KR20230094094A - Tera-hertz wideband antenna and method of designing the same - Google Patents

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KR20230094094A
KR20230094094A KR1020220017331A KR20220017331A KR20230094094A KR 20230094094 A KR20230094094 A KR 20230094094A KR 1020220017331 A KR1020220017331 A KR 1020220017331A KR 20220017331 A KR20220017331 A KR 20220017331A KR 20230094094 A KR20230094094 A KR 20230094094A
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박봉혁
공선우
이희동
장승현
현석봉
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한국전자통신연구원
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Abstract

Disclosed are a terahertz broadband antenna and a designing method thereof. According to various embodiments, a broadband antenna used for mobile communication in a terahertz wave communication band comprises: an antenna board including a first surface and a second surface opposite to the first side; and a plurality of dipole antennas arranged on the antenna board. Each of the plurality of dipole antennas comprises: a feeder disposed on the first surface; and a radiator disposed on the second surface and physically spaced apart from the feeder. The feeder may be wire bonded to a corresponding channel among a plurality of channels of a beamformer, and the radiator may be coupled to the feeder to receive a signal from the feeder. Accordingly, a wideband beamforming antenna device can be provided to support wideband bandwidth and increase gain at the same time.

Description

테라헤르츠 광대역 안테나 및 이를 설계하는 방법{TERA-HERTZ WIDEBAND ANTENNA AND METHOD OF DESIGNING THE SAME}Terahertz wideband antenna and its design method {TERA-HERTZ WIDEBAND ANTENNA AND METHOD OF DESIGNING THE SAME}

본 발명의 다양한 실시예들은 테라헤르츠 광대역 안테나 및 이를 설계하는 방법에 관한 것이다.Various embodiments of the present invention relate to a terahertz broadband antenna and a method of designing the same.

최근, 무선 통신 기술의 발전에 따라 통신 채널당 넓은 주파수 대역을 사용하여 대용량 데이터 전송을 가능하게 하는 밀리미터파 대역 5G 이동통신 시스템 기술이 이미 상용화되고 있으며, 나아가 100GHz 주파수 대역 이상의 테라헤르츠 주파수 대역을 사용하는 이동통신 시스템 기술에 대한 요청이 급격히 증가하고 있는 추세이다. 밀리미터파 대역 5G 이동통신 시스템의 경우 3GHz의 대역폭으로 약 11%의 주파수 비대역폭(fractional bandwidth)을 가지는 반면, 테라헤르츠를 기반으로 하는 이동통신 시스템의 경우 23GHz의 대역폭으로 15%의 주파수 비대역폭을 가진다.Recently, with the development of wireless communication technology, millimeter wave band 5G mobile communication system technology that enables large-capacity data transmission using a wide frequency band per communication channel has already been commercialized. Requests for mobile communication system technology are rapidly increasing. In the case of a millimeter wave band 5G mobile communication system, it has a fractional bandwidth of about 11% with a bandwidth of 3GHz, whereas a mobile communication system based on terahertz has a bandwidth of 23GHz and a fractional bandwidth of 15% have

빔포밍(beam forming) 안테나는 모든 방향으로 전파가 방사되는 omni 안테나와는 달리 방향에 따라 안테나 이득을 다르게 설정해서 무선 구간의 성능 향상시킬 수 있는 안테나이다. 빔포밍 안테나를 사용하면 송신단 측면에서는 특정 방향으로 안테나 이득을 높여서 전파를 집중해서 방사하거나 특정방향으로 전파를 방사하지 않도록 널(null)을 형성함으로써 수신단의 수신신호 품질이 높아지도록 할 수 있다. 또한 수신단 측면에서도 수신 방향에 따라 선택적으로 전파를 수신함으로써 원하는 신호를 키우고 간섭을 줄임으로써 무선링크의 품질을 향상시킬 수 있다. 빔포밍 안테나를 사용하면 공간 재사용(spatial reuse)에 따른 용량 증대, 동일 주파수를 사용하는 인접 노드간 간섭 제거, 동일한 송신전력을 사용하여도 통달 거리가 증가하는 등의 효과를 얻을 수 있다.Unlike an omni antenna in which radio waves are radiated in all directions, a beam forming antenna is an antenna capable of improving the performance of a radio section by setting the antenna gain differently according to a direction. When a beamforming antenna is used, the quality of the received signal of the receiving end can be improved by increasing the antenna gain in a specific direction at the transmitting end to intensively radiate radio waves or forming a null so as not to radiate radio waves in a specific direction. In addition, from the side of the receiving end, the quality of the wireless link can be improved by selectively receiving radio waves according to the reception direction to increase desired signals and reduce interference. When a beamforming antenna is used, effects such as capacity increase due to spatial reuse, interference removal between adjacent nodes using the same frequency, and coverage distance increase even when using the same transmission power can be obtained.

위에서 설명한 배경기술은 발명자가 본원의 개시 내용을 도출하는 과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.The background art described above is possessed or acquired by the inventor in the process of deriving the disclosure of the present application, and cannot necessarily be said to be known art disclosed to the general public prior to the present application.

