KR100552907B1 - Beam Switching Antenna System and Controlling Method and Apparatus thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복사패턴의 스위칭이 가능한 빔 스위칭 안테나 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a beam switching antenna system capable of switching a radiation pattern.
본 발명의 빔 스위칭 안테나 시스템은 적어도 두 개의 안테나소자와; 상기 안테나소자들에 공급되는 고주파신호의 급전 위치를 선택적으로 다르게 제어하기 위한 급전 스위치회로를 구비한다. The beam switching antenna system of the present invention comprises at least two antenna elements; A feed switch circuit for selectively controlling a feed position of a high frequency signal supplied to the antenna elements is provided.
Description
도 1은 종래의 옴니 안테나를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a conventional omni antenna.
도 2는 옴니 안테나의 빔을 나타내는 도면이다.2 is a diagram illustrating a beam of an omni antenna.
도 3은 이동통신 단말기에 설치된 옴니 안테나에서 형성되는 빔을 나타내는 도면이다. 3 is a diagram illustrating a beam formed by an omni antenna installed in a mobile communication terminal.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템을 나타내는 평면도이다. 4 is a plan view illustrating a beam switching antenna system according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 5는 도 4에서 선 "Ⅰ-Ⅰ"를 절취하여 나타내는 빔 스위칭 안테나 시스템의 단면도이다. FIG. 5 is a cross-sectional view of the beam switching antenna system taken along line “I-I” of FIG. 4.
도 6은 도 4에 도시된 빔 스위칭 안테나 시스템을 제어하기 위한 제어 시스템을 나타내는 회로도이다.FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a control system for controlling the beam switching antenna system shown in FIG. 4.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템에 있어서 100 모드의 동작을 나타내는 회로도이다.FIG. 7 is a circuit diagram illustrating operation in 100 mode in a beam switching antenna system according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 8은 도 7의 100 모드에서 빔 스위칭 안테나 시스템으로부터 발생되는 빔의 수직 및 수평 빔특성(적색)을 나타내는 도면이다. FIG. 8 is a diagram illustrating vertical and horizontal beam characteristics (red) of beams generated from the beam switching antenna system in the 100 mode of FIG. 7.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템에 있어서 010 모드의 동작을 나타내는 회로도이다.9 is a circuit diagram illustrating operation in
도 10은 도 9의 100 모드에서 빔 스위칭 안테나 시스템으로부터 발생되는 빔의 수직 및 수평 빔특성(적색)을 나타내는 도면이다. FIG. 10 is a diagram illustrating vertical and horizontal beam characteristics (red) of beams generated from the beam switching antenna system in the 100 mode of FIG. 9.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템에 있어서 001 모드의 동작을 나타내는 회로도이다.FIG. 11 is a circuit diagram illustrating operation in
도 12는 도 11의 001 모드에서 빔 스위칭 안테나 시스템으로부터 발생되는 빔 패턴의 수직 및 수평 빔특성(적색)을 나타내는 도면이다. FIG. 12 is a diagram illustrating vertical and horizontal beam characteristics (red) of a beam pattern generated from a beam switching antenna system in
도 13은 본 발명의 제1 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템의 빔 지향 방향의 탐색방법을 단계적으로 나타내는 흐름도이다. 13 is a flowchart illustrating a step-by-step search method of the beam directing direction of the beam switching antenna system according to the first embodiment of the present invention.
도 14a는 빔 지향 방향의 탐색시 무지향성으로 빔이 형성될 때를 나타내는 도면이다. 14A is a diagram showing when a beam is formed omnidirectionally when searching in the beam directing direction.
도 14b는 빔 지향 방향의 탐색시 제1 방향으로 지향되는 빔이 형성될 때를 나타내는 도면이다. 14B is a view showing when a beam directed in the first direction is formed in the search in the beam directing direction.
도 14c는 빔 지향 방향의 탐색시 제2 방향으로 지향되는 빔이 형성될 때를 나타내는 도면이다. FIG. 14C is a view showing when a beam directed in a second direction is formed when searching in the beam directing direction. FIG.
