KR100480256B1 - 안테나 정합회로 - Google Patents

안테나 정합회로 Download PDF

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KR100480256B1
KR100480256B1 KR10-2002-0002569A KR20020002569A KR100480256B1 KR 100480256 B1 KR100480256 B1 KR 100480256B1 KR 20020002569 A KR20020002569 A KR 20020002569A KR 100480256 B1 KR100480256 B1 KR 100480256B1
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Abstract

가. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
안테나 정합회로에 관한 기술이다.
나. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제
본 발명에서는 듀얼밴드 안테나를 사용하는 이동통신 단말기에서 2개 이상의 신호가 서로 간섭하지 않고, 방사성능, 반사 손실 등을 고려하여 최적의 신호를 수신할 수 있으며, 안테나는 주파수의 선택도가 우수한 안테나 정합회로를 제공한다.
다. 발명의 해결방법의 요지
본 발명의 실시 예에 따른 장치는 듀얼 밴드를 사용하는 이동통신 시스템에서 안테나 정합회로로서, 안테나와 연결되는 급전선과 상기 이동통신 시스템의 무선 회로간 직렬 연결되며 고주파 신호 및 저주파 신호에 공통으로 임피던스 매칭되는 공통 매칭부와, 상기 공통 매칭부와 병렬로 연결되어 고주파 신호와 저주파 신호를 분리하고 이를 고주파 포트 및 저주파 포트로 각각 출력하는 다이플렉서와, 상기 다이플렉서의 고주파 포트와 접지 사이에 연결되어 고주파 신호에 대한 임피던스 매칭을 수행하는 고주파 매칭회로와, 상기 다이플렉서의 저주파 포트와 접지 사이에 연결되어 저주파 신호에 대한 임피던스 매칭을 수행하는 고주파 매칭회로로 구성됨을 특징으로 한다.
라. 발명의 중요한 용도
듀얼 밴드를 사용하는 이동통신 시스템의 안테나 정합회로에 사용된다.

Description

안테나 정합회로{ANTENNA MATCHING CURCUIT}
본 발명은 안테나 정합 회로에 관한 것으로, 특히 듀얼 밴드 주파수를 사용하는 장치에서 안테나 정합 회로에 관한 것이다.
통상적으로 셀룰라 폰 및 PCS 폰 등과 같은 이동통신 단말은 이동성을 보장하기 위해 무선 상으로 음성 및 데이터를 송수신한다. 이와 같이 이동통신 단말은 무선 상으로 데이터를 주고받으므로 안테나를 필요로 한다. 상기 안테나는 사용되는 주파수의 특성에 따라 그 길이와 매칭 방법들이 상호 달라져야 한다. 또한 이동통신 시스템을 통해 이동통신 서비스를 제공하는 사업자 측면에서 살펴보면, 모든 사업자마다 모든 지역을 수용하도록 망을 구성하는데 어려움이 있으며, 또한 비용도 많이 소요되는 문제가 있다.
따라서 이를 해결하고자 서로 다른 서비스 사업자간 제휴를 통해 다른 서비스 사업자의 호를 수용할 수 있도록 로밍 서비스라는 방법이 개발되었다. 이러한 로밍 서비스를 제공하는 경우에 서비스 사업자 측에서는 기지국의 수를 줄일 수 있는 이점이 있으며, 서비스를 제공받는 가입자 측에서는 위치에 관계없이 이동통신 서비스를 제공받을 수 있는 이점이 있다.
그런데 각 서비스 사업자들이 모두 동일한 주파수를 사용하지 않는다. 즉, 각 사업자마다 서로 다른 주파수로 서비스를 제공하게 된다. 따라서 이동통신 단말은 상기한 주파수를 모두 수용할 수 있도록 설계 및 제작되어야 한다. 이는 회로의 구성에 있어서도 상기한 주파수들을 수용할 수 있도록 구성되어야 하며, 아울러 안테나도 이와 같이 설계되어야 한다.