테라헤르츠를 기반으로 하는 이동 통신 시스템의 경우 23GHz의 대역폭으로 15%의 비대역폭을 가지는 반면, 테라헤르츠의 높은 주파수에서는 경로 손실이 크게 발생할 수 있다. 이에, 경로 손실을 보상하고 테라헤르츠 주파수 대역에서의 신호를 송수신하기 위한 광대역 빔포밍 안테나 장치를 설계하는 기술이 요구될 수 있다.In the case of a mobile communication system based on terahertz, it has a specific bandwidth of 15% with a bandwidth of 23 GHz, but path loss may occur significantly at a high frequency of terahertz. Accordingly, a technique for designing a wideband beamforming antenna device for compensating for path loss and transmitting and receiving signals in a terahertz frequency band may be required.

다양한 실시예들은 테라헤르츠를 기반으로 하는 이동 통신 시스템에 적용되며 광대역의 대역폭(예: 23GHz의 대역폭)을 지원함과 동시에 이득 증대를 위한 광대역 빔포밍 안테나 장치를 제공할 수 있다.Various embodiments may be applied to a terahertz-based mobile communication system and provide a wideband beamforming antenna device for supporting a wideband bandwidth (eg, 23GHz bandwidth) and increasing gain.

다만, 기술적 과제는 상술한 기술적 과제들로 한정되는 것은 아니며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical challenges are not limited to the above-described technical challenges, and other technical challenges may exist.

다양한 실시예에 따른 테라헤르츠파 통신 대역의 이동통신에 이용되는 광대역 안테나는 제1 면 및 상기 제1 면과 반대되는 제2 면을 포함하는 안테나 보드 및 상기 안테나 보드에 배열되는 복수의 다이폴 안테나(dipole antenna)를 포함하고, 상기 복수의 다이폴 안테나 각각은 상기 제1 면 상에 배치된 급전기(feeder) 및 상기 제2 면 상에 배치되고 상기 급전기와 물리적으로 이격된 복사기(radiator)를 포함하고, 상기 급전기는 빔포머의 복수의 채널들 중에서 대응하는 채널과 와이어 본딩(wire bonding)된 것이고, 상기 복사기는 상기 급전기와 커플링되어 상기 급전기로부터 신호를 수신하는 것일 수 있다.A broadband antenna used for mobile communication in a terahertz wave communication band according to various embodiments includes an antenna board including a first surface and a second surface opposite to the first surface, and a plurality of dipole antennas arranged on the antenna board ( a dipole antenna, and each of the plurality of dipole antennas includes a feeder disposed on the first surface and a radiator disposed on the second surface and physically spaced apart from the feeder. The power supply may be wire-bonded with a corresponding channel among a plurality of channels of the beamformer, and the copying machine may be coupled with the power feeder to receive a signal from the power feeder.

상기 급전기는 상기 다이폴 안테나마다 모두 동일한 길이를 가지는 것일 수 있다.All of the feeders may have the same length for each of the dipole antennas.

상기 복사기는 제1 좌측 라인과 상기 제1 좌측 라인과 대칭인 제1 우측 라인을 포함하고, 상기 제1 좌측 라인 및 상기 제1 우측 라인 중 어느 하나는 상기 급전기와 커플링되어 상기 신호를 수신하는 것일 수 있다.The copier includes a first left line and a first right line symmetrical to the first left line, and one of the first left line and the first right line is coupled with the power supply to receive the signal it may be

상기 안테나 보드는 저 손실 테프론 기판인 것일 수 있다.The antenna board may be a low-loss Teflon substrate.

상기 복수의 다이폴 안테나는 상기 안테나 보드 상에 균일한 간격으로 배열된 것이고, 상기 복사기는 상기 다이폴 안테나마다 모두 동일한 길이 및 크기를 가지는 것일 수 있다.The plurality of dipole antennas may be arranged at regular intervals on the antenna board, and the radiators may all have the same length and size for each dipole antenna.

다양한 실시예에 따른 테라헤르츠파 통신 대역의 이동통신에 이용되는 광대역 빔포밍 안테나 장치는 N개의 빔포밍 안테나 유닛 모듈로 구성된 M개의 레이어를 포함하고, 상기 빔포밍 안테나 유닛 모듈은 K개의 채널을 포함하는 빔포머와 상기 빔포머와 와이어 본딩(wire bonding)된 광대역 안테나를 포함하며, 상기 N, 상기 M, 상기 K는 1보다 큰 자연수이고, 상기 광대역 빔포밍 안테나 장치는 MxNxK 채널로 구성되는 것일 수 있다.A broadband beamforming antenna device used for mobile communication in a terahertz wave communication band according to various embodiments includes M layers composed of N beamforming antenna unit modules, and the beamforming antenna unit modules include K channels. It includes a beamformer and a broadband antenna wire-bonded with the beamformer, wherein N, M, and K are natural numbers greater than 1, and the broadband beamforming antenna device may be composed of MxNxK channels. there is.

