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KR102198378B1 - 스위치 빔포밍 안테나 장치 및 이의 제조 방법 - Google Patents

스위치 빔포밍 안테나 장치 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR102198378B1
KR102198378B1 KR1020190156729A KR20190156729A KR102198378B1 KR 102198378 B1 KR102198378 B1 KR 102198378B1 KR 1020190156729 A KR1020190156729 A KR 1020190156729A KR 20190156729 A KR20190156729 A KR 20190156729A KR 102198378 B1 KR102198378 B1 KR 102198378B1
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KR
South Korea
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layer
antenna
substrate
butler matrix
dielectric constant
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KR1020190156729A
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Inventor
신현철
김소연
Original Assignee
광운대학교 산학협력단
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Abstract

스위치 빔포밍 안테나 장치 및 이의 제조 방법이 개시된다. 스위치 빔포밍 안테나 장치는, 유전율이 상이한 복수의 기판을 포함하되, 상기 복수의 기판 중 유전율이 낮은 기판의 일면에 안테나 층을 형성되고, 유전율이 높은 기판의 일면에 버틀러 매트릭스 층을 형성한다.

Description

스위치 빔포밍 안테나 장치 및 이의 제조 방법{Switched beam-forming antenna device and manufacturing method thereof}
본 발명은 크기를 소형화할 수 있는 스위치 빔포밍 안테나 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신방송 연구개발 및 방송통신산업 기술 개발의 일환으로 출원된 특허이며, 관련 사항은 아래와 같다.
관련 사항 1
연구 사업명: 정보통신방송 연구개발 사업
부처명: 과학기술정보통신부
연구관리전문기관: 정보통신기획평가원
연구 과제명: 대학 ICT 기초연구실 (RF 빔포밍 안테나 및 송수신기 다기능 MMIC 고도화 기술)
연구기관(주관기관): 광운대학교 산학협력단
과제고유번호: 2017-0-00959
연구기간: 2019.01.01 ~ 2019.12.31
관련 사항 2
연구 사업명: 방송통신산업기술개발사업
부처명: 과학기술정보통신부
연구관리전문기관: 정보통신기획평가원
연구 과제명: 이동체용 위성 수신 전자식 위상배열안테나 기술 개발
연구기관(주관기관): 에이스테크놀로지㈜
과제고유번호: 2018-0-00712
연구기간: 2019.01.01 ~ 2019.12.31
밀리미터파 대역에서 사용되는 스위치 빔포밍 안테나 장치(Switched Beamforming Antenna System)은 미리 설정된 여러 개의 빔 패턴 중에서 하나의 빔 패턴으로 스위치하여 특정 빔 패턴을 발생시키는 방식이다. 이러한 스위치 빔포밍 방식은 구조가 간단하고 생성된 빔 패턴의 재현성이 높아 5세대 이동통신 단말 또는 기지국과, 60GHz 대역 근거리 무선통신, 77GHz의 자동차용 충돌방지 레이다 등에 많이 사용되고 있다.
스위치 빔포밍 안테나 장치를 구현하는 핵심 회로는 버틀러 매트릭스이다. 버틀러 매트릭스는 하이브리드 커플러 및 고정형 위상 변위기로 이루어진 수동 회로 네트워크로서, 다수의 신호 입력 단자 중에 어떤 단자를 선택하느냐에 따라 다수의 출력 단자에 나오는 신호의 위상 간격이 미리 설정된 원하는 값으로 정해진다. 일반적인 버틀러 매트릭스는 보통 동작 주파수 파장의 2~3배에 해당하는 가로 및 세로의 크기를 갖는다.
보다 상세하게, 도 1은 일반적인 버틀러 매트릭스와 배열 안테나로 이루어진 스위치 빔포밍 안테나의 구조도를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 버틀러 매트릭스는 4Х4 구조의 버틀러 매트릭스로서, 세 개의 구성요소인 하이브리드 커플러, 크로스오버 커플러 및 고정형 위상변위기를 포함한다.
