실시 예들에 따른 에어 기반 급전 구조를 갖는 안테나 모듈을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 안테나 모듈은 BGA (ball grid array) 모듈 안테나를 포함할 수 있다. RU(210)는 RF 구성 요소들이 실장되는 RU 보드(215)를 포함할 수 있다.
전자 장치는 DU(220)를 포함할 수 있다. DU(220)는 인터페이스 보드(221), 모뎀 보드(223), CPU (central processing unit) 보드(225)를 포함할 수 있다. 전자 장치는 전력 모듈(power module)(230), GPS(global positioning system, 240), DU 하우징(250)을 포함할 수 있다.
도 2b를 참고하면, 도면(250)은 전자 장치를 위에서 바라본 도면을 나타낸다. 도면(261), 도면(263), 도면(265), 도면(267)은 각각 전자 장치를 왼쪽, 앞쪽, 오른쪽, 뒤쪽에서 바라본 도면을 나타낸다. 도면(270)은 전자 장치를 밑에서 바라본 도면을 나타낸다.
도 3a 및 3b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전자 장치의 기능적 구성의 예를 나타낸다. 전자 장치는 액세스 유닛(access unit, AU, 300)을 포함할 수 있다. 액세스 유닛은 RU(310), DU(320), DC/DC 모듈을 포함할 수 있다. 본 개시의 실시 예들에 따른 RU(310)는 안테나들과 RF 구성 요소들이 실장되는 조립체(assembly)를 의미할 수 있다. 본 개시의 실시 예들에 따른 DU(320)는 디지털 무선 신호를 처리하도록 구성되고, RU(310)에게로 전송될 디지털 무선 신호를 암호화하거나, RU(310)로부터 전달받은 디지털 무선 신호를 복호하도록 구성될 수 있다. DU(320)는 패킷 데이터를 처리함으로써, 상위 노드(예: CU(centralized unit)) 혹은 코어망(예: 5GC, EPC)과 통신을 수행하도록 구성될 수 있다.
도 3a를 참고하면, RU(310)는 복수의 안테나 엘리멘트들을 포함할 수 있다. RU(310)는 하나 이상의 어레이 안테나들을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 어레이 안테나는 평면 안테나 어레이로 구성될 수 있다. 어레이 안테나는 하나의 스트림에 대응할 수 있다. 어레이 안테나는 하나의 송신 경로(혹은 수신 경로)에 대응하는 복수의 안테나 엘리멘트들을 포함할 수 있다. 일 예로, 어레이 안테나는 16 x 16으로 구성되는 256개의 안테나 엘리멘트들을 포함할 수 있다.
RU(310)는 각 어레이 안테나의 신호를 처리하기 위한 RF 체인들을 포함할 수 있다. RF 체인들은 'RFA'로 지칭될 수 있다. RFA는 빔포밍을 위한 RF 구성 요소들(예: 위상 변환기, 전력 증폭기)와 믹서를 포함할 수 있다. RFA의 믹서는 RF 주파수의 RF 신호를 중간 주파수(intermediate frequency)로 하향변환하거나 중간 주파수의 신호를 RF 주파수의 신호로 상향변환하도록 구성될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 하나의 세트의 RF 체인들은 하나의 어레이 안테나에 대응할 수 있다. 일 예로, RU(310)는 4개의 어레이 안테나들을 위한 4개의 RF 체인 세트들을 포함할 수 있다. 복수의 RF 체인들은 디바이더(예: 1:16)를 통해 송신 경로 혹은 수신 경로와 연결될 수 있다. 도 3a에는 도시되지 않았으나, 일 실시 예에 따라, RF 체인들은 RFIC로 구현될 수 있다. RFIC는 복수의 안테나 엘리멘트들에게 공급되는 RF 신호들을 처리 및 생성할 수 있다.
RU(310)는 DAFE(digital analog front end)와 'RFB'를 포함할 수 있다. DAFE는 디지털 신호와 아날로그 신호를 상호 변환하도록 구성될 수 있다. 일 예로, RU(310)는 2개의 DAFE들(DAFE #0, DAFE #1)을 포함할 수 있다. DAFE는, 송신 경로에서, 디지털 신호를 상향변환하고(즉, DUC), 상향 변환된 신호를 아날로그 신호로 변환하도록 구성될 수 있다(즉, DAC). DAFE는 수신 경로에서, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고(즉, ADC), 디지털 신호를 하향변환하도록 구성될 수 있다(즉, DDC). RFB는 송신경로와 수신 경로에 대응하는 믹서와 스위치를 포함함할 수 있다. RFB의 믹서는 기저대역 주파수를 중간 주파수(intermediate frequency)로 상향변환하거나 중간 주파수의 신호를 기저대역 주파수의 신호로 하향변환하도록 구성될 수 있다. 스위치는 송신 경로와 수신 경로 중 하나를 선택하도록 구성될 수 있다. 일 예로, RU(310)는 2개의 RFB(RFB #0, RFB #1)들을 포함할 수 있다.
RU(310)는 제어기(controller)로서, FPGA(field programmable gate array)를 포함할 수 있다. FPGA는 설계 가능 논리소자와 프로그래밍이 가능한 내부 회로가 포함된 반도체 소자를 의미한다. SPI(Serial Peripheral Interface) 통신을 통해 DU(320)과 통신을 수행할 수 있다.
RU(310)는 RF LO(local oscillator)를 포함할 수 있다. RF LO는 상향 변환 혹은 하향 변환을 위한 기준 주파수를 공급하도록 구성될 수 있다. 일 실시 예에 따라, RF LO는 상술된 RFB의 상향 변환 혹은 하향 변환을 위한 주파수를 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, RF LO는 2-way 디바이더를 통해 RFB #0과 RFB #1에 기준 주파수를 공급할 수 있다.
일 실시 예에 따라, RF LO는 상술된 RFA의 상향 변환 혹은 하향 변환을 위한 주파수를 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, RF LO는 32-way 디바이더를 통해 RFA 각각(각 RF 체인에 8개 씩, 편파 그룹 별)에 기준 주파수를 공급할 수 있다.
도 3b를 참고하면, RU(310)는 DAFE 블록(311), IF 상향/하향 변환부(313), 빔포머(315), 어레이 안테나(317), 제어 블록(319)를 포함할 수 있다. DAFE 블록(311)은 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하거나 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. IF 상향/하향 변환부(313)는 RFB에 대응할 수 있다. IF 상향/하향 변환부(313)는 RF LO로부터 공급받는 기준 주파수에 기반하여 기저대역 주파수의 신호를 IF 주파수의 신호로 변환하거나, IF 주파수의 신호를 기저대역 주파수의 신호로 변환할 수 있다. 빔포머(315)는 RFA에 대응할 수 있다. 빔포머(315)는 RF LO로부터 공급받는 기준 주파수에 기반하여 RF 주파수의 신호를 IF 주파수의 신호로 변환하거나, IF 주파수의 신호를 RF 주파수의 신호로 변환할 수 있다. 어레이 안테나(317)는 복수의 안테나 엘리멘트들을 포함할 수 있다. 어레이 안테나(317)의 각 안테나 엘리멘트는 RFA를 통해 처리된 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 어레이 안테나(317)는 RFA에 의해 적용되는 위상에 따라 빔포밍을 수행하도록 구성될 수 있다. 제어 블록(319)는 DU(320)로부터 명령 및 상술된 신호 처리를 수행하도록 RU(310)의 각 블록을 제어할 수 있다.