상기 광대역 안테나는 제1 면 및 상기 제1 면과 반대되는 제2 면을 포함하는 안테나 보드와 상기 안테나 보드에 배열되는 K개의 다이폴 안테나(dipole antenna)를 포함하고, 상기 K개의 다이폴 안테나 각각은 상기 제1 면 상에 배치된 급전기(feeder)와 상기 제2 면 상에 배치되고 상기 급전기와 물리적으로 이격된 복사기를 포함하고, 상기 급전기는 상기 빔포머의 K개의 채널들 중에서 대응하는 채널과 와이어 본딩(wire bonding)된 것이고, 상기 복사기는 상기 급전기와 커플링되어 상기 급전기로부터 신호를 수신하는 것일 수 있다.The broadband antenna includes an antenna board including a first surface and a second surface opposite to the first surface and K dipole antennas arranged on the antenna board, each of the K dipole antennas is a feeder disposed on the first surface and a copier disposed on the second surface and physically spaced apart from the feeder, wherein the feeder is a corresponding channel among K channels of the beamformer; and wire bonding, and the copying machine may be coupled with the power supply to receive a signal from the power supply.

상기 급전기는 상기 다이폴 안테나마다 모두 동일한 길이를 가지는 것일 수 있다.All of the feeders may have the same length for each of the dipole antennas.

상기 복사기는 제1 좌측 라인과 상기 제1 좌측 라인과 대칭인 제1 우측 라인을 포함하고, 상기 제1 좌측 라인 및 상기 제1 우측 라인 중 어느 하나는 상기 급전기와 커플링되어 상기 신호를 수신하는 것일 수 있다.The copier includes a first left line and a first right line symmetrical to the first left line, and one of the first left line and the first right line is coupled with the power supply to receive the signal it may be

상기 안테나 보드는 저 손실 테프론 기판인 것일 수 있다.The antenna board may be a low-loss Teflon substrate.

상기 복수의 다이폴 안테나는 상기 안테나 보드 상에 균일한 간격으로 배열된 것이고, 상기 복사기는 상기 다이폴 안테나마다 모두 동일한 길이 및 크기를 가지는 것일 수 있다.The plurality of dipole antennas may be arranged at regular intervals on the antenna board, and the radiators may all have the same length and size for each dipole antenna.

다양한 실시예에 따른 테라헤르츠파 통신 대역의 이동통신에 이용되는 광대역 안테나를 설계하는 방법은 캐리어 및 메인 보드의 적층 구조에 빔포머를 배치하는 동작, 제1 면 및 상기 제1 면과 반대되는 제2 면을 포함하는 안테나 보드 상에 복수의 다이폴 안테나(dipole antenna)를 배열하는 동작과 상기 복수의 다이폴 안테나 각각을 상기 빔포머의 복수의 채널들 중에서 대응하는 채널과 와이어 본딩(wire bonding)하는 동작을 포함하고, 상기 복수의 다이폴 안테나 각각은 상기 제1 면 상에 배치된 급전기(feeder)와 상기 제2 면 상에 배치되고 상기 급전기와 물리적으로 이격된 복사기를 포함하고, 상기 급전기는 상기 빔포머의 복수의 채널들 중에서 대응하는 채널과 와이어 본딩된 것이고, 상기 복사기는 상기 급전기와 커플링되어 상기 급전기로부터 신호를 수신하는 것일 수 있다.A method for designing a broadband antenna used for mobile communication in a terahertz wave communication band according to various embodiments includes an operation of disposing a beamformer on a stacked structure of a carrier and a main board, a first surface and a first surface opposite to the first surface. An operation of arranging a plurality of dipole antennas on an antenna board including two surfaces and an operation of wire bonding each of the plurality of dipole antennas to a corresponding channel among a plurality of channels of the beamformer. wherein each of the plurality of dipole antennas includes a feeder disposed on the first surface and a copier disposed on the second surface and physically separated from the feeder, wherein the feeder comprises: It may be wire-bonded with a corresponding channel among a plurality of channels of the beamformer, and the copier may be coupled to the power supply to receive a signal from the power supply.

상기 급전기는 상기 다이폴 안테나마다 모두 동일한 길이를 가지는 것일 수 있다.All of the feeders may have the same length for each of the dipole antennas.

상기 복사기는 제1 좌측 라인과 상기 제1 좌측 라인과 대칭인 제1 우측 라인을 포함하고, 상기 제1 좌측 라인 및 상기 제1 우측 라인 중 어느 하나는 상기 급전기와 커플링되어 상기 신호를 수신하는 것일 수 있다.The copier includes a first left line and a first right line symmetrical to the first left line, and one of the first left line and the first right line is coupled with the power supply to receive the signal it may be

상기 안테나 보드는 저 손실 테프론 기판인 것일 수 있다.The antenna board may be a low-loss Teflon substrate.

상기 복수의 다이폴 안테나는 상기 안테나 보드 상에 균일한 간격으로 배열된 것이고, 상기 복사기는 상기 다이폴 안테나마다 모두 동일한 길이 및 크기를 가지는 것일 수 있다.The plurality of dipole antennas may be arranged at regular intervals on the antenna board, and the radiators may all have the same length and size for each dipole antenna.