도 1 내에 포함된 작은 그림 (A)에 도시한 하이브리드 커플러의 경우, 입력 신호가 P1에 인가되었을 때, P2에서는 3dB 감쇄되고 90도 위상 지연된 신호가 출력되고, P3에서는 3dB 감쇄되고 0도 지연된 신호가 출력되고, P4에서는 출력신호가 발생되지 않는다. 도 1 내에 포함된 작은 그림 (B)에 도시한 크로스오버 커플러의 경우, P1과 P4에 인가되는 입력신호가 각각 P3와 P2로 전달되고 다른 포트로는 신호전달이 없다. 도 1 내에 포함된 작은 그림 (C)에 도시한 위상 변위기의 경우, P1에 입력된 신호에 대해 설정된 위상값이 변위된 출력신호가 P2로 출력된다. 도 1의 경우, 위상변위기의 위상값은 45도이다.
도 2는 도 1의 스위치 빔포밍 안테나 시스템의 기판 구조를 도시한 도면이다.
도2는 기존 스위치 빔포밍 안테나 시스템이 구현되는 기판의 단면도이다. 도 2의 좌측 그림은 전체 안테나 시스템을 유전체 층을 단층으로 설계하는 경우를 도시한 것이고, 도 2의 우측 그림은 전체 안테나 시스템을 1층부터 N층의 다수의 유전체층의 다층으로 적층하여 설계하는 경우를 도시한 것이다.
첫번째 경우인 단층기판으로 구현되는 기존기술의 경우 단층 기판을 사용하지만, 적용되는 마이크로 스트립라인의 특성 임피던스를 높여서 소형화할 수 있는 방법이 제시된 바 있다. 하지만, 이러한 단층기판 구현 방법은 안테나와 버틀러 매트릭스가 동일 평면에 구현되는 구조적 한계로 인해, 두 구조물에서 발생하는 신호간의 간섭이 매우 심각하게 발생하여, 전체 빔 패턴을 열화시키는 단점이 있다.
두 번째 경우인 다층 기판상의 적층 구조로 구현되는 기존 기술의 경우는 배열 안테나와 버틀러 매트릭스를 3개 또는 그 이상의 섹션으로 나누고 각 섹션을 다층 기판에 구현하는 방법이 가능하다. 하지만, 각 섹션간 인터페이스 부정합으로 인한 성능 열화가 심하다는 단점이 있다. 한편, 다층 구조를 활용하여, 이중 전송 라인 기술(dual-line transmission line in a multilayered structure), 서스펜디드 스트립 선로(Suspended Stripline) 구조, 또는, SIW(Substrate integrated waveguide) 구조 등의 특수한 구조를 적용하여 소형화 할 수 있는 방법이 가능하다. 하지만, 이러한 경우는 그 구조가 복잡하고 구현이 어려워서 생산성이 떨어진다. 더구나, 기존에는 사용된 다층기판이 모두 같은 유전율을 갖는 동일한 유전체 물질로 이루어진 동종 다층 기판을 사용하였다.
본 발명은 크기를 최소화할 수 있는 스위치 빔포밍 안테나 장치 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 기판의 각 층을 서로 다른 전기적 특성을 갖는 재질로 구현하여 구현이 용이하며, 성능이 우수하고, 전체 크기의 소형화가 가능한 스위치 빔포밍 안테나 장치 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 크기를 최소화할 수 있는 스위치 빔포밍 안테나 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유전율이 상이한 복수의 기판을 포함하되, 상기 복수의 기판 중 유전율이 낮은 기판의 일면에 안테나 층이 형성되고, 유전율이 높은 기판의 일면에 버틀러 매트릭스 층이 형성되는 것을 특징으로 하는 스위치 빔포밍 안테나 장치가 제공될 수 있다.
상기 복수의 기판의 적층에 의해 형성된 내부 도체면은 각각 그라운드로 이용된다.