도 2a 내지 도 3b에서는 전자 장치의 예로 기지국이 도시되었으나, 본 개시의 실시 예들이 기지국에 제한되는 것은 아니다. DU와 RU로 구성되는 기지국 뿐만 아니라 무선 신호의 방사를 위한 전자 장치라면 본 개시의 실시 예들이 적용될 수 있다.
도 4는 본 개시의 실시 예들에 따른 전자 장치의 RU(radio unit) 보드의 예를 도시한다. 전자 장치는 안테나가 실장되는 PCB(이하, 제1 PCB), 어레이 안테나들 및 신호 처리를 위한 부품들(예: 커넥터(connector), DC(direct current)/DC 컨버터, DFE)이 실장되는 PCB(이하, 제2 PCB)가 분리되어 배치되는 구조를 의미한다. 제1 PCB는 안테나 보드, 안테나 기판, 방사 기판, 방사 보드, 또는 RF 보드로 지칭될 수 있다. 제2 PCB는 RU 보드, 메인 보드, 전력 보드, 마더 보드(mother board), 패키지 보드, 또는 필터 보드로 지칭될 수 있다.
도 4를 참고하면, RU 보드는 방사체(예: 안테나)로 신호 전달을 위한 부품들을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따라, RU 보드 상에 하나 이상의 안테나 PCB(즉, 제1 PCB) 들이 실장될 수 있다. 즉, RU 보드 상에 하나 이상의 어레이 안테나들이 실장될 수 있다. 일 예로, RU 보드 위에 2개의 어레이 안테나들이 실장될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 어레이 안테나들은 RU 보드 상에서 대칭적인 위치에 배치될 수 있다(405). 다른 일 실시 예에 따라, 어레이 안테나들은 RU 보드 상에서 한 측(side)(예: 왼쪽)에 배치되고, 후술하는 RF 구성 요소들이 다른 한 측(예: 오른쪽)에 배치될 수도 있다(415). 도 4에서는 2개의 어레이 안테나들이 예시되었으나, 본 개시의 실시 예들은 이에 한정되지 않는다. 듀얼 밴드를 지원하기 위해 각 밴드 별로 2개의 어레이 안테나들이 배치될 수도 있으며, RU 보드에 실장되는 어레이 안테나들은 2T2R(2-transmit 2-receive)을 지원하도록 구성될 수 있다.
RU 보드는 안테나에게 RF 신호를 공급하기 위한 부품들을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따라, RU 보드는 하나 이상의 DC/DC 컨버터들을 포함할 수 있다. DC/DC 컨버터는 직류를 직류로 변환하기 위해 이용될 수 있다. 일 실시 예에 따라, RU 보드는 하나 이상의 LO(local oscillator)들을 포함할 수 있다. LO는 RF 시스템에서 상향 변환 혹은 하향 변환을 위한 기준 주파수를 공급하기 위해 이용될 수 있다. 일 실시 예에 따라, RU 보드는 하나 이상의 하나 이상의 커넥터들을 포함할 수 있다. 커넥터는 전기적 신호를 전달하기 위해 이용될 수 있다. 일 실시 예에 따라, RU 보드는 하나 이상의 디바이더(divider)들을 포함할 수 있다. 디바이더는 입력 신호를 분배 및 다중 경로로 전달하기 위하여 이용될 수 있다. 일 실시 예에 따라, RU 보드는 하나 이상의 LDO(low-dropout regulator)들을 포함할 수 있다. LDO는 외부의 잡음을 억제하고, 전원을 공급하기 위해 이용될 수 있다. 일 실시 예에 따라, RU 보드는 하나 이상의 VRM(Voltage regulator module)들을 포함할 수 있다. VRM은 적정한 전압이 유지되도록 보장하기 위한 모듈을 의미할 수 있다. 일 실시 예에 따라, RU 보드는 하나 이상의 DFE(digital front end)들을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따라, RU 보드는 하나 이상의 FPGA(radio frequency programmable gain amplifier)들을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따라, RU 보드는 하나 이상의 IF(intermediate frequency) 처리부들을 포함할 수 있다. 한편, 도 4에 도시된 구성으로, 도 4에 도시된 부품들 중 일부 구성은 생략되거나 혹은 더 많은 수의 부품들이 실장될 수 있다. 또한, 도 4에서는 언급되지 않았으나, RU 보드는 신호를 필터링하기 위한 RF 필터를 더 포함할 수 있다.
mmWave 대역(예: 3GPP의 frequency range 2)의 도입으로, 어레이 안테나는 PCB 공법으로 제작될 수 있다. 즉, RU 보드의 PCB 제작 시 안테나 엘리멘트가 PCB와 함께 제조될 수 있다. 이 때, 신호의 수신 및 송신 품질 향상을 위해 RF/IF/LO 등 signal line을 one board에 커넥터(connector) 없이 구성하는 경우가 많다. PCB와 PCB 간 결합으로 인해, 커넥터는 손실을 야기하기 때문이다. 한편, 하나의 메인 보드에서 많은 기능을 담당하다 보니 메인 보드의 사이즈가 커지고 설계의 복잡도가 향상되는 문제가 있다. 이러한 문제는 가격 상승의 요인이다.