도 1은 다양한 실시예에 따른 광대역 빔포밍 안테나 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 다양한 실시예에 따른 빔포밍 안테나 유닛 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 다양한 실시예에 따른 빔포밍 안테나 유닛 모듈의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram for explaining a wideband beamforming antenna device according to various embodiments.
2 is a diagram for explaining a beamforming antenna unit module according to various embodiments.
3 is a diagram for explaining an example of a beamforming antenna unit module according to various embodiments.

실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있다. 따라서, 실제 구현되는 형태는 개시된 특정 실시예로만 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 실시예들로 설명한 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.Specific structural or functional descriptions of the embodiments are disclosed for illustrative purposes only, and may be changed and implemented in various forms. Therefore, the form actually implemented is not limited only to the specific embodiments disclosed, and the scope of the present specification includes changes, equivalents, or substitutes included in the technical idea described in the embodiments.

제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Although terms such as first or second may be used to describe various components, such terms should only be construed for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.It should be understood that when an element is referred to as being “connected” to another element, it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may exist in the middle.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that the described feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof exists, but one or more other features or numbers, It should be understood that the presence or addition of steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in this specification, it should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't

이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description with reference to the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same components regardless of reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted.

도 1은 다양한 실시예에 따른 광대역 빔포밍 안테나 장치를 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram for explaining a wideband beamforming antenna device according to various embodiments.

도 1을 참조하면, 다양한 실시예에 따르면, 광대역 빔포밍 안테나 장치(10)는 테라헤르츠 주파수 대역을 사용하는 이동통신 시스템(예: 테라헤르츠 시스템)의 가장 전단에 위치하며, 광대역 송수신과 빔포밍으로 인한 이득증대를 달성하기 위한 광대역 안테나 장치일 수 있다. 광대역 빔포밍 안테나 장치(10)는 하나 이상의 빔포밍 안테나 유닛 모듈(100)로 구성된 복수 개의 레이어(110)를 포함할 수 있다. 빔포밍 안테나 유닛 모듈(100)은 광대역 빔포밍 안테나 장치(10)를 구성하는 단위 모듈일 수 있다. 예를 들어, 광대역 빔포밍 안테나 장치(10)는 N개(예: N은 1보다 큰 자연수, 2일 수 있음)의 빔포밍 안테나 유닛 모듈(100)로 구성된 M개(예: M은 1보다 큰 자연수, 16일 수 있음)의 레이어(110)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , according to various embodiments, a broadband beamforming antenna device 10 is located at the front end of a mobile communication system (eg, a terahertz system) using a terahertz frequency band, and performs wideband transmission and reception and beamforming. It may be a broadband antenna device for achieving gain increase due to The broadband beamforming antenna device 10 may include a plurality of layers 110 composed of one or more beamforming antenna unit modules 100 . The beamforming antenna unit module 100 may be a unit module constituting the broadband beamforming antenna device 10 . For example, the broadband beamforming antenna device 10 is composed of N beamforming antenna unit modules 100 (eg, N is a natural number greater than 1, may be 2) (eg, M is greater than 1). A large natural number, which may be 16) of layers 110.

다양한 실시예에 따르면, 각 빔포밍 안테나 유닛 모듈(100)은 K개(예: K는 1보다 큰 자연수, 8일 수 있음)의 빔포머 및 안테나를 포함할 수 있다. N은 2이고 M은 16이고, K는 8인 경우, 광대역 빔포밍 안테나 장치(10)는 32개의 빔포밍 안테나 유닛 모듈(100)을 포함하며, 총 256개 채널로 구성될 수 있다. 테라헤르츠 시스템의 경우 23GHz의 대역폭으로 15%의 비대역폭을 가지므로 광대역 전송기술이 필요한데, 다양한 실시예에 따른 광대역 빔포밍 안테나 장치(10)는 8개 채널의 광대역 빔포밍 안테나 유닛 모듈(100)을 구성한 후 이를 이용하여 32개 모듈 총 256개의 채널을 구성함으로써 신호 이득 증대와 광대역 전송이 가능할 수 있다.According to various embodiments, each beamforming antenna unit module 100 may include K beamformers and antennas (eg, K is a natural number greater than 1 and may be 8). When N is 2, M is 16, and K is 8, the broadband beamforming antenna device 10 includes 32 beamforming antenna unit modules 100 and may be configured with a total of 256 channels. In the case of a terahertz system, a bandwidth of 23 GHz has a specific bandwidth of 15%, so a broadband transmission technology is required. After configuring , it is possible to increase signal gain and transmit broadband by configuring a total of 256 channels using 32 modules.

도 2는 다양한 실시예에 따른 빔포밍 안테나 유닛 모듈을 설명하기 위한 도면이다.2 is a diagram for explaining a beamforming antenna unit module according to various embodiments.

도 2를 참조하면, 빔포밍 안테나 유닛 모듈(100)은 빔포머(예: 8채널 빔포머)(210), 광대역 안테나(220), 메인 보드(250), 캐리어(270), 및 와이어(290)를 포함할 수 있다. 빔포머(210) 및 광대역 안테나(220)는 메인 보드(250) 및 캐리어(270) 상에 위치할 수 있다. 메인 보드(250)는 저 손실 테프론 기판(예: 0.127mm 두께의 저 손실 테프론 기판)으로 구성되며, 캐리어(270)는 메탈 재질로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 2, the beamforming antenna unit module 100 includes a beamformer (eg, 8-channel beamformer) 210, a broadband antenna 220, a main board 250, a carrier 270, and a wire 290. ) may be included. The beamformer 210 and the broadband antenna 220 may be located on the main board 250 and the carrier 270 . The main board 250 is made of a low-loss Teflon board (eg, a low-loss Teflon board having a thickness of 0.127 mm), and the carrier 270 may be made of a metal material.