상기 버틀러 매트릭스 층과 상기 안테나 층은 복수의 비아홀이 형성되되, 상기 비아홀을 통해 신호가 버틀러 매트릭스의 출력 단자에서 안테나로 전달되는 프로브 피딩 구조를 가질 수 있다.
상기 버틀러 매트릭스 층과 상기 안테나 층 사이의 그라운드로 이용하는 내부 도체면에 작은 슬랏(slot)을 복수로 형성하되, 상기 슬랏을 통해 신호가 버틀러 매트릭스의 출력 단자에서 안테나로 전달되는 슬랏 결합 피딩 구조를 가질 수 있다.
상기 복수의 기판은 상기 복수의 기판의 유전율과 상이한 유전율을 가지는 수지를 이용하여 접착되어 적층될 수 있다.
상기 안테나 층은 배열 안테나가 형성되되, 상기 배열 안테나는 마이크로스트립 패치 안테나이다.
상기 안테나 층은 배열 안테나가 형성되되, 상기 배열 안테나는 다이폴 안테나이며,
상기 복수의 기판의 두께는 0.3mm 이하이며, 높이 및 너비는 37mm 이하이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 유전율을 가지는 제1 유전체 층; 제2 유전율을 가지는 제2 유전체 층; 제1 금속 층; 및 제2 금속 층을 포함하되, 상기 제1 유전체 층과 상기 제2 유전체 층은 적층되되, 상기 제1 금속 층 및 상기 제2 금속 층은 상기 제1 유전체 층과 상기 제2 유전체 층의 상부 또는 하부 외부에 형성되되, 상기 제1 금속 층과 상기 제2 금속 층은 상기 제1 유전체 층 및 상기 제2 유전체 층을 관통하는 비아(via)를 통해 전기적으로 연결되어 안테나 및 버틀러 매트릭스를 구성하는 것을 특징으로 하는 스위치 빔포밍 안테나 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 스위치 빔포밍 안테나 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 유전율을 가지는 제1 기판의 일면과 제2 유전율을 가지는 제2 기판의 일면에 프리프레그를 도포하여 제1 기판과 제2 기판을 적층하는 단계; 상기 제1 기판의 타면에 버틀러 매트릭스 층을 형성하는 단계; 상기 제2 기판의 타면에 안테나 층을 형성하는 단계; 및 상기 버틀러 매트릭스 층에서 상기 안테나 층으로 복수의 비아홀을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소형 버틀러 매트릭스 장치 및 이를 포함하는 빔포밍 안테나 장치를 제공함으로써, 기판의 각 층을 서로 다른 전기적 특성을 갖는 재질로 구현하여 구현이 용이하며, 성능이 우수하고, 전체 크기의 소형화가 가능한 이점이 있다.
도 1은 일반적인 버틀러 매트릭스 기반 스위치 빔포밍 안테나 시스템의 평면 구조도를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 기존 스위치 빔포밍 안테나 시스템의 구현에 사용되는 기판 구조의 두가지 경우, 즉, 단층기판 과 다층기판의 구조를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 빔포밍 안테나 장치를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 빔포밍 안테나 장치의 단면을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 빔포밍 안테나 장치의 실제 구현 예를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 빔포밍 안테나 장치의 빔 패턴을 측정한 결과를 도시한 그래프.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 빔포밍 안테나 제조 방법을 나타낸 순서도.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 빔포밍 안테나 장치를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 빔포밍 안테나 장치의 단면을 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 빔포밍 안테나 장치의 실제 구현 예를 도시한 도면이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 빔포밍 안테나 장치의 빔 패턴을 측정한 결과를 도시한 그래프이다.
도 3을 참조하면, 스위치 빔포밍 안테나 장치는 버틀러 매트릭스 섹션(310)과 안테나 섹션(320)으로 분할된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 버틀러 매트릭스 섹션(310)과 안테나 섹션(320)을 서로 다른 유전율을 가지는 기판을 적층하여 구현될 수 있다.