일반적으로 안테나는 사용되는 주파수 대역에 따라 그 길이가 결정된다. 그러면 도 1을 참조하여 이동통신 단말에 사용되는 안테나 및 그에 따른 정합 회로를 살펴본다.
도 1은 일반적인 이동통신 단말에 사용되는 안테나의 사시도와 그 정합 회로의 블록 구성도이다. 상기 도 1a는 이동통신 단말기에 휩 안테나가 단말기의 내부에 삽입되어 있는 상태를 도시한 도면이며, 상기 도 1b는 이동통신 단말기의 휩 안테나가 돌출된 상태를 도시한 도면이다. 일반적으로 이동통신 단말은 휩 안테나(100)와 헤리컬 안테나(101)를 구비한다. 상기 각 안테나들은 각각의 특성을 가지며, 수신되는 신호를 수신한다. 또한 상기 헤리컬 안테나(101)는 이동통신 단말의 케이스(102)에 부착된 금속 접점(103)에 부착되어 있다. 한편 상기 휩 안테나(100)는 도 1a에 도시된 바와 같이 이동통신 단말기에 삽입되어 있는 경우에는 금속 접점(103)과 접속되지 않으나 도 1b에 도시된 바와 같이 돌출된 경우에는 금속 접점(103)과 접속된다. 이는 상기 휩 안테나(100)의 하단부의 접속점(100-a)에 의해 전기 자기적으로 접속되기 때문이다.
상술한 바와 같이 듀얼 밴드 안테나는 금속 접점(103)에 접속되어 내부 회로로 연결된다. 이때 내부 회로와 상기 안테나간 임피던스 매칭이 이루어져야만 송신한 신호의 손실 없이 복원할 수 있다. 따라서 상기 두 안테나와 접속되는 금속 접점(103)은 안테나 매칭회로(110)와 연결되어 내부의 처리 장치인 듀플렉서(120)로 입력된다. 즉, 안테나 매칭회로(110)는 서로 다른 주파수 대역의 신호를 수신하여 듀플렉서(120)로 양호한 상태의 신호를 출력하는 역할을 수행한다.
상기 안테나 매칭회로(110)는 특정한 인덕터와 캐패시터를 이용하여 임피던스 매칭을 수행한다. 이러한 안테나 매칭회로(110)는 일반적으로 서비스 사업자에 따른 주파수에 맞도록 설계되어 있다. 따라서 자신의 서비스 사업자의 주파수 특성은 양호하게 구성된다. 그런데 상술한 바와 같이 로밍 서비스가 제공되면서 서로 다른 2가지 주파수와 매칭될 필요가 있으며, 안테나도 하나의 안테나로 서로 다른 둘 이상의 주파수 신호를 수신할 필요가 있다. 이에 따라 안테나 개발자들은 하나의 안테나로 서로 다른 둘 이상의 신호를 수신할 수 있도록 개발을 하고 있으며, 일부 이러한 안테나들이 소개되고 있다.