다양한 실시예에 따르면, 빔포머(210)는 IF신호를 RF신호로 변환하고, 신호의 증폭과 위상을 변경하는 기능을 수행할 수 있다. 빔포머(210)는 신호 발생기, 신호 변환기, 증폭기, 및 위상 변위기로 구성될 수 있다.According to various embodiments, the beamformer 210 may perform a function of converting an IF signal into an RF signal and amplifying and changing a phase of the signal. The beamformer 210 may include a signal generator, a signal converter, an amplifier, and a phase shifter.

다양한 실시예에 따르면, 광대역 안테나(220)는 복수(예: 8개)의 다이폴 안테나(dipole antenna) 및 안테나 보드(280)를 포함할 수 있다. 복수의 다이폴 안테나는 급전기(feeder), 및 좌측 라인과 우측 라인의 한 쌍으로 이루어진 복사기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 다이폴 안테나는 제1 급전기(230), 제1 좌측 라인(241)과 제2 우측 라인(242)으로 이루어진 제1 복사기(240)를 포함할 수 있다. 복수의 다이폴 안테나는 안테나 보드(280) 상에 균일한 간격으로 배열된 것일 수 있다.According to various embodiments, the broadband antenna 220 may include a plurality (eg, eight) of dipole antennas and an antenna board 280 . The plurality of dipole antennas may include a feeder and a duplicator formed of a pair of a left line and a right line. For example, the first dipole antenna may include a first feeder 230 and a first copier 240 composed of a first left line 241 and a second right line 242 . A plurality of dipole antennas may be arranged at regular intervals on the antenna board 280 .

다양한 실시예에 따르면, 안테나 보드(280)는 제1 면(281)(예: 상층면) 및 제1 면과 반대되는 제2 면(282)(예: 하층면)를 포함할 수 있다. 안테나 보드(280)는 저 손실 테프론 기판으로 구성된 것일 수 있다. 안테나 보드(280)의 유전 물질은 급전기와 복사기 사이에서 인덕터 또는 커패시터의 역할을 수행할 수 있다.According to various embodiments, the antenna board 280 may include a first surface 281 (eg, an upper surface) and a second surface 282 (eg, a lower surface) opposite to the first surface. The antenna board 280 may be made of a low-loss Teflon substrate. The dielectric material of the antenna board 280 may serve as an inductor or capacitor between the power supply and the radiator.

다양한 실시예에 따르면, 급전기는 제1 면(281) 상에 배치된 것일 수 있다. 광대역 안테나(220)의 모든 급전기는 제1 면(281) 상에 균일한 간격으로 배열된 것일 수 있다. 급전기는 빔포머(210)의 복수의 채널들 중에서 대응하는 채널과 와이어(290)로 본딩(bonding)되어, 빔포머(210)로부터 신호를 수신하는 것일 수 있다. 와이어(290)는 금일 수 있다. 예를 들어, 제1 급전기(230)는 제1 급전기(230)에 대응하는 제1 채널과 와이어(290)로 본딩(bonding)된 것일 수 있다.According to various embodiments, the feeder may be disposed on the first surface 281 . All feeders of the broadband antenna 220 may be arranged at regular intervals on the first surface 281 . The power supply may receive a signal from the beamformer 210 by being bonded to a corresponding channel among a plurality of channels of the beamformer 210 and a wire 290 . Wire 290 may be gold. For example, the first feeder 230 may be bonded to a first channel corresponding to the first feeder 230 and a wire 290 .

다양한 실시예에 따르면, 급전기는 빔포머(210)의 하층면에 배치된 빔포머(210)의 복수의 채널과 메인 보드(250) 상에서 회로 연결된 것이 아니라 빔포머(210)의 상층면에 배치된 빔포머(210)의 복수의 채널과 와이어 본딩(wire bonding)된 것이므로 테라헤르츠 시스템을 위한 광대역을 구현하기 용이할 수 있다.According to various embodiments, the power supply is not circuit-connected to a plurality of channels of the beamformer 210 disposed on the lower surface of the beamformer 210 and the main board 250, but is disposed on the upper surface of the beamformer 210. Since the beamformer 210 is wire-bonded with a plurality of channels, it may be easy to implement a broadband for a terahertz system.

다양한 실시예에 따르면, 급전기는 다이폴 안테나마다 모두 동일한 길이를 가지기 위하여 패턴이 각각 다를 수 있다. 급전기는 다이폴 안테나마다 모두 동일한 길이를 가지므로 광대역 안테나(220)의 모든 급전기 상의 신호 전송 속도는 동일할 수 있다.According to various embodiments, the feeders may have different patterns so that all dipole antennas have the same length. Since all feeders have the same length for each dipole antenna, signal transmission rates on all feeders of the broadband antenna 220 may be the same.