버틀러 매트릭스 섹션(310)은 도 3에서 도시된 바와 같이, 4개의 하이브리드 커플러, 2개의 위상 변위기와 2개의 크로스오버 커플러를 포함한다.
본 발명이 적용되는 버틀러 매트릭스는 4Х4 구조 이외에 8Х8 구조 기타 다양하게 변형된 구조에 대해서도 본 발명이 적용될 수 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위해 4Х4 구조의 버틀러 매트릭스를 기반한 스위치 빔포밍 안테나 시스템을 기준으로 본 발명을 설명한다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
안테나 섹션(320)은 버틀러 매트릭스 섹션(310)에 적층되어 구현된다. 여기서, 안테나 섹션(320)은 배열 안테나를 포함한다. 배열 안테나는 마이크로스트립 패치 안테나 구조를 나타내고 있다. 패치 안테나는 전면 방사(Boresight Radiation)을 하게 되는데, 만약 종단 방사(End-Fire Radiation)이 필요한 경우, 패치 안테나 대신 다이폴 형태의 야기-우다 안테나를 사용할 수도 있다.
도 4는 스위치 빔포밍 안테나 장치의 단면을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 스위치 빔포밍 안테나 장치(300)은 서로 다른 유전율을 가지는 복수의 기판을 적층한 하이브리드 스택업 다층 기판으로 구현될 수 있다.
하이브리드 스택업 다층 기판 중 유전율이 낮은 기판은 안테나 층을 형성하고, 유전율이 높은 기판은 버틀러 매트릭스 층을 형성할 수 있다.
이에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
편의상 제1 유전율을 가지는 제1 기판(410)과 제2 유전율을 가지는 제2 기판(420)을 적층하여 하이브리드 스택업 다층 기판이 형성되는 것을 가정하기로 한다.
여기서, 제1 유전율이 제2 유전율보다 높은 경우, 제1 기판(410)상에 버틀러 매트릭스 층(430)이 형성되며, 유전율이 낮은 제2 기판(420)상에 안테나 층(440)이 형성될 수 있다.
제1 기판(410)과 제2 기판(420)은 프리프레그(prepreg)에 의해 적층될 수 있다. 여기서, 프리프레그 유전율은 제1 유전율과 제2 유전율 사이의 유전율을 가질 수 있다.
이와 같이 유전율이 서로 다른 기판을 적층하여 형성된 하이브리드 스택업 다층 기판을 이용하여 안테나 층과 버틀러 매트릭스 층을 서로 반대면에 구현하여 안테나 섹션과 버틀러 매트릭스 섹션을 구분함으로써, 버틀러 매트릭스 구조에서 발생하는 불요파 신호가 안테나 구조로 간섭하는 영향을 억제하여 전체적인 안테나 방사패턴을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 배열 안테나는 유전율이 낮은 기판에 구현하여 안테나의 방사효율을 높이고, 동시에 버틀러 매트릭스는 유전율이 높은 기판에 구현하여 전체 안테나 시스템의 사이즈를 줄일 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 제1 기판(410)의 유전율이 제2 기판(420)의 유전율보다 높은 것을 가정하여 설명하기로 한다.
제1 기판(410) 위에 제2 기판(420)을 적층하여 하이브리드 스택업 다층 기판을 형성하되, 제1 기판(410)에는 버틀러 매트릭스 층이 형성되고, 제2 기판(420)에는 안테나 층이 형성될 수 있다.
이와 같이, 제1 기판(410)상에 제2 기판(420)이 적층되는 구조이므로, 제1 기판(410)의 하부 외부 도체면은 버틀러 메트릭스 층 형성에 이용되고, 제2 기판(420)의 상부 외부 도체면에 안테나 층이 형성될 수 있다. 또한, 제1 기판(410)과 제2 기판(420)의 적층에 의해 형성되는 내부 도체면은 그라운드 단자로 이용된다.