메인 PCB의 가격 상승분을 최소화하고, 성능을 유지하기 위해, 신호선들 중에서 복잡도가 높은 RF 급전 라인(여기서, RF 급전 라인은 PCB 층에 수평적인 급전선을 의미함)과 안테나를 분리된 보드에서 구현하려는 추세가 있다. 커넥터 없이 RF 라인을 메인 PCB와 다른 또 다른 보드에 구성할 때, contact interconnection 방식(예: BGA, SMD(surface mount device))과 non-contact interconnection 방식(예: capacitive coupling, resonant coupling)이 사용될 수 있다. 한편, 기지국향의 어레이 안테나는 제품에 따라 안테나 숫자와 배치도가 상이하고 경우에 따라 256개 이상의 안테나 엘리멘트들을 포함하는 대형 어레이 안테나를 요구하는 경우가 있다. RF 급전라인과 안테나를 분리 구현된 보드(ant/RF보드)라도 대형 어레이 안테나를 하나의 보도를 구현 시 보드의 대형화에 따른 가격 상승분을 무시할 수 없다. 작은 숫자의 어레이 안테나를 군집하여 ant/RF보드제작시 제작 공차에 따라 안테나의 배열이 제각각이 될 수 있어, 방사 성능이 열화되는 문제가 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 인터포징 보드의 배치의 예를 도시한다. 도 5a에서는 본 개시의 일 실시예에 따른 기존의 RU 모듈 대비 인터포징 보드의 배치로 인한 적층 구조를 나타낸다. 도 5b를 참조하면, 인터포징 보드의 구체적인 기능들이 서술된다. 이하, 본 개시에서 RF 라인은 PCB의 일 층을 따라 형성되는 급전선을 포함하는 신호 경로를 의미할 수 있다. RF 라인은 PCB의 일 층을 따라 형성될 수 있다. 즉, RF 라인은 수평방향으로 형성되는 급전선을 포함하는 신호 경로를 의미한다. 한편, RF 라인과 구별되는 용어로서 RF 경로가 이용된다. RF 경로는 RF 라인 뿐만 아니라 PCB의 복수의 층들에 걸쳐 수직으로 형성되는 신호 경로를 포함할 수 있다.
도 5a를 참고하면, RU 모듈은 안테나부(제1 방사체(511), 제2 방사체(512))를 포함할 수 있다. 제1 방사체(511)는 RU 보드(520)에 포함될 수 있다.
RU 보드(520)는 메인 PCB로써, RU 모듈과 관련된 구성 요소들을 포함할 수 있다. 이하, RU 보드(520)는 메인 PCB 혹은 제1 PCB로 지칭되어 서술될 수 있다. 일 실시 예에 따라, RU 보드(520)는 복수의 층들로 구성될 수 있다. 기존의 RU 모듈과 달리, 본 개시의 실시 예들에 따른 RU 모듈은 안테나 엘리멘트, 즉 제1 방사체(511)의 RF 경로가 RU 보드(520) 상에서 수직으로 형성될 수 있다. RF 경로는 RFIC(550)로부터의 신호를 안테나에게 공급하거나, 안테나로부터의 신호를 RFIC(550)에게까지 전달하기 위한 신호선을 의미할 수 있다. RFIC(550)는 RF 신호 처리 및 빔포밍을 위한 RF 구성 요소들을 포함할 수 있다. RFIC(550)는 패키지 보드(540)에 실장될 수 있다(예: wafer의 die 혹은 SiP). 이하, RFIC(550)이 배치되는 패키지 보드(540)는 RFIC 보드, RFIC PCB, 혹은 제2 PCB로 지칭되어 서술될 수 있다.
본 개시의 실시 예들에 따른 인터포징 보드(530)에서 RF 라인이 형성될 수 있다. 이하, 인터포징 보드(530)는 인터포징 PCB, RF 라인 PCB, 혹은 제3 PCB로 지칭되어 서술될 수 있다.
인터포징 보드(530)는 제1 PCB와 제2 PCB 사이에 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 인터포징 보드(530)는 RU 보드(520)과 그리드 어레이를 통해 결합될 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따라, 인터포징 보드(530)는 패키지 보드(540)과 그리드 어레이를 통해 결합될 수 있다. 본 개시의 실시 예들은, 인터포징 보드(530)을 통해 안테나와 RF 라인이 분리하여 배치 구조를 제안한다. RF 라인만 분리하여, RU 보드(520)과 RFIC(550) 사이에 위치시킬 수 있다. 이를 통해, RU 보드(520)에서는 최단 거리로 신호를 급전할 수 있다. 안테나는 RU 보드(520)에 구현되거나(예: 제1 방사체(511) 또는 외부에 구현될 수도 있다(예: 제2 방사체(512)). 메인 PCB 상의 RF 라인이 수직으로 형성(예: 수직 비아 또는 PTH(plated through hole))됨으로써, 전송 손실의 최소화가 달성될 수 있다.
도 5b를 참고하면, 인터포징 보드(530)의 상세한 예시가 서술된다. 인터포징 보드(530)는 RU 보드(520)의 RF 신호 처리를 위한 기능들 중 적어도 일부를 수행하도록 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따라, 인터포징 보드(530)는 RF 경로(521)와 연결될 수 있다. 인터포징 보드(530)는 RFIC의 패키지(540)와 연결되고, RF 경로(521)과 연결될 수 있다. 이하, 본 개시에서 인터포징 보드(530)가 RFIC와 연결되는 포트는 RFIC 포트, RF 경로와 연결되는 포트는 급전 포트로 지칭될 수 있다. 인터포징 보드(530)는 RF 라인을 포함할 수 있다. 인터포징 보드(530)의 복수의 층들 중에서 하나는 RF 라인, 즉 안테나 엘리멘트에 대응하는 위치로 형성되는 급전선을 포함할 수 있다. 메인 보드인 RU 보드(520)가 아닌 인터포징 보드(530)에서 급전선이 형성됨에 따라, RU 보드(520)는 RF 경로에서 급전선의 비중을 최소화함과 동시에 최단거리로 형성된 RF 경로를 포함할 수 있다. 이로 인해, 급전 이득이 증가할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 인터포징 보드(530)는 IF 경로(523)와 연결될 수 있다. RU 보드(520)는 IF 변환 회로(예: 도 3a, 도 3b의 RFB)를 포함할 수 있다. RU 보드(520)로부터의 신호 전달을 위해, 인터포징 보드(530)는 별도로 구성되는 IF 경로와 연결될 수 있다. 이 때, RF 경로와 마찬가지로, RU 보드(520)에서 최단거리로 경로 형성을 위해, 인터포징 보드(530)는 IF 경로(523)를 위한 급전선을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 인터포징 보드(530)는 LO 경로(525)와 연결될 수 있다. RU 보드(520)는 RF LO (예: 도 3a의 RF LO)를 포함할 수 있다. RFB의 믹서 혹은 RFA의 믹서에 기준 주파수원을 공급하기 위해, 인터포징 보드(530)는 별도로 구성되는 LO 경로(525)와 연결될 수 있다. 이 때, RF 경로와 마찬가지로, RU 보드(520)에서 최단거리로 경로 형성을 위해, 인터포징 보드(530)는 LO 경로(525)를 위한 급전선을 포함할 수 있다.
도 6은 본 개시의 실시 예들에 따른 인터포징 보드를 포함하는 전자 장치의 전자 장치의 적층 구조의 예를 도시한다. 본 개시에서 RF 라인은 PCB의 일 층을 따라 형성될 수 있다. 즉, 수평방향으로 형성되는 급전선을 포함하는 신호 경로를 의미한다.