다양한 실시예에 따르면, 복사기는 제2 면(282) 상에 배치되고 급전기와 물리적으로 이격된 것일 수 있다. 광대역 안테나(220)의 모든 복사기는 제2 면(282) 상에 균일한 간격으로 배열된 것일 수 있다. 복사기는 안테나 보드(280)의 유전 물질에 기초하여 급전기와 커플링되어 급전기로부터 신호를 수신할 수 있다. 복사기는 좌측 라인 및 좌측 라인과 대칭인 우측 라인을 포함하고, 좌측 라인 및 우측 라인 중 어느 하나는 급전기와 커플링되어 급전기로부터 신호를 수신하는 것일 수 있다. 예를 들어, 제1 복사기(240)는 제1 좌측 라인(241) 및 제1 좌측 라인(241)과 대칭인 제1 우측 라인(242)를 포함하고, 제1 좌측 라인(241) 및 제1 우측 라인(242) 중 어느 하나는 제1 급전기(230)와 커플링되어 제1 급전기(230)로부터 신호를 수신하는 것일 수 있다. 복사기는 다이폴 안테나마다 모두 동일한 길이와 크기를 가질 수 있다.According to various embodiments, the copier may be disposed on the second surface 282 and physically separated from the power supply. All the radiators of the broadband antenna 220 may be arranged at even intervals on the second surface 282 . The copier may be coupled with the feeder based on the dielectric material of the antenna board 280 to receive a signal from the feeder. The copying machine may include a left line and a right line symmetrical to the left line, and either one of the left line and the right line may be coupled to a power supply to receive a signal from the power supply. For example, the first copier 240 includes a first left line 241 and a first right line 242 symmetrical with the first left line 241, and the first left line 241 and the first One of the right lines 242 may be coupled to the first power supply 230 to receive a signal from the first power supply 230 . The radiators may all have the same length and size for each dipole antenna.

다양한 실시예에 따르면, 광대역 안테나(220)는 하나의 안테나 보드(280) 상에서 복수의 다이폴 안테나를 배열하고, 급전기를 빔포머(210)의 복수의 채널들 중에서 대응하는 채널과 와이어 본딩하며, 급전기와 복사기 간의 커플링을 통하여 신호를 송수신함으로써 테라헤르츠 시스템을 위한 광대역을 구현함과 동시에 신호 이득을 증대할 수 있다.According to various embodiments, the broadband antenna 220 arranges a plurality of dipole antennas on one antenna board 280, wire-bonds a feeder with a corresponding channel among a plurality of channels of the beamformer 210, By transmitting and receiving signals through the coupling between the power supply and the copier, it is possible to realize a broadband for a terahertz system and simultaneously increase a signal gain.

도 3은 다양한 실시예에 따른 빔포밍 안테나 유닛 모듈의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.3 is a diagram for explaining an example of a beamforming antenna unit module according to various embodiments.

도3을 참조하면, 다양한 실시예에 따르면, 빔포밍 안테나 유닛 모듈(100)은 중심 주파수가 153GHz인 경우에 후술하는 크기 정보에 의하여 광대역폭 구현에 최적화될 수 있다.Referring to FIG. 3 , according to various embodiments, when the center frequency is 153 GHz, the beamforming antenna unit module 100 may be optimized for wide bandwidth implementation by size information described below.

예를 들어, 메인 보드(250) 및 캐리어(270)의 가로 길이는 5.5mm이고, 세로 길이는 9.5mm일 수 있다. 메인 보드(250)는 0.127mm 두께의 저 손실 테프론 기판으로 구현하고, 캐리어(270)는 0.3mm 두께의 저 손실 테프론 기판으로 구현하고, 안테나 보드(280)를 0.127mm 두께의 저 손실 테프론 기판으로 구현할 수 있다. 빔포머(210)는 신호 발생기, 신호 변환기, 증폭기, 및 위상 변위기로 구성되는 8채널 빔포머로, 와이어(290)로 본딩(bonding)됨으로써 광대역 안테나(220)와 연결될 수 있다. 다이폴 안테나는 총 8개로, 다이폴 안테나마다 복사기의 크기는 각각 0.5λg=0.674mm의 크기로 구성되고, 다이폴 안테나 간의 간격은 0.6 λo=1.2mm로 구성될 수 있다.For example, the main board 250 and the carrier 270 may have a horizontal length of 5.5 mm and a vertical length of 9.5 mm. The main board 250 is implemented with a low-loss Teflon board with a thickness of 0.127 mm, the carrier 270 is implemented with a low-loss Teflon board with a thickness of 0.3 mm, and the antenna board 280 is implemented with a low-loss Teflon board with a thickness of 0.127 mm. can be implemented The beamformer 210 is an 8-channel beamformer composed of a signal generator, a signal converter, an amplifier, and a phase shifter, and may be connected to the broadband antenna 220 by being bonded with a wire 290. There are a total of 8 dipole antennas, and the size of the radiator for each dipole antenna is 0.5λg = 0.674mm, and the interval between the dipole antennas may be 0.6λo = 1.2mm.