예를 들어, 제2 기판(420)은 타코닉社의 TLY-5A(유전 상수=2.17)인 기판일 수 있으며, 제1 기판(410)은 타코닉社의 RF-60A(유전 상수 =6.15)인 기판일 수 있다.
본 명의 일 실시예에서는 28Ghz 대역 안테나 장치를 가정하고 있다. 따라서, 제1 기판(410)상에는 28GHz 대역의 4 x 4 버틀러 매트릭스 층이 형성되되, 그 크기는 13 x 19 mm2일 수 있다. 본 발명의 일 실시예와 같이 유전율이 상이한 하이브리드 스택업 다층 기판을 이용하여 유전율이 높은 기판에 버틀러 매트릭스 층을 형성함으로써, 종래의 Rogers RT5880(유전상수=2.2) 기판 상에 구현한 버틀러 매트릭스에 비해 크기를 약 85% 시킬 수 있다. 본 발명의 실시예가 28GHz 5세대 밀리미터파 이동통신 대역에 대해 제시되었지만, 그 외의 24GHz, 60GHz, 77GHz, 90GHz, 140GHz 등 다양한 밀리미터파 통신 및 센서에 사용되는 주파수 대역에 모두 적용될 수 있을 것이다.
표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 버틀러 매트릭스의 3차원 전자장 시뮬레이션(3-Dimensional Electromagnetic Field Simulation) 결과에 따라 버틀러 매트릭스의 각 출력 포트에서의 출력 신호의 위상과 삽입 손실을 나타낸다.
가장 큰 위상 오차는 신호 경로가 제1 포트에서 제5 포트, 제3 포트에서 제8 포트일 때 발생하며, 16도로 확인되었으며, 제곱평균제곱근(root mean square) 위상 오차는 7.4도를 얻었다.
또한, 삽입 손실은 5.3 dB -10 dB 범위를 가지며, 평균 삽입 손실은 8.1dB로 확인되었다. 이러한 설계결과에 따라 빔포밍 안테나 장치 구현에 적절한 범위인 것을 확인하였다.
[표 1]
Figure 112019123467603-pat00001
또한, 제1 기판(410)과 제2 기판(420)은 프리프레그에 의해 적층되되, 프리프레그의 유전 상수는 4일 수 있다. 이는 일 예일 뿐이며, 유전율은 각기 상이할 수도 있음은 자명하다.
다만, 유전율이 상이한 적어도 두개의 기판을 이용하는 경우, 유전율이 낮은 기판의 상부에 안테나 층이 형성되고, 유전율이 높은 기판의 하부에 버틀러 매트릭스 층이 형성될 수 있다.
또한, 버틀러 매트릭스 층과 안테나 층은 비아홀을 통해 전기적으로 연결된다. 즉, 버틀러 매트릭스 출력 단자에서 안테나까지의 쓰루홀비아를 형성하여 신호를 전달할 수 있다. 버틀러 매트릭스 층과 안테나 층은 쓰루홀 비아를 이용한 프로브 피딩 구조를 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 버틀러 매트릭스 층과 안테나 층이 슬랏(Slot)구조로 결합되는 구조도 가능하다. 즉, 버틀러 매트릭스 출력 단자에서 안테나 사이의 그라운드 면에 작은 슬랏 구멍을 형성하여, 이를 통해 버틀러 매트릭스 출력 신호가 안테나로 연결되는 슬랏-결합 구조로 구현 될 수 있다.
도 4를 참조하면, 프리프레그층은 0.1 mm 이내로 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 빔포밍 안테나 장치의 실제 구현 예를 도시한 도면이다.
도 5의 (a)는 하이브리드 스택업 다층 기판 중 안테나 층이 형성된 기판의 상부 외측 도체면을 예시한 것이며, 도 5의 (b)는 하이브리드 스택업 다층 기판 중 안테나 층이 형성된 기판의 하부 외측 도체면을 예시한 것이다.
도 5에 도시된 높이 및 너비는 표 2와 같다.