도 6을 참고하면, 전자 장치는 제1 방사체(611), 제2 방사체(612), 제3 방사체(613), 제4 방사체(614)를 포함할 수 있다. 전자 장치는 RU 보드(620)를 포함할 수 있다. RU 보드(620) 위에 제1 방사체(611), 제2 방사체(612), 제3 방사체(613), 제4 방사체(614)가 실장되거나, 제1 방사체(611), 제2 방사체(612), 제3 방사체(613), 제4 방사체(614)가 RU 보드(620) 내에 배치될 수 있다. RU 보드(620)는 메인 PCB에 대응할 수 있다.
전자 장치는 패키지 보드(640)를 포함할 수 있다. 패키지 보드(640)의 일 면에는 RFIC(650)이 실장될 수 있다. 패키지 보드(640)는 RFIC(650)와 그리드 어레이를 통해 연결될 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따라, RU 보드(620)과 패키지 보드(640) 사이는 인터포징 보드(630)가 배치될 수 있다. 인터포징 보드(630)의 일 면은 RU 보드(620)과 연결되고, 인터포징 보드(630)의 다른 일 면은 RU 보드(640)과 연결될 수 있다. 메인 PCB인 RU 보드(620) 상의 RF 라인의 길이를 최소화하거나, RU 보드(620) 상에서 해당 RF 라인을 없앰으로써, 전송 손실이 최소화될 수 있다. 전송 손실이 감소하는 것이 가능한 이유는, 메인 PCB와 같은 대형 PCB에 사용하는 공정(multi-layer board) 대신에 작은 소형 PCB에 사용하는 공정인 HDI(high density interconnection)를 통해 급전선이 형성되기 때문이다. 소형 PCB에서 보다 세밀한 공정이 가능하기 때문에, RF 라인이 메인 PCB가 아닌 별도의 PCB, 즉 인터포징 보드(630)에 형성되는 것이 전송 손실의 감소를 제공할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 개시의 실시 예들에 따른 인터포징 보드(630)가 메인 PCB인 RU 보드(620)와 RFIC 패키지 보드(640) 사이에 위치함으로써, RU 보드(620)의 각 안테나 입력 포트에서 안테나 까지의 거리는 일정할 수 있다. RU 보드(620)에 RF 경로 별 전송 선로의 길이가 실질적으로 동일해짐에 따라, RF 라인의 캘리브레이션(calibration)이 전도성 테스트(conduction test)를 통해 가능해진다. 이러한 전도성 테스트는 기존의 AIP(antenna in package) 모듈에서 사용되는 OTA(over the air)를 통한 calibration 방식 보다 빠르고 정확할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 본 개시의 메인 PCB인 RU 보드((혹은 제1 PCB)는 대형 크기의 기판으로서, MLB 방식으로 생성될 수 있다(예: line 100um, clearance 100um, via 125um, land 250um).
일 실시 예에 따라, 본 개시의 수평 급전 라우팅을 위한 인터포징 보드(혹은 제3 PCB)는 소형 기판으로서, HDI 방식으로 생성될 수 있다(예: line 70um, clearance 70um, via 120um, land 240um).
일 실시 예에 따를 대, MLB 기판은 18층으로, RF 경로마다 RF pathway는 균일하도록 구성될 수 있다. 일 실시 예에 따를 때, HDI 기판은 10층으로 수평 RF pathway는 각 RF 경로마다 균일하지 않다. 일 실시 예에 따를 때, 패키지 기판은 8층으로 수평 RF pathway는 각 RF 경로마다 균일하지 않다. MLB 기판, 즉 메인 PCB부터 RF pathway가 균일하기 때문에, 메인 PCB와 인터포징 PCB 사이에서 전도성 테스트(conduction test)를 수행함으로써, 본 개시의 실시 예들에 따라, RF 캘리브레이션이 수행될 수 있다.
도 7은 본 개시의 실시 예들에 따른 인터포징 보드와 RFIC 배치의 예를 도시한다. 메인 PCB로부터 RF 라인의 역할을 분리한 인터포징 보드를 결합하는 경우, 조립에 의한 공차를 고려하더라도, 안테나의 배열은 달라지지 않으므로, 방사 성능의 열화를 최소화할 수 있다.
도 7을 참고하면, 안테나 배열 간 간격(705)은 다양하게 구성될 수 있다. 이러한 안테나 배열 간 간격(705)은 조립 공차를 의미한다. RFIC 1개 당 인터포징 보드를 가정하지만, 하나의 인터포징 보드에 2개 이상의 RFIC들도 실장될 수 있다. 16개의 안테나 엘리멘트들로 구성되는 각 배열에 대하여, 예로 서술된다.
제1 예(711)에서, 제1 방향(예: 수평 방향) 및 제2 방향(예: 수직 방향) 각각에서 배열들 간 간격이 형성될 수 있다. 각 배열마다 하나의 RFIC, 하나의 인터포징 보드가 배치될 수 있다. 제2 예(713)에서, 하나의 인터포징 보드에 2개의 RFIC들이 배치될 수 있다. 간격이 형성되지 않은 수평 방향으로는 하나의 인터포징 보드가 배치될 수 있음을 의미한다. 즉, 제2 방향(예: 수직 방향)에서 배열들 간 간격이 형성될 수 있다. 제3 예(715)를 예로 들어, 하나의 인터포징 보드에 4개의 RFIC들이 제1 방향 및 제2 방향으로, 2x2의 형태로 배치될 수 있다. 인터포징 내 안테나 배열들은 공차를 고려한 간격이 없이 인터포징 보드와 결합될 수 있다.
도 5 내지 도 6에서는 RFIC 하나당 인터포징 보드 하나의 경우를 예시하였으나, 본 개시의 실시 예들은 이에 한정되지 않는다. 일 실시 예에 따를 때, 인터포징 보드는 두 개의 RFIC들과 결합될 수 있다. 인터포징 보드는 두 개의 RFIC들이 배치되는 패키지 보드(예: SiP(system-in-package) 혹은 웨이퍼(wafer) 별 다이(die)))와 결합될 수 있다. 또한, 다른 일 실시 예에 따를 때, 인터포징 보드는 네 개의 RFIC들과 결합될 수 있다. 인터포징 보드는 네 개의 RFIC들이 배치되는 패키지 보드(예: SiP(system-in-package) 혹은 웨이퍼(wafer) 별 다이(die)))와 결합될 수 있다.
도 8은 본 개시의 실시 예들에 따른 하나의 RFIC에 대응하는 RU 모듈의 적층 구조의 예를 도시한다. 전체 구조를 고려할 때, 하나의 RFIC는 복수의 방사체들에게 RF 신호를 공급하도록 구성될 수 있다.
도 8을 참고하면, 일 실시 예에 따라, RU 모듈은 제1 방사체(811), 제2 방사체(812), 제3 방사체(813), 제4 방사체(814)를 포함할 수 있다. 제1 방사체(811), 제2 방사체(812), 제3 방사체(813), 제4 방사체(814) 각각은 안테나 배열(810)의 엘리멘트에 대응할 수 있다.