위에서 설명한 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 또는 복수의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The hardware device described above may be configured to operate as one or a plurality of software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with limited drawings, those skilled in the art can apply various technical modifications and variations based on this. For example, the described techniques may be performed in an order different from the method described, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. may be combined or combined in a different form than the method described, or other components may be used. Or even if it is replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims are within the scope of the following claims.

Claims (16)

테라헤르츠파 통신 대역의 이동통신에 이용되는 광대역 안테나에 있어서,
제1 면 및 상기 제1 면과 반대되는 제2 면을 포함하는 안테나 보드; 및
상기 안테나 보드에 배열되는 복수의 다이폴 안테나(dipole antenna)
를 포함하고,
상기 복수의 다이폴 안테나 각각은,
상기 제1 면 상에 배치된 급전기(feeder); 및
상기 제2 면 상에 배치되고 상기 급전기와 물리적으로 이격된 복사기(radiator)
를 포함하고,
상기 급전기는,
빔포머의 복수의 채널들 중에서 대응하는 채널과 와이어 본딩(wire bonding)된 것이고,
상기 복사기는,
상기 급전기와 커플링되어 상기 급전기로부터 신호를 수신하는 것인, 광대역 안테나.
In the broadband antenna used for mobile communication of the terahertz wave communication band,
an antenna board including a first surface and a second surface opposite to the first surface; and
A plurality of dipole antennas arranged on the antenna board
including,
Each of the plurality of dipole antennas,
a feeder disposed on the first surface; and
a radiator disposed on the second surface and physically spaced from the feeder;
including,
The power supply,
It is wire bonded to a corresponding channel among a plurality of channels of the beamformer,
the copier,
A broadband antenna coupled to the feeder to receive a signal from the feeder.
 제1항에 있어서,
상기 급전기는,
상기 다이폴 안테나마다 모두 동일한 길이를 가지는 것인, 광대역 안테나.
According to claim 1,
The power supply,
All of the dipole antennas have the same length, the broadband antenna.
 제1항에 있어서,
상기 복사기는,
제1 좌측 라인; 및
상기 제1 좌측 라인과 대칭인 제1 우측 라인
을 포함하고,
상기 제1 좌측 라인 및 상기 제1 우측 라인 중 어느 하나는 상기 급전기와 커플링되어 상기 신호를 수신하는 것인, 광대역 안테나.
According to claim 1,
the copier,
first left line; and
A first right line symmetrical to the first left line
including,
wherein one of the first left line and the first right line is coupled with the feeder to receive the signal.
 제1항에 있어서,
상기 안테나 보드는,
저 손실 테프론 기판인 것인, 광대역 안테나.
According to claim 1,
The antenna board,
A broadband antenna, which is a low loss Teflon substrate.
 제1항에 있어서,
상기 복수의 다이폴 안테나는,
상기 안테나 보드 상에 균일한 간격으로 배열된 것이고,
상기 복사기는,
상기 다이폴 안테나마다 모두 동일한 길이 및 크기를 가지는 것인, 광대역 안테나.
According to claim 1,
The plurality of dipole antennas,
Arranged at regular intervals on the antenna board,
the copier,
All of the dipole antennas have the same length and size.
 테라헤르츠파 통신 대역의 이동통신에 이용되는 광대역 빔포밍 안테나 장치에 있어서,
N개의 빔포밍 안테나 유닛 모듈로 구성된 M개의 레이어
를 포함하고,
상기 빔포밍 안테나 유닛 모듈은,
K개의 채널을 포함하는 빔포머; 및
상기 빔포머와 와이어 본딩(wire bonding)된 광대역 안테나를 포함하며,
상기 N, 상기 M, 상기 K는 1보다 큰 자연수이고,
상기 광대역 빔포밍 안테나 장치는 MxNxK 채널로 구성되는 것인, 광대역 빔포밍 안테나 장치.
In the broadband beamforming antenna device used for mobile communication in the terahertz wave communication band,
M layers composed of N beamforming antenna unit modules
including,
The beamforming antenna unit module,
A beamformer including K channels; and
A broadband antenna wire bonded to the beamformer,
The N, the M, and the K are natural numbers greater than 1,
The wideband beamforming antenna device is composed of MxNxK channels, the wideband beamforming antenna device.
 제1항에 있어서,
상기 광대역 안테나는,
제1 면 및 상기 제1 면과 반대되는 제2 면을 포함하는 안테나 보드; 및
상기 안테나 보드에 배열되는 K개의 다이폴 안테나(dipole antenna)
를 포함하고,
상기 K개의 다이폴 안테나 각각은,
상기 제1 면 상에 배치된 급전기(feeder); 및
상기 제2 면 상에 배치되고 상기 급전기와 물리적으로 이격된 복사기
를 포함하고,
상기 급전기는,
상기 빔포머의 K개의 채널들 중에서 대응하는 채널과 와이어 본딩(wire bonding)된 것이고,
상기 복사기는,
상기 급전기와 커플링되어 상기 급전기로부터 신호를 수신하는 것인, 광대역 빔포밍 안테나 장치.
According to claim 1,
The broadband antenna,
an antenna board including a first surface and a second surface opposite to the first surface; and