[표 2]
Figure 112019123467603-pat00002
도 5는 일 실시예일뿐이며, 안테나 구현을 위한 실제 크기는 안테나 배열 개수, 동작 주파수, 기판의 유전율 등에 따라 상이할 수 있음은 당연하다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 빔포밍 안테나 장치의 빔 패턴을 측정한 결과를 도시한 그래프이다.
제1 입력 포트, 제2 입력 포트, 제3 입력 포트, 제4 입력 포트로 신호 각각 인가됐을 때, 출력에서 좌측으로 1단계 조향된 빔(1L), 좌측으로 2단계 조향된 빔(2L), 우측으로 1단계 조향된 빔(1R), 우측으로 2단계 조향된 빔(2R)이 각각 발생한 것을 확인할 수 있다.
1L 빔의 조향 각도는 -16o이고, 측엽 레벨은 - 12 dB이다. 2L 빔의 조향 각도는 -39o이고 측엽 레벨은 - 6 dB이다. 1R 빔의 조향 각도는 +7o이고 측엽 레벨은 - 13.8 dB이다. 마지막을 2R 빔의 조향 각도는 +36o이고 측엽 레벨은 - 11.7 dB이다.
도 6에 의해 4개의 방사 패턴이 원하는 조향 각도로 발생하는 것을 알 수 있다.
본 발명에서의 실제 제작 구현한 안테나 시스템 소형화 정도를 비교하기 위하여, 종래 기술에서 구현된 안테나 시스템의 크기를 정규화하여 비교하였다. 정규화된 크기 (Normalized Dimension)는 구현된 안테나 시스템의 실제 크기를 동작주파수에 해당하는 자유공간에서의 파장의 제곱 λ2 과 스위치 되는 빔 방향의 개수로 나누어서 계산하였다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 시스템 크기는 4.12 mm2이고, 이는 3.57λ2에 해당한다. 이를, λ2과 빔의 개수인 4로 나눠서 구한 정규화 크기는 0.9이다.
한편, 기존 문헌들을 참고하여 종래 기술로 구현된 세가지 다른 설계의 안테나 시스템을 검색하여 이의 정규화 크기를 계산한 결과 각각 1.3, 6.3, 16.4을 얻었다. 즉, 본 발명의 일 실시예와 같이 유전율이 상이한 하이브리드 스택업 다층 기판을 기반으로 구현된 안테나 장치가 종래에 비해 크기가 작은 것을 알 수 있다.
결과적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 빔포밍 안테나 장치가 소형화에 매우 효과적인 것을 알 수 있다.
이를 다시 정리하면, 본 발명의 일 실시예에 따르면 스위치 빔포밍 안테나 장치(100)는 유전율이 상이한 복수의 유전체 층이 적층되어 형성되되, 유전체 층의 상하 외부에 각각 금속층이 형성될 수 있다. 여기서, 유전율이 낮은 외부 도체면에는 안테나가 형성되고, 유전율이 높은 외부 도체면에는 버틀러 매트릭스가 형성될 수 있다. 따라서, 버틀러 매트릭스의 출력 단자에서 안테나는 각각 비아홀을 통해 전기적으로 연결되어 신호가 전달되도록 복수의 비아홀이 형성될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면 유전율이 상이한 복수의 유전체 층(기판)을 적층한 다층 구조를 통해 종래에 비해 크기가 작은 스위치 빔포밍 안테나 제조가 가능하도록 할 수 있는 이점이 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 빔포밍 안테나 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
단계 710에서 제1 유전율을 가지는 제1 기판의 일면과 제2 유전율을 가지는 제2 기판의 일면을 마주 보게 배치하고, 그 사이에 프리프레그를 도포하여 제1 기판과 제2 기판을 적층한다.
단계 715에서 제1 유전율을 가지는 제1 기판의 타면에 버틀러 매트릭스 층을 형성한다.
720에서 제2 유전율을 가지는 제2 기판의 타면에 안테나 층을 형성한다.