그런데 안테나에서 상기한 바와 같이 서로 다른 둘 이상의 주파수 신호를 수신할 수 있다 하더라도 안테나 매칭회로에서 각 주파수에 따른 임피던스 매칭이 이루어지지 않는 경우 수신된 신호의 선택도가 낮아져서 정상적으로 신호를 복원하기 어려워지는 문제가 발생한다. 즉, 순수한 인덕터와 캐패시터를 이용하여 안테나 정합회로를 구성하는 경우에 듀얼 밴드 주파수에서 특정 주파수에서는 양호한 선택도를 가지나 다른 주파수에서는 양호하지 못한 선택도를 가지거나 또는 두 신호의 선택도가 저하되는 문제가 발생한다. 즉, 각각의 주파수 대역에서 최상의 성능을 얻기 곤란한 문제가 있다. 이는 매칭회로에 최적화를 위해서는 방사성능, 반사 손실 등이 고려되어야 하나 각 수동소자들의 특성에 따라 구성해야 하므로 이를 만족하기 어렵기 때문이다. 또한 이와 같이 듀얼밴드의 안테나를 사용하여 임피던스 매칭이 정상적으로 이루어지지 않는 경우 외부의 잡음에 대하여 안정되지 못하며, 내부에서 불요파가 발생할 수 있다. 또한 이동통신 단말의 내부에서 발생된 잡음을 방사하여 다른 이동통신 단말에 영향을 끼치는 문제가 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 듀얼밴드 안테나를 사용하는 이동통신 단말기에서 2개 이상의 신호가 서로 간섭하지 않는 안테나 정합회로를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 방사성능, 반사 손실 등을 고려하여 최적의 신호를 수신할 수 있는 안테나 정합회로를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 주파수의 선택도가 우수한 안테나 정합회로를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 외부의 잡음에 대하여 안정되며, 내부에서 불요파가 발생하지 않는 안테나 정합회로를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 잡음이 방사되어 다른 이동통신 단말에 영향을 끼치지 않는 안테나 정합회로를 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제1실시 예에 따른 장치는 듀얼 밴드를 사용하는 이동통신 시스템에서 안테나 정합회로로서, 안테나와 연결되는 급전선과 상기 이동통신 시스템의 무선 회로간 직렬 연결되며 고주파 신호 및 저주파 신호에 공통으로 임피던스 매칭되는 공통 매칭부와, 상기 공통 매칭부와 병렬로 연결되어 고주파 신호와 저주파 신호를 분리하고 이를 고주파 포트 및 저주파 포트로 각각 출력하는 다이플렉서와, 상기 다이플렉서의 고주파 포트와 접지 사이에 연결되어 고주파 신호에 대한 임피던스 매칭을 수행하는 고주파 매칭회로와, 상기 다이플렉서의 저주파 포트와 접지 사이에 연결되어 저주파 신호에 대한 임피던스 매칭을 수행하는 고주파 매칭회로로 구성됨을 특징으로 한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제2실시 예에 따른 장치는 듀얼 밴드를 사용하는 이동통신 시스템에서 안테나 정합회로로서, 안테나와 연결되는 급전선으로부터 수신되는 고주파 신호 및 저주파 신호에 공통으로 임피던스 매칭되는 공통 매칭부와, 상기 공통 매칭부와 상기 이동통신 시스템의 무선 회로와 직렬 연결되고 상기 공통 매칭부로부터 입력된 고주파 신호와 저주파 신호를 분리하여 고주파 포트와 저주파 포트로 각각 출력하는 다이플렉서와, 상기 다이플렉서의 고주파 포트와 상기 이동통신 시스템의 무선 회로간 상기 고주파 신호에 대한 임피던스 매칭을 수행하는 고주파 매칭회로와, 상기 다이플렉서의 저주파 포트와 상기 이동통신 시스템의 무선 회로간 상기 저주파 신호에 대한 임피던스 매칭을 수행하는 저주파 매칭회로로 구성됨을 특징으로 한다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것을 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 다이플렉서가 안테나의 급전선에 병렬로 구성된 안테나 정합 회로의 상세 회로도이다. 이하 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 안테나 정합회로의 구성 및 그 동작에 대하여 상세히 설명한다.