도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템의 빔 지향 방향의 탐색방법을 단계적으로 나타내는 흐름도이다. 15 is a flowchart illustrating a method of searching for a beam directing direction in a beam switching antenna system according to a second embodiment of the present invention.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어수순을 단계적으로 나타내는 흐름도이다.16 is a flowchart illustrating a control procedure of a beam switching antenna system according to an exemplary embodiment of the present invention step by step.
도 17은 이동통신 단말기에 이어폰이 연결된 상태를 보여 주는 사시도이다.17 is a perspective view illustrating a state in which earphones are connected to a mobile communication terminal.
도 18은 이동통신 단말기 사용자의 위쪽에서 바라 볼 때 사용자의 반대쪽으로 지향되는 빔을 나타내는 도면이다. 18 is a diagram illustrating a beam directed toward the opposite side of the user when viewed from above the user of the mobile communication terminal.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
11 : 모노폴소자 12 : 급전라인11: monopole element 12: feed line
13 : 반사판 14 : 접지라인13: Reflector 14: Ground Line
20, 60 : 빔 30, 90 : 이동통신 단말기20, 60:
31,91 : 이동통신 단말기의 안테나 41 : 세라믹기판31,91: antenna of mobile communication terminal 41: ceramic substrate
42a, 42b : 다이폴소자 43 : 링크부42a, 42b: Dipole element 43: Link part
44a, 44b : 유전체층 61 : 이어폰 감지회로44a, 44b: dielectric layer 61: earphone sensing circuit
62 : 통화 상태신호 발생회로 63 : 제어부62: call state signal generation circuit 63: control unit
64 : 기지국신호 수신회로 71, 72 : 기지국64: base station
92 : 이어폰 SW1, SW2, SW3 : 급전 스위치92: Earphone SW1, SW2, SW3: Feed Switch
본 발명은 안테나에 관한 것으로, 특히 복사패턴의 스위칭이 가능한 빔 스위칭 안테나 시스템에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 빔 스위칭 안테나 시스템 의 제어방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an antenna, and more particularly, to a beam switching antenna system capable of switching a radiation pattern. The present invention also relates to a method and apparatus for controlling the beam switching antenna system.
안테나는 야기 안테나, 파라볼라 안테나, 헬리컬 안테나, 평면안테나, 옴니안테나 등 다양한 종류가 있으며, 이 중 옴니 안테나는 무지향성으로 가장 널리 이용되고 있다. There are various types of antennas such as Yagi antenna, parabola antenna, helical antenna, planar antenna, omni antenna, and omni antenna is most widely used as omnidirectional.
옴니 안테나는 도 1과 같이 접지 도체판 상에 모노폴소자를 수직으로 형성한 구조이다. The omni antenna has a structure in which a monopole element is vertically formed on a ground conductor plate as shown in FIG. 1.
도 1을 참조하면, 종래의 옴니 안테나는 급전라인(12)에 접속된 모노폴소자(11)와, 접지라인(14)에 접속된 반사판(13)을 구비한다. Referring to FIG. 1, a conventional omni antenna includes a
모노폴소자(11)는 λ/4(여기서, λ는 복사패턴의 파장)만큼 수직으로 길게 설치되며 도시하지 않은 급전 커넥터를 경유하여 급전라인(12)에 접속된다. 이 모노폴소자(11)는 급전라인(12)으로부터의 고주파신호전력을 의 복사패턴으로 변환하여 대기중으로 복사하고 대기로부터 수신된 복사패턴을 전기적인 신호로 변환하여 급전라인(12)에 공급한다. The
반사판(13)은 모노폴소자(11)와 직각을 이루도록 수평으로 설치되며 접지라인(14)으로부터 공급되는 기저전압(GND)에 의해 접지된다. The
그런데 도 2에서 알 수 있는 바 옴니 안테나에서 형성되는 빔(20)의 복사패턴은 무지향성으로써 주변환경에 적응적으로 대처할 수 없는 문제점이 있다. 예컨대, 주변환경에 따라서는 빔(20)이 특정방향으로 지향되어 그 방향으로 전파의 송/수신전력과 이득을 집중할 필요가 있는데, 옴니 안테나의 경우에는 빔(20)이 전 방향에서 거의 동일하게 분산되어 있다. However, as can be seen in FIG. 2, the radiation pattern of the
또한, 옴니 안테나는 그 길이가 λ/4로 고정되고 그 이하의 길이로 소형화될 수 없으므로 이동통신 단말기에 적용되기가 곤란한 문제점이 있다. 다이폴소자의 경우에는 λ/2로 더 길어진다. In addition, the omni antenna has a problem that it is difficult to be applied to a mobile communication terminal because its length is fixed to λ / 4 and cannot be reduced to a length smaller than that. In the case of a dipole element, it is longer as [lambda] / 2.