단계 725에서 버틀러 매트릭스 출력 단자에서 안테나 면으로 쓰루홀 비아를 드릴링하여 전기적으로 연결한다.
즉, 서로 다른 유전율을 가지는 하이브리드 스택업 다층 기판을 형성한 뒤 유전율이 낮은 기판의 외부 도체면에 안테나 층을 형성하고, 유전율이 높은 기판의 외부 도체면에 버틀러 매트릭스 층을 형성한다.
이때, 하이브리드 스택업 다층 기판에서 내부 도체면은 그라운드 단자로 이용될 수 있다.
또한, 이미 전술한 바와 같이, 제1 기판의 타면에 제2 기판의 타면을 적층함에 있어, 제1 유전율과 제2 유전율 사이의 유전율(제3 유전율)을 가지는 수지(프리프레그)를 이용하여 제1 기판과 제2 기판을 적층할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 스위치 빔포밍 안테나 장치
110: 버틀러 매트릭스 섹션
120: 안테나 섹션

Claims (10)

  1. 유전율이 상이한 복수의 기판을 포함하되,
    상기 복수의 기판 중 유전율이 낮은 기판의 일면에 안테나 층을 형성하고, 유전율이 높은 기판의 일면에 버틀러 매트릭스 층을 형성하되,
    상기 버틀러 매트릭스 층과 상기 안테나 층 사이의 그라운드로 이용하는 내부 도체면에 작은 슬랏(slot)을 복수로 형성하되,
    상기 슬랏을 통해 신호가 버틀러 매트릭스의 출력 단자에서 안테나로 전달되는 슬랏 결합 피딩 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 스위치 빔포밍 안테나 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 기판의 적층에 의해 형성된 내부 도체면은 각각 그라운드로 이용되는 것을 특징으로 하는 스위치 빔포밍 안테나 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 기판은 상기 복수의 기판의 유전율과 상이한 유전율을 가지는 수지를 이용하여 접착되어 적층되는 것을 특징으로 하는 스위치 빔포밍 안테나 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 안테나 층은 배열 안테나가 형성되되,
    상기 배열 안테나는 마이크로스트립 패치 안테나인 것을 특징으로 하는 스위치 빔포밍 안테나 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 안테나 층은 배열 안테나가 형성되되,
    상기 배열 안테나는 다이폴 안테나인 것을 특징으로 하는 스위치 빔포밍 안테나 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 기판의 두께는 0.3mm 이하이며, 높이 및 너비는 37mm 이하인 것을 특징으로 하는 스위치 빔포밍 안테나 장치.
  9. 제1 유전율을 가지는 제1 유전체 층;
    제2 유전율을 가지는 제2 유전체 층;
    제1 금속 층; 및
    제2 금속 층을 포함하되,
    상기 제1 유전체 층과 상기 제2 유전체 층은 적층되되,
    상기 제1 금속 층 및 상기 제2 금속 층은 상기 제1 유전체 층과 상기 제2 유전체 층의 상부 또는 하부 외부에 형성되되,
    상기 제1 금속 층과 상기 제2 금속 층은 상기 제1 유전체 층 및 상기 제2 유전체 층을 관통하는 비아(via)를 통해 전기적으로 연결되어 안테나 및 버틀러 매트릭스를 구성하는 것을 특징으로 하는 스위치 빔포밍 안테나 장치.
  10. 제1 유전율을 가지는 제1 기판의 일면과 제2 유전율을 가지는 제2 기판의 일면에 프리프레그를 도포하여 제1 기판과 제2 기판을 적층하는 단계;
    상기 제1 기판의 타면에 버틀러 매트릭스 층을 형성하는 단계;
    상기 제2 기판의 타면에 안테나 층을 형성하는 단계; 및
    상기 버틀러 매트릭스 층에서 상기 안테나 층으로 복수의 비아홀을 형성하는 단계를 포함하는 스위치 빔포밍 안테나 제조 방법.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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