전자 장치는 RU 보드(820)를 포함할 수 있다. RU 보드(820) 위에 제1 방사체(811), 제2 방사체(812), 제3 방사체(813), 제4 방사체(814)가 실장될 수 있다. 도 8을 참조하면, 각 방사체가 RU 보드의 위에 실장되는 것으로 도시되었으나, 일부 실시 예들에서, 제1 방사체(811), 제2 방사체(812), 제3 방사체(813), 제4 방사체(814)는 RU 보드(820) 내에 배치될 수도 있다. RU 보드(620)는 메인 PCB에 대응할 수 있다.
전자 장치는 패키지 보드(840)를 포함할 수 있다. 패키지 보드(840)의 일 면에는 RFIC(850)이 실장될 수 있다. 패키지 보드(840)는 RFIC(850)와 그리드 어레이를 통해 연결될 수 있다.
RU 보드(820)과 패키지 보드(840) 사이는 인터포징 보드(830)가 배치될 수 있다. 인터포징 보드(830)의 일 면은 RU 보드(820)과 연결되고, 인터포징 보드(830)의 다른 일 면은 RU 보드(840)과 연결될 수 있다. 메인 PCB인 RU 보드(820) 상의 RF 라인의 길이를 최소화하거나, RU 보드(820) 상에서 해당 RF 라인을 없앰으로써, 전송 손실이 최소화될 수 있다. 도 8에서는 하나의 인터포징 보드(830)이 도시되었으나, 본 개시의 실시 예들은 이에 한정되지 않는다. 도 8에 도시된 바와 달리, 복수의 인터포징 보드들이 RU 보드(820)과 패키지 보드(840) 사이에서 배치될 수도 있다.
도 9a 내지 도 9b는 본 개시의 실시 예들에 따른 인터포징 보드를 포함하는 전자 장치의 예들을 도시한다.
도 9a를 참조하면, 제1 예(901)에서, RU 모듈은 메인 PCB와 패키지 PCB 사이에 배치되는 인터포징 보드를 포함할 수 있다. RFIC는 인터포징 보드를 통해(via) 메인 PCB에게 신호를 전달할 수 있다. 메인 PCB에서 수직으로 형성된 RF path를 통해 방사체로 신호가 전달될 수 있다. RU 모듈은, 메인 PCB와 이격되어 배치되는 추가 방사체를 더 포함할 수 있다. 상기 방사체는 일 실시 예에 따라 커버(cover) 혹은 레이돔(radome)에 배치될 수 있다.
제2 예(903)에서, RU 모듈은 메인 PCB와 패키지 PCB 사이에 배치되는 인터포징 보드를 포함할 수 있다. RFIC는 인터포징 보드를 통해(via) 메인 PCB에게 신호를 전달할 수 있다. 메인 PCB에서 수직으로 형성된 RF path 및 본딩 레이어(bonding layer)를 통해 방사체로 신호가 전달될 수 있다. 본딩 레이어에서는 커플링 급전이 수행될 수 있다. RU 모듈은, 메인 PCB와 이격되어 배치되는 추가 방사체를 더 포함할 수 있다. 상기 방사체는 일 실시 예에 따라 커버(cover) 혹은 레이돔(radome)에 배치될 수 있다.
제3 예(905)에서, RU 모듈은 메인 PCB와 패키지 PCB 사이에 배치되는 인터포징 보드를 포함할 수 있다. RFIC는 인터포징 보드를 통해(via) 메인 PCB에게 신호를 전달할 수 있다. 메인 PCB의 RF path 및 메인 PCB의 탑 층에 형성된 급전부를 통해 방사체에게 신호가 전달될 수 있다. RU 모듈은, 메인 PCB와 이격되어 배치되는 추가 방사체를 더 포함할 수 있다. 상기 방사체는 일 실시 예에 따라 커버(cover) 혹은 레이돔(radome)에 배치될 수 있다.
도 9a를 참조하면 중계 급전으로 통해 안테나 방사 성능이 향상되도록, 기둥 및 추가 방사체가 배치되었다. 그러나, 본 개시의 실시 예들은 이에 한정되지 않는다. 커버나 레이돔에 안테나개 배치되지 않더라도 본 개시의 일 실시 예로써 이해될 수 있다. 제4 예(951), 제5 예(953), 제6 예(955)는, 각각, 제1 예(901), 제2 예(903), 제3 예(905)에서 추가 방사체가 제외된 RU 모듈을 의미한다.
본 개시의 실시 예들에 따른 RU 모듈은 RU 보드(혹은 제1 PCB), RFIC, 패키지 보드(혹은 제2 PCB), 및 인터포징 보드(혹은 제3 PCB)를 포함할 수 있다. 본 개시의 실시 예들에 따른 RU 모듈은, 어레이 안테나의 RF 급전을 위하여, RU 보드와 RFIC가 배치되는 패키지 보드 사이에 배치되는 인터포징 보드를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 메인 PCB인 RU 보드는 인터포징 보드보다 큰 면적을 가질 수 있다. 즉, 제1 PCB의 크기는 제3 PCB의 크기보다 클 수 있다.
일 실시 예에 따라, 인터포징 보드는 패키지 보드보다 큰 면적을 가질 수 있다. 즉, 제3 PCB의 크기는 제2 PCB의 크기보다 클 수 있다. 패키지 보드는 RFIC가 실장되는 면적으로서 구현 방식에 따라 RFIC와 상대적으로 다른 크기를 갖는 다. 예를 들어, 패키지 보드의 wafer에 die 형태로 RFIC 칩이 배치되는 경우, RFIC는 패키지 보드보다 작은 면적을 가질 수 있다. 또한, 예를 들어, 패키지 보드 내에 SiP 형태로 RFIC가 구현되는 경우, RFIC는 패키지 보드와 동일 혹은 작은 면적을 가질 수 있다. 본 개시의 실시 예들에 따른 인터포징 보드는 RFIC의 RFIC의 RF 출력 포트에서 안테나의 RF 입력 포트 사이의 수평 라우팅(routing)을 수행하도록 구성될 수 있다. 메인 PCB 내의 RF 라인들은 복수의 층들에 걸쳐 수직 연결을 주요 기능을 수행하는 바, 각 안테나 엘리멘트에 대응하는 RF 길이는 메인 PCB 내에서 실질적으로 동일할 수 있다.