안테나(ANT)와 연결되는 급전선(201)은 제1공통 매칭부(202)와 제2공통 매칭부(203)를 통해 이동통신 단말기의 내부 회로와 연결된다. 상기 제1공통 매칭부(202)와 제2공통 매칭부(203)는 일반적으로 안테나로부터 수신된 신호의 매칭회로에 사용되는 수동소자인 캐패시터와 인덕터로 구성된다. 상기 도 2에는 제1공통 매칭부(202)에는 제1캐패시터(C1)와 제1인덕터(L1)가 병렬로 연결되도록 구성하였으며, 제2공통 매칭부(202)에는 제2캐패시터(C2)와 제2인덕터(L2)가 병렬로 연결되도록 구성하였다. 또한 상기 제1공통 매칭부(202)와 제2공통 매칭부(203) 사이의 접점은 다이플렉서(204)의 안테나 포트(ANT PORT)와 연결된다. 상기 다이플렉서(204)는 2개의 병렬 대역통과 필터와 등가로 구성할 수 있다. 즉, 상기 다이플렉서(204)로 입력된 2개의 신호 중 고주파에 해당하는 신호만을 통과하도록 구성된 대역통과 필터와 저주파에 해당하는 신호만을 통과하도록 구성된 대역통과 필터로 구성할 수 있다. 따라서 저주파의 신호가 통과하여 출력되는 저주파 포트(Low Frequency Port)와 고주파 신호가 통과하여 출력되는 고주파 포트(High Frequency Port)를 구비한다. 상기 저주파 포트는 저주파 매칭회로(205)를 통해 접지되며, 고주파 포트는 고주파 매칭회로(206)를 통해 접지된다.
그러면 상기한 구성에 따라 고주파와 저주파로 구분하여 상기 회로의 동작 상태를 살펴본다. 여기서 고주파 신호란 상기 이동통신 시스템에서 로밍 서비스가 제공될 경우 서로 다른 두 서비스 중 높은 대역의 신호를 말하며, 저주파 신호란 상기 서로 다른 두 서비스 중 낮은 대역의 신호를 말한다. 따라서 이동통신 단말이 원래 서비스 받는 신호는 저주파 대역의 신호일 수도 있고, 고주파 대역의 신호일 수도 있다.
먼저 고주파 대역의 신호가 입력되는 경우에 대하여 살펴본다. 상기 고주파 신호는 상기 제1공통 매칭부(202)를 통해 상기 제2공통 매칭부(203) 및 상기 다이플렉서(204)로 입력된다. 상기 다이플렉서(204)는 상기 입력된 신호 중 원하는 고주파 신호만 고주파 포트로 출력한다. 그러면 상기 고주파 매칭회로(206)와 상기 제1공통 매칭부(202) 및 제2공통 매칭부(203)를 통해 원하는 고주파 신호에 대한 임피던스 매칭이 이루어진다. 이때 상기 다이플렉서(204)에 존재하는 내부 저항, 캐패시턴스 및 인덕턴스 값이 고려되어 상기 고주파 매칭회로(206)를 구성한다. 그러면 상기한 구성을 통해 원하는 고주파 신호에 대하여 임피던스 매칭이 효율적으로 이루어진다. 따라서 수신된 신호의 복조를 원활히 할 수 있으며, 상기 원하는 주파수 대역의 선택도를 높일 수 있다.
다음으로 저주파 신호에 대하여 살펴본다. 상기 저주파 신호는 상기 제1공통 매칭부(202)를 통해 상기 제2공통 매칭부(203) 및 상기 다이플렉서(204)로 입력된다. 상기 다이플렉서(204)는 전술한 바와 같이 저주파 필터와 고주파 필터가 병렬로 연결된 것과 동일한 동작을 수행하므로 상기 입력된 신호 중 원하는 저주파 신호만 저주파 포트로 출력한다. 그러면 상기 저주파 매칭회로(205)와 상기 제1공통 매칭부(202) 및 제2공통 매칭부(203)를 통해 원하는 저주파 신호에 대한 임피던스 매칭이 이루어진다. 이때 상기 다이플렉서(204)에 존재하는 내부 저항, 캐패시턴스 및 인덕턴스 값이 고려되어 상기 저주파 매칭회로(205)를 구성한다. 그러면 상기한 구성을 통해 원하는 저주파 신호에 대하여 임피던스 매칭이 효율적으로 이루어진다. 따라서 수신된 신호의 복조를 원활히 할 수 있으며, 상기 원하는 주파수 대역의 선택도를 높일 수 있다.