최근의 연구 결과에 따르면, 이동통신 단말기의 안테나에서 송/수신되는 빔(20)의 복사패턴에 수반되는 전자파가 단말기 사용자에게 전파되어 단말기 사용자에게 치명적인 악영향을 끼칠 수 있음이 밝혀졌다. 일반적으로 옴니 안테나와 같은 무지향성 안테나가 이동통신 단말기에 설치되고 있는데, 도 3과 같이 이동통신 단말기(30)의 옴니 안테나(31)에 송/수신되는 빔(20)의 전자파가 단말기 사용자에게 직접 전파되므로 빔(20)의 전자파로 인한 악영향은 이동통신 단말기(30)에서 더 심각한 문제로 대두되고 있다. According to the recent research results, it has been found that electromagnetic waves accompanying the radiation pattern of the
최근 안테나의 빔을 원하는 방향으로 지향시킬 수 있는 적응형 안테나가 미국특허 제6,100,843호를 통해 제안된 바 있다. 그런데 이 적응형 안테나는 사각 베이스의 네 모서리 각각에 위치하는 안테나소자들과 그 사각 베이스의 중앙에 설치도는 안테나소자를 포함한 총 5 개의 안테나소자들이 필요하므로 이동통신 단말기에 적용되기가 어려울 정도로 구조가 복잡하고 부피가 커질 수 밖에 없으며, 안테나소자들에 공급되거나 안테나소자들에 수신되는 신호의 위상을 제어하기 위한 위상 쉬프터, 합산회로, 제어회로 등이 필요하므로 회로비용이 추가되는 등 코스트가 높은 문제점이 있다. 상기 적응형 안테나는 휴지기간 동안 각각의 위상각마다 탐색을 실시한 후에 안테나소자들에 대한 위상세팅, 파일럿신호측정/저장, 최적의 위상 세팅 등의 일련의 과정들을 통해 빔지향 방향을 탐색하게 된다. 이러한 최적 빔지향 방향 탐색은 360°의 각 위상각에 대응하는 360 번의 루프실행을 포함하고 있기 때문에 호 절단이 나타날 수 있으며, 송신신호전력의 세기 즉, 역방향 링크의 전력이 증가시기 때문에 전력 소비가 급증할뿐 아니라 탐색시간이 과도하게 소요되는 문제점이 있다. Recently, an adaptive antenna capable of directing a beam of an antenna in a desired direction has been proposed through US Patent No. 6,100,843. However, this adaptive antenna requires a total of five antenna elements including antenna elements located at each of the four corners of the rectangular base and antenna elements installed in the center of the rectangular base, so that it is difficult to be applied to a mobile communication terminal. Is complicated and bulky, and requires a phase shifter, a summation circuit, and a control circuit to control the phase of a signal supplied to or received by the antenna elements, thus increasing the cost of the circuit. There is a problem. The adaptive antenna searches for beam direction through a series of processes such as phase setting, pilot signal measurement / storage, and optimal phase setting for antenna elements after searching for each phase angle during the idle period. Since the optimal beam-directed search includes 360 loops corresponding to each phase angle of 360 °, call truncation may occur, and power consumption may be increased because the strength of the transmission signal power, that is, the power of the reverse link, increases. In addition to the rapid increase, there is a problem that excessive search time is required.
따라서, 본 발명의 목적은 빔 스위칭이 가능하도록 한 빔 스위칭 안테나 시스템을 제공함에 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a beam switching antenna system that enables beam switching.
본 발명의 다른 목적은 주변환경에 따라 최적의 안테나 특성을 유지함과 아울러 안테나에서 형성되는 빔의 전자파가 인체에 악영향을 주는 것을 최소화하도록 한 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법 및 장치를 제공함에 있다. Another object of the present invention is to provide a control method and apparatus for a beam switching antenna system which maintains optimal antenna characteristics according to the surrounding environment and minimizes adverse effects on the human body of electromagnetic waves of a beam formed in the antenna.