도 10은 본 개시의 실시 예들에 따른 에어 기반 급전 구조를 갖는 전자 장치의 기능적 구성을 도시한다. 에어 기반 급전 구조란, 방사를 위하 안테나가 배치되는 보드(즉, 안테나 보드)와 RF 구성요소들(예: RF 신호선, 전력 증폭기, 필터)이 배치되는 보드(즉, RU 보드 혹은 메인 보드) 사이에 형성되는 에어 층에서 급전선이 형성되는 구조를 의미한다. 안테나 보드가 메인 보드 위에 실장되는 경우, 안테나 보드의 가장 아래층 혹은 메인 보드의 가장 위층 중 적어도 하나에 급전선이 형성될 수 있다. 전자 장치(1010)는, 도 1의 기지국(110) 혹은 단말(120) 중 하나일 수 있다. 일 실시 예에 따라, 전자 장치(1010)는 mmWave 통신(예: 3GPP의 Frequency Range 2)을 지원하는 기지국 장비일 수 있다. 도 1 내지 도 9b를 통해 언급된 안테나 구조 자체 뿐만 아니라, 이를 포함하는 전자 장치 또한 본 개시의 실시 예들에 포함된다. 전자 장치(1010)는 에어 기반 급전 구조를 갖는 RF 장비를 포함할 수 있다.
도 10을 참고하면, 전자 장치(1010)의 예시적인 기능적 구성이 도시된다. 전자 장치(1010)은 안테나부(1011), 전원 인터페이스부(1012), RF(radio frequency) 처리부(1013), 제어부(1014)를 포함할 수 있다.
안테나부(1011)는 다수의 안테나들을 포함할 수 있다. 안테나는 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능들을 수행한다. 안테나는 서브스트레이트(예: PCB) 위에 형성된 도전체 또는 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함할 수 있다. 안테나는 상향 변환된 신호를 무선 채널 상에서 방사하거나 다른 장치가 방사한 신호를 획득할 수 있다. 각 안테나는 안테나 엘리멘트 또는 안테나 소자로 지칭될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 안테나부(1011)는 복수의 안테나 엘리멘트들이 열(array)을 이루는 안테나 어레이(antenna array)를 포함할 수 있다. 안테나부(1011)는 RF 신호선들을 통해 전원 인터페이스부(1012)와 전기적으로 연결될 수 있다. 안테나부(1011)는 다수의 안테나 엘리멘트들을 포함하는 PCB에 실장될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 안테나부(1011)는 PCB 또는 FPCB 상에 실장될 수 있다. 안테나부(1011)는 수신된 신호를 전원 인터페이스부(1012)에 제공하거나 전원 인터페이스부(1012)로부터 제공된 신호를 공기중으로 방사할 수 있다.
전원 인터페이스부(1012)는 모듈 및 부품들을 포함할 수 있다. 전원 인터페이스부(1012)는 하나 이상의 IF들을 포함할 수 있다. 전원 인터페이스부(1012)는, 하나 이상의 LO들을 포함할 수 있다. 전원 인터페이스부(1012)는 하나 이상의 LDO 들을 포함할 수 있다. 전원 인터페이스부(1012)는 하나 이상의 DC/DC 컨버터들을 포함할 수 있다. 전원 인터페이스부(1012)는 하나 이상의 DFE들을 포함할 수 있다. 전원 인터페이스부(1012)는 하나 이상의 FPGA들을 포함할 수 있다. 전원 인터페이스부(1012)는 하나 이상의 커넥터들을 포함할 수 있다. 전원 인터페이스부(1012)는 파워 서플라이를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 전원 인터페이스부(1012)는 하나 이상의 안테나 모듈들을 위한 실장하기 위한 영역들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전원 인터페이스부(1012)는 MIMO 통신을 지원하기 위해, 복수의 안테나 모듈들을 포함할 수 있다. 안테나부(1011)에 따른 안테나 모듈이 해당 영역에 실장될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 전원 인터페이스부(1012)는 필터를 포함할 수 있다. 필터는 원하는 주파수의 신호를 전달하기 위해, 필터링을 수행할 수 있다. 전원 인터페이스부(1012)는 필터를 포함할 수 있다. 필터는 공진(resonance)를 형성함으로써 주파수를 선택적으로 식별하기 위한 기능을 수행할 수 있다. 전원 인터페이스부(1012)는 대역 통과 필터(band pass filter), 저역 통과 필터(low pass filter), 고역 통과 필터(high pass filter), 또는 대역 제거 필터(band reject filter) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 즉, 전원 인터페이스부(1012)는 송신을 위한 주파수 대역 또는 수신을 위한 주파수 대역의 신호를 얻기 위한 RF 회로들을 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따른 전원 인터페이스부(1012)는 안테나부(1011)와 RF 처리부(1013)를 전기적으로 연결할 수 있다.
RF 처리부(1013)는 복수의 RF 처리 체인들을 포함할 수 있다. RF 체인은 복수의 RF 소자들을 포함할 수 있다. RF 소자들은 증폭기, 믹서, 오실레이터, DAC, ADC 등을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따라, RF 처리 체인은 RFIC를 의미할 수 있다. 예를 들어, RF 처리부(1013)는 기저대역(base band)의 디지털 송신신호를 송신 주파수로 상향 변환하는 상향 컨버터(up converter)와, 상향 변환된 디지털 송신신호를 아날로그 RF 송신신호로 변환하는 DAC(digital-to-analog converter)를 포함할 수 있다. 상향 컨버터와 DAC는 송신경로의 일부를 형성한다. 송신 경로는 전력 증폭기(power amplifier, PA) 또는 커플러(coupler)(또는 결합기(combiner))를 더 포함할 수 있다. 또한 예를 들어, RF 처리부(1013)는 아날로그RF 수신신호를 디지털 수신신호로 변환하는 ADC(analog-to-digital converter)와 디지털 수신신호를 기저대역의 디지털 수신신호로 변환하는 하향 컨버터(down converter)를 포함할 수 있다. ADC와 하향 컨버터는 수신경로의 일부를 형성한다. 수신 경로는 저전력 증폭기(low-noise amplifier, LNA) 또는 커플러(coupler)(또는 분배기(divider))를 더 포함할 수 있다. RF 처리부의 RF 부품들은 PCB에 구현될 수 있다. 전자 장치(1010)은 안테나 부(1011)-전원 인터페이스부(1012)-RF 처리부(1013) 순으로 적층된 구조를 포함할 수 있다. 안테나들, 전원 인터페이스부의 RF 부품들, 및 RFIC들은 별도의 PCB 상에서 구현될 수 있고, PCB와 PCB 사이에 필터들이 반복적으로 체결되어 복수의 층들(layers)을 형성할 수 있다.
제어부(1014)는 전자 장치(1010)의 전반적인 동작들을 제어할 수 있다. 제어부 (1014)은 통신을 수행하기 위한 다양한 모듈들을 포함할 수 있다. 제어부(1014)는 모뎀(modem)과 같은 적어도 하나의 프로세서(processor)를 포함할 수 있다. 제어부(1014)는 디지털 신호 처리(digital signal processing)을 위한 모듈들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어부(1014)는 모뎀을 포함할 수 있다. 데이터 송신 시, 제어부(1014)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 예를 들어, 데이터 수신 시, 제어부(1014)은 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 제어부(1014)는 통신 규격에서 요구하는 프로토콜 스택(protocol stack)의 기능들을 수행할 수 있다.