이와 같이 원하는 신호에 따른 임피던스 매칭이 이루어진 신호는 이동통신 단말기의 내부로 입력된다. 또한 상기 저주파 매칭회로(205)와 고주파 매칭회로(206)를 구현할 때 방사 성능 및 방사 손실 등을 함께 고려하며 동시에 인체 유해도를 고려하여 소자를 선택하면, 방사 성능 및 방사 손실을 줄일 수 있으며, 인체 유해도를 줄일 수 있다.
도 3은 본 발명에 따라 다이플렉서가 안테나의 급전선에 직렬로 구성된 안테나 정합회로의 상세 회로도이다. 이하 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 정합회로의 구성 및 동작에 대하여 상세히 설명한다.
안테나(ANT)와 연결되는 급전선(300)은 제2공통 매칭부(302)를 통해 다이플렉서(304)의 안테나 포트(ANT Port)와 연결된다. 또한 상기 급전선(300)은 제1공통 매칭부(301)를 통해 접지된다. 그리고 상기 다이플렉서(304)의 안테나 포트와 상기 제2공통 매칭부(302)간 접점은 제3공통 매칭부(303)를 통해 접지된다. 상기한 제1공통 매칭부(301)와 제2공통 매칭부(302) 및 제3공통 매칭부(303)는 각각 인덕터들(L1, L2, L3)과 캐패시터들(C1, C2, C3)로 구성된다.
상기 다이플렉서(304)는 전술한 바와 같이 저주파 필터와 고주파 필터가 병렬로 연결된 것과 동일한 동작을 수행한다. 따라서 상기 다이플렉서(304)는 상기 입력된 신호 중 원하는 저주파 신호만 필터링하여 저주파 포트로 출력하며, 동시에 원하는 고주파 신호만을 필터링하여 고주파 포트로 출력한다. 따라서 상기 다이플렉서(304)의 상기 고주파 포트는 고주파 매칭회로(305)와 연결되며, 상기 저주파 포트는 저주파 매칭회로(306)와 연결된다. 그리고 상기 고주파 매칭회로(305)와 저주파 매칭회로(306)의 출력단은 서로 와이어드(Wired)되어 이동통신 단말의 내부로 입력된다. 또한 상기 고주파 매칭회로(305)와 저주파 매칭회로(306) 또한 수동 소자인 인덕터들(L4, L5)과 캐패시터들(C4, C5)로 구성된다.
그러면 상기한 구성에 따라 고주파 신호와 저주파 신호가 입력되는 경우로 구분하여 상기 회로의 동작 상태를 살펴본다. 여기서 고주파 신호와 저주파 신호는 상기 도 2의 설명에서와 같다.
먼저 고주파 대역의 신호가 입력되는 경우에 대하여 살펴본다. 상기 고주파 신호는 상기 제1공통 매칭부(301) 내지 제3공통 매칭부(303)를 통해 다이플렉서(304)로 입력된다. 상기 다이플렉서(204)는 상기 입력된 신호 중 원하는 고주파 신호만 고주파 포트로 출력한다. 그러면 상기 고주파 매칭회로(305)와 상기 제1공통 매칭부(301) 내지 제3공통 매칭부(303)를 통해 원하는 고주파 신호에 대한 임피던스 매칭이 이루어진다. 이때 상기 다이플렉서(304)에 존재하는 내부 저항, 캐패시턴스 및 인덕턴스 값이 고려되어 상기 고주파 매칭회로(305)를 구성한다. 그러면 상기한 구성을 통해 원하는 고주파 신호에 대하여 임피던스 매칭이 효율적으로 이루어진다. 따라서 수신된 신호의 복조를 원활히 할 수 있으며, 상기 원하는 주파수 대역의 선택도를 높일 수 있다.