K dipole antennas arranged on the antenna board
including,
Each of the K dipole antennas,
a feeder disposed on the first surface; and
A copier disposed on the second surface and physically spaced from the power supply
including,
The power supply,
It is wire bonded to a corresponding channel among the K channels of the beamformer,
the copier,
The broadband beamforming antenna device coupled to the feeder to receive a signal from the feeder.
 제7항에 있어서,
상기 급전기는,
상기 다이폴 안테나마다 모두 동일한 길이를 가지는 것인, 광대역 빔포밍 안테나 장치.
According to claim 7,
The power supply,
All of the dipole antennas have the same length, the broadband beamforming antenna device.
 제7항에 있어서,
상기 복사기는,
제1 좌측 라인; 및
상기 제1 좌측 라인과 대칭인 제1 우측 라인
을 포함하고,
상기 제1 좌측 라인 및 상기 제1 우측 라인 중 어느 하나는 상기 급전기와 커플링되어 상기 신호를 수신하는 것인, 광대역 빔포밍 안테나 장치.
According to claim 7,
the copier,
first left line; and
A first right line symmetrical to the first left line
including,
Which one of the first left line and the first right line is coupled to the power supply to receive the signal, the wideband beamforming antenna device.
 제7항에 있어서,
상기 안테나 보드는,
저 손실 테프론 기판인 것인, 광대역 빔포밍 안테나 장치.
According to claim 7,
The antenna board,
A low-loss Teflon substrate, a broadband beamforming antenna device.
 제7항에 있어서,
상기 복수의 다이폴 안테나는,
상기 안테나 보드 상에 균일한 간격으로 배열된 것이고,
상기 복사기는,
상기 다이폴 안테나마다 모두 동일한 길이 및 크기를 가지는 것인, 광대역 빔포밍 안테나 장치.
According to claim 7,
The plurality of dipole antennas,
Arranged at regular intervals on the antenna board,
the copier,
All of the dipole antennas have the same length and size, the broadband beamforming antenna device.
 테라헤르츠파 통신 대역의 이동통신에 이용되는 광대역 안테나를 설계하는 방법에 있어서,
캐리어 및 메인 보드의 적층 구조에 빔포머를 배치하는 동작;
제1 면 및 상기 제1 면과 반대되는 제2 면을 포함하는 안테나 보드 상에 복수의 다이폴 안테나(dipole antenna)를 배열하는 동작; 및
상기 복수의 다이폴 안테나 각각을 상기 빔포머의 복수의 채널들 중에서 대응하는 채널과 와이어 본딩(wire bonding)하는 동작
을 포함하고,
상기 복수의 다이폴 안테나 각각은,
상기 제1 면 상에 배치된 급전기(feeder); 및
상기 제2 면 상에 배치되고 상기 급전기와 물리적으로 이격된 복사기
를 포함하고,
상기 급전기는,
상기 빔포머의 복수의 채널들 중에서 대응하는 채널과 와이어 본딩된 것이고,
상기 복사기는,
상기 급전기와 커플링되어 상기 급전기로부터 신호를 수신하는 것인, 설계 방법.
In the method of designing a broadband antenna used for mobile communication in the terahertz wave communication band,
arranging a beamformer on the laminated structure of the carrier and main board;
arranging a plurality of dipole antennas on an antenna board including a first surface and a second surface opposite to the first surface; and
An operation of wire bonding each of the plurality of dipole antennas to a corresponding channel among a plurality of channels of the beamformer.
including,
Each of the plurality of dipole antennas,
a feeder disposed on the first surface; and
A copier disposed on the second surface and physically spaced from the power supply
including,
The power supply,
It is wire-bonded with a corresponding channel among a plurality of channels of the beamformer,
the copier,
And coupling with the power supply to receive a signal from the power supply.
 제12항에 있어서,
상기 급전기는,
상기 다이폴 안테나마다 모두 동일한 길이를 가지는 것인, 설계 방법.
According to claim 12,
The power supply,
All of the dipole antennas have the same length.
 제12항에 있어서,
상기 복사기는,
제1 좌측 라인; 및
상기 제1 좌측 라인과 대칭인 제1 우측 라인
을 포함하고,
상기 제1 좌측 라인 및 상기 제1 우측 라인 중 어느 하나는 상기 급전기와 커플링되어 상기 신호를 수신하는 것인, 설계 방법.
According to claim 12,
the copier,
first left line; and
A first right line symmetrical to the first left line
including,
Wherein any one of the first left line and the first right line is coupled with the power supply to receive the signal.
 제12항에 있어서,
상기 안테나 보드는,
저 손실 테프론 기판인 것인, 설계 방법.
According to claim 12,
The antenna board,
A design method, which is a low-loss Teflon substrate.
 제12항에 있어서,
상기 복수의 다이폴 안테나는,
상기 안테나 보드 상에 균일한 간격으로 배열된 것이고,
상기 복사기는,
상기 다이폴 안테나마다 모두 동일한 길이 및 크기를 가지는 것인, 설계 방법.According to claim 12,
The plurality of dipole antennas,
Arranged at regular intervals on the antenna board,
the copier,
All of the dipole antennas have the same length and size.
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