도 10을 참조하면, 본 개시의 안테나 구조가 활용될 수 있는 장비로서, 전자 장치 (1010)의 기능적 구성을 서술하였다. 그러나, 도 10은 도 1 내지 도 9b를 통해 서술된 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 RF 필터 구조의 활용을 위한 예시적인 구성일 뿐, 본 개시의 실시 예들이 도 10에 도시된 장비의 구성 요소들에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 안테나 구조를 포함하는 안테나 모듈, 다른 구성의 통신 장비, 안테나 구조물 자체 또한 본 개시의 실시 예로써 이해될 수 있다.
본 개시의 실시 예들에 따른 인터포징 보드가 RU 보드와 RFIC 사이에 배치됨으로써, RU 보드의 부담이 줄어들어 가격이 절감되고, RU 보드에서 단거리로 안테나에게 급전 경로를 제공함으로써, 성능이 향상될 수 있다. 즉, 본 개시의 실시 예들에 따른 인터포징 보드를 RU 보드에 추가적으로 배치시킴으로써, 기존의 공법 변경 없이 성능 향상이 가능하다.
본 개시의 실시 예들에 따를 때, RU(radio unit) 디바이스는, 복수의 안테나 엘리멘트들(antenna elements)이 배치되는 제1 PCB(printed circuit board); RFIC(radio freqeuncy integrated circuit)가 배치되는 제2 PCB; 제1 PCB 상에 배치된 복수의 안테나 소자 각각과 제2 PCB 상에 배치된 RFIC를 전기적으로 연결하는 제3 PCB 를 포함하고, 상기 제3 PCB의 제1 면은 상기 제1 PCB의 제1 면과 그리드 어레이를 통해 결합되고, 상기 제3 PCB의 제1 면에서 급전 포트들의 위치들은, 상기 제1 PCB의 제1 면과 반대되는 제2 면에서 상기 복수의 안테나 엘리멘트들의 포트들이 배치되는 위치들에 대응할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 제3 PCB의 크기는, 상기 제1 PCB의 크기보다 작고 상기 제2 PCB의 크기보다 클 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 제1 PCB는, 상기 복수의 안테나 엘리멘트들의 포트들에 대응하고, 상기 제1 PCB의 상기 제2 면에서 상기 제1 면을 향하도록 형성되는 RF 경로들을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 RF 경로들 각각은, 상기 제1 PCB의 복수의 층들에 걸쳐 형성된 PTH(plated through hole) 또는 비아홀(via hole)일 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 제3 PCB는, 상기 제3 PCB의 일 면에 수직하는 방향을 기준으로, 상기 급전 포트들의 위치들 각각과 해당하는 상기 제3 PCB의 RFIC 포트 사이의 급전선(feeding line)이 형성된 층을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 제2 PCB는 RF 구성요소들 및 전원 인터페이스부를 포함하고, 상기 제3 PCB는 상기 제2 PCB로부터 LO(local oscilator) 신호 및 IF 주파수(intermediate frequency) 신호를 수신하도록 구성되는 RF 회로들을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 제3 PCB의 급전 포트들은, 상기 제1 PCB의 제2 면에서 제1 면을 향하는 방향으로, 상기 복수의 엘리멘트들을 바라볼 때, 상기 복수의 엘리멘트들과 중첩되는 위치에 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 제1 PCB는 MLB(multi-layer board) 방식으로 제조되고, 상기 제2 PCB는 HDI(high density interconnection) 방식으로 제조될 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 제3 PCB는 상기 RFIC 및 다른 RFIC와 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 그리드 어레이의 볼들은 상기 제3 PCB의 급전 포트들과 상기 제1 PCB의 제1 면에서 RF 포트들 사이를 접합하도록 구성되고, 상기 제1 PCB의 제2 면에서 상기 복수의 안테나 엘리멘트들의 포트들이 배치되는 위치들은, 상기 제1 PCB의 제1 면에서 상기 RF 포트들이 배치되는 위치들에 대응할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 제3 PCB의 제1면과 반대되는 제2 면은 상기 제2 PCB와 그리드 어레이를 통해 결합될 수 있다.
본 개시의 실시 예들에 따를 때, 전자 장치는, 전원 인터페이스; LO(local oscillator); IF(intermediate frequency) 변환 회로; 복수의 안테나 엘리멘트들(antenna elements)이 배치되는 제1 PCB(printed circuit board); RFIC(radio freqeuncy integrated circuit)가 배치되는 제2 PCB; 상기 제1 PCB 상에 배치된 복수의 안테나 소자 각각과 제2 PCB 상에 배치된 RFIC를 전기적으로 연결하는 제3 PCB를 포함하고, 상기 제3 PCB의 제1 면은 상기 제1 PCB의 제1 면과 그리드 어레이를 통해 결합되고, 상기 제3 PCB의 제1 면에서 급전 포트들의 위치들은, 상기 제1 PCB의 제1 면과 반대되는 제2 면에서 상기 복수의 안테나 엘리멘트들의 포트들이 배치되는 위치들에 대응할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제3 PCB의 크기는, 상기 제1 PCB의 크기보다 작고 상기 제2 PCB의 크기보다 클 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 제1 PCB는, 상기 복수의 안테나 엘리멘트들의 포트들에 대응하고, 상기 제1 PCB의 상기 제2 면에서 상기 제1 면을 향하도록 형성되는 RF 경로들을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 RF 경로들 각각은, 상기 제1 PCB의 복수의 층들에 걸쳐 형성된 PTH(plated through hole) 또는 비아홀(via hole)일 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 제3 PCB는, 상기 제3 PCB의 일 면에 수직하는 방향을 기준으로, 상기 급전 포트들의 위치들 각각과 해당하는 상기 제3 PCB의 RFIC 포트 사이의 급전선(feeding line)이 형성된 층을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 제3 PCB는 상기 제2 PCB의 상기 LO로부터 기준 주파수 및 상기 IF 변환 회로로부터 IF 주파수 신호를 수신하도록 구성되는 RF 신호들을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 제3 PCB의 급전 포트들은, 상기 제1 PCB의 제2 면에서 제1 면을 향하는 방향으로, 상기 복수의 엘리멘트들을 바라볼 때, 상기 복수의 엘리멘트들과 중첩되는 위치에 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 제1 PCB는 MLB(multi-layer board) 방식으로 제조되고, 상기 제2 PCB는 HDI(high density interconnection) 방식으로 제조될 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 제3 PCB는 상기 RFIC 및 다른 RFIC와 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 그리드 어레이의 볼들은 상기 제3 PCB의 급전 포트들과 상기 제1 PCB의 제1 면에서 RF 포트들 사이를 접합하도록 구성되고, 상기 제1 PCB의 제2 면에서 상기 복수의 안테나 엘리멘트들의 포트들이 배치되는 위치들은, 상기 제1 PCB의 제1 면에서 상기 RF 포트들이 배치되는 위치들에 대응할 수 있다.