다음으로 저주파 신호에 대하여 살펴본다. 상기 저주파 신호 또한 상기 제1공통 매칭부(301) 내지 상기 제3공통 매칭부(303)를 통해 상기 다이플렉서(304)로 입력된다. 상기 다이플렉서(304)는 전술한 바와 같이 저주파 필터와 고주파 필터가 병렬로 연결된 것과 동일한 동작을 수행하므로 상기 입력된 신호 중 원하는 저주파 신호만 저주파 포트로 출력한다. 그러면 상기 저주파 매칭회로(306)와 상기 제1공통 매칭부(301) 내지 제3공통 매칭부(303)를 통해 원하는 저주파 신호에 대한 임피던스 매칭이 이루어진다. 이때 상기 다이플렉서(304)에 존재하는 내부 저항, 캐패시턴스 및 인덕턴스 값이 고려되어 상기 저주파 매칭회로(306)를 구성한다. 그러면 상기한 구성을 통해 원하는 저주파 신호에 대하여 임피던스 매칭이 효율적으로 이루어진다. 따라서 수신된 신호의 복조를 원활히 할 수 있으며, 상기 원하는 주파수 대역의 선택도를 높일 수 있다. 이와 같이 원하는 신호에 따른 임피던스 매칭이 이루어진 신호는 이동통신 단말기의 내부로 입력된다.
또한 상기 저주파 매칭회로(305)와 고주파 매칭회로(306)를 구현할 때 방사 성능 및 방사 손실 등을 함께 고려하며 동시에 인체 유해도를 고려하여 소자를 선택하면, 방사 성능 및 방사 손실을 줄일 수 있으며, 인체 유해도를 줄일 수 있다.
상술한 바와 같이 구성할 경우 듀얼밴드 주파수대역에 서로 다른 주파수 대역의 신호와 매칭되므로 수신되는 신호의 복원이 용이해지는 이점이 있다. 또한 복원을 원하는 신호의 선택도(Q)가 높아지는 이점이 있다.
도 1a 및 도 1b는 일반적인 이동통신 단말에 사용되는 안테나의 사시도와 그 정합 회로의 블록 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 다이플렉서가 안테나의 급전선에 병렬로 구성된 안테나 정합회로의 상세 회로도,
도 3은 본 발명에 따라 다이플렉서가 안테나의 급전선에 직렬로 구성된 안테나 정합회로의 상세 회로도.

Claims (2)

  1. 듀얼 밴드를 사용하는 이동통신 시스템에서 안테나 정합회로에 있어서,
    안테나와 연결되는 급전선과 상기 이동통신 시스템의 무선 회로간 직렬 연결되며 고주파 신호 및 저주파 신호에 공통으로 임피던스 매칭되는 공통 매칭부와,
    상기 공통 매칭부와 병렬로 연결되어 고주파 신호와 저주파 신호를 분리하고 이를 고주파 포트 및 저주파 포트로 각각 출력하는 다이플렉서와,
    상기 다이플렉서의 고주파 포트와 접지 사이에 연결되어 상기 고주파 신호에 대한 임피던스 매칭을 수행하는 고주파 매칭회로와,
    상기 다이플렉서의 저주파 포트와 접지 사이에 연결되어 상기 저주파 신호에 대한 임피던스 매칭을 수행하는 고주파 매칭회로로 구성됨을 특징으로 하는 상기 정합회로.
  2. 듀얼 밴드를 사용하는 이동통신 시스템에서 안테나 정합회로에 있어서,
    안테나와 연결되는 급전선으로부터 수신되는 고주파 신호 및 저주파 신호에 공통으로 임피던스 매칭되는 공통 매칭부와,
    상기 공통 매칭부와 상기 이동통신 시스템의 무선 회로와 직렬 연결되고 상기 공통 매칭부로부터 입력된 고주파 신호와 저주파 신호를 분리하여 고주파 포트와 저주파 포트로 각각 출력하는 다이플렉서와,
    상기 다이플렉서의 고주파 포트와 상기 이동통신 시스템의 무선 회로간 상기 고주파 신호에 대한 임피던스 매칭을 수행하는 고주파 매칭회로와,
    상기 다이플렉서의 저주파 포트와 상기 이동통신 시스템의 무선 회로간 상기 저주파 신호에 대한 임피던스 매칭을 수행하는 저주파 매칭회로로 구성됨을 특징으로 하는 상기 정합회로.
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