일 실시 예에 따라, 상기 제3 PCB의 제1면과 반대되는 제2 면은 상기 제2 PCB와 그리드 어레이를 통해 결합될 수 있다.
본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어(예를 들어, 전자 장치)와 소프트웨어(예를 들어, 전자 장치 실행 소프트웨어 인스트럭션)의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.
소프트웨어로 구현하는 경우, 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치(device) 내의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하도록 구성된다(configured for execution). 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치로 하여금 본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 명령어(instructions)를 포함한다.
이러한 프로그램(소프트웨어 모듈, 소프트웨어)은 랜덤 액세스 메모리 (random access memory), 플래시(flash) 메모리를 포함하는 불휘발성(non-volatile) 메모리, 롬(read only memory, ROM), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(electrically erasable programmable read only memory, EEPROM), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(compact disc-ROM, CD-ROM), 디지털 다목적 디스크(digital versatile discs, DVDs) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다.
또한, 프로그램은 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(local area network), WAN(wide area network), 또는 SAN(storage area network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 접근(access)할 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.
상술한 본 개시의 구체적인 실시 예들에서, 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 개시가 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
본 개시가 다양한 실시예를 참조하여 도시되고 설명되었지만, 본 개시가 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 개시에 의해 정의된 바와 같은 본 개시의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 특허 청구범위 및 균등물에 의해 정의되는 형태 및 세부 사항의 다양한 변경이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (15)

  1. RU(radio unit) 디바이스에 있어서,
    복수의 안테나 엘리멘트들(antenna elements)이 배치되는 제1 PCB(printed circuit board);
    RFIC(radio freqeuncy integrated circuit)가 배치되는 제2 PCB;
    상기 제1 PCB 상에 배치된 복수의 안테나 소자 각각과 상기 제2 PCB 상에 배치된 상기 RFIC를 전기적으로 연결하는 제3 PCB를 포함하고,
    상기 제3 PCB의 제1 면은 상기 제1 PCB의 제1 면과 그리드 어레이를 통해 결합되고,
    상기 제3 PCB의 제1 면에서 급전 포트들의 위치들은, 상기 제1 PCB의 제1 면과 반대되는 제2 면에서 상기 복수의 안테나 엘리멘트들의 포트들이 배치되는 위치들에 대응하는 RU 디바이스.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 PCB는, 상기 복수의 안테나 엘리멘트들의 포트들에 대응하고, 상기 제1 PCB의 상기 제2 면에서 상기 제1 면을 향하도록 형성되는 RF 경로들을 포함하는 RU 디바이스.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 RF 경로들 각각은, 상기 제1 PCB의 복수의 층들에 걸쳐 형성된 PTH(plated through hole) 또는 비아홀(via hole)인 RU 디바이스.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 제3 PCB는, 상기 제3 PCB의 일 면에 수직하는 방향을 기준으로, 상기 급전 포트들의 위치들 각각과 해당하는 상기 제3 PCB의 RFIC 포트 사이의 급전선(feeding line)이 형성된 층을 포함하는 RU 디바이스.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 PCB는 RF 구성요소들 및 전원 인터페이스부를 포함하고,
    상기 제3 PCB는 상기 제2 PCB로부터 LO(local oscilator) 신호 및 IF 주파수(intermediate frequency) 신호를 수신하도록 구성되는 RF 회로들을 포함하는 RU 디바이스.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 제3 PCB의 급전 포트들은, 상기 제1 PCB의 제2 면에서 제1 면을 향하는 방향으로, 상기 복수의 안테나 엘리멘트들을 바라볼 때, 상기 복수의 안테나 엘리멘트들과 중첩되는 위치에 배치되는 RU 디바이스.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 PCB는 MLB(multi-layer board) 방식으로 제조되고,
    상기 제2 PCB는 HDI(high density interconnection) 방식으로 제조되는 RU 디바이스.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 제3 PCB는 상기 RFIC 및 다른 RFIC와 전기적으로 연결되는 RU 디바이스.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 그리드 어레이의 볼들은 상기 제3 PCB의 급전 포트들과 상기 제1 PCB의 제1 면에서 RF 포트들 사이를 접합하도록 구성되고,
    상기 제1 PCB의 제2 면에서 상기 복수의 안테나 엘리멘트들의 포트들이 배치되는 위치들은, 상기 제1 PCB의 제1 면에서 상기 RF 포트들이 배치되는 위치들에 대응하는 RU 디바이스.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 제3 PCB의 제1면과 반대되는 제2 면은 상기 제2 PCB와 그리드 어레이를 통해 결합되는 RU 디바이스.
  11. 전자 장치에 있어서,
    전원 인터페이스;
    LO(local oscillator);
    IF(intermediate frequency) 변환 회로;
    복수의 안테나 엘리멘트들(antenna elements)이 배치되는 제1 PCB(printed circuit board);
    RFIC(radio freqeuncy integrated circuit)가 배치되는 제2 PCB;
    상기 제1 PCB 상에 배치된 복수의 안테나 소자 각각과 상기 제2 PCB 상에 배치된 상기 RFIC를 전기적으로 연결하는 제3 PCB를 포함하고,
    상기 제3 PCB의 크기는, 상기 제1 PCB의 크기보다 작고 상기 제2 PCB의 크기보다 크고,
    상기 제3 PCB의 제1 면은 상기 제1 PCB의 제1 면과 그리드 어레이를 통해 결합되고,
    상기 제3 PCB의 제1 면에서 급전 포트들의 위치들은, 상기 제1 PCB의 제1 면과 반대되는 제2 면에서 상기 복수의 안테나 엘리멘트들의 포트들이 배치되는 위치들에 대응하는 전자 장치.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 제1 PCB는, 상기 복수의 안테나 엘리멘트들의 포트들에 대응하고, 상기 제1 PCB의 상기 제2 면에서 상기 제1 면을 향하도록 형성되는 RF 경로들을 포함하는 전자 장치.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 RF 경로들 각각은, 상기 제1 PCB의 복수의 층들에 걸쳐 형성된 PTH(plated through hole) 또는 비아홀(via hole)인 전자 장치.
  14. 청구항 11에 있어서, 상기 제3 PCB는, 상기 제3 PCB의 일 면에 수직하는 방향을 기준으로, 상기 급전 포트들의 위치들 각각과 해당하는 상기 제3 PCB의 RFIC 포트 사이의 급전선(feeding line)이 형성된 층을 포함하는 전자 장치.
  15. 청구항 11에 있어서, 상기 제3 PCB는 상기 제2 PCB의 상기 LO로부터 기준 주파수 및 상기 IF 변환 회로로부터 IF 주파수 신호를 수신하도록 구성되는 RF 신호들을 포함하는 전자 장치.
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