본 발명의 또 다른 목적은 최적 빔지향 방향의 탐색시 탐색 소요시간을 최소화하고 소비전력을 줄이도록 한 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법 및 장치를 제공함에 있다.
It is still another object of the present invention to provide a control method and apparatus for a beam switching antenna system that minimizes search time and reduces power consumption when searching for an optimal beam direction.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템은 안테나소자와; 상기 안테나소자에 공급되는 고주파신호의 급전 위치를 선택적으로 다르게 제어하기 위한 급전 스위치회로를 구비한다.In order to achieve the above object, the beam switching antenna system according to an embodiment of the present invention and the antenna element; A feed switch circuit for selectively controlling a feed position of a high frequency signal supplied to the antenna element is provided.
상기 안테나소자는 상호 대칭적으로 대향하는 제1 및 제2 다이폴소자와; 상 기 제1 및 제2 다이폴소자 사이에 연결된 링크부를 구비한다.The antenna element includes first and second dipole elements that are symmetrically opposed to each other; And a link unit connected between the first and second dipole elements.
상기 다이폴소자 각각은 지그재그 형태로 굽어진 패턴을 구비한다.Each of the dipole elements has a pattern bent in a zigzag shape.
상기 급전 스위치회로는 상기 링크부의 중앙에 접속된 제1 급전 스위치와; 상기 제1 다이폴소자와 상기 제1 급전 스위치 사이에서 상기 링크부에 접속되는 제2 급전 스위치와; 상기 제2 다이폴소자와 상기 제1 급전 스위치 사이에서 상기 링크부에 접속되는 제3 급전 스위치와; 상기 제1 내지 제3 급전 스위치에 상기 고주파신호를 공급하기 위한 급전라인과; 상기 제1 내지 제3 급전 스위치들을 개별적으로 제어하여 상기 안테나소자들로부터 복사되는 복사패턴의 지향성을 제어하는 제어부를 구비한다.The feed switch circuit includes a first feed switch connected to the center of the link unit; A second feed switch connected to the link unit between the first dipole element and the first feed switch; A third feed switch connected to the link unit between the second dipole element and the first feed switch; A feed line for supplying the high frequency signal to the first to third feed switches; And controlling the directivity of the radiation pattern radiated from the antenna elements by individually controlling the first to third feed switches.
본 발명의 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템은 기판과; 상기 기판 상에 형성되는 유전체층을 더 구비한다.A beam switching antenna system according to an embodiment of the present invention includes a substrate; It further comprises a dielectric layer formed on the substrate.
상기 안테나소자는 상기 유전체층 상에 형성되는 것을 특징으로 한다. The antenna element is characterized in that formed on the dielectric layer.
상기 유전체층의 유전율은 상기 기판의 유전율보다 높은 것을 특징으로 한다.The dielectric constant of the dielectric layer is characterized in that higher than the dielectric constant of the substrate.
본 발명의 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템은 상기 기판을 관통하는 다수의 스루홀을 더 구비한다. The beam switching antenna system according to an embodiment of the present invention further includes a plurality of through holes penetrating the substrate.
상기 급전 스위치들은 상기 스루홀을 경유하여 상기 링크부에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 한다.The feed switches may be electrically connected to the link unit via the through hole.
본 발명의 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법은 안테나 시스템이 설치된 이동통신 단말기에 이어폰이 연결되는가를 감지하는 단계와; 상기 이동통신 단말기가 통화모드와 대기모드 중 어느 모드로 동작하는가를 감지하는 단계와; 상기 이어폰의 연결여부와 상기 동작모드에 따라 급전 스위치회로를 제어함으로써 상기 안테나 시스템의 빔을 제어하는 단계를 포함한다. A control method of a beam switching antenna system according to an embodiment of the present invention includes the steps of detecting whether the earphone is connected to the mobile communication terminal is installed; Detecting whether the mobile communication terminal operates in a call mode or a standby mode; And controlling a beam of the antenna system by controlling a feed switch circuit according to whether the earphone is connected and the operation mode.
상기 빔을 제어하는 단계는 상기 이동통신 단말기에 이어폰이 연결되면 상기 빔을 무지향성으로 제어하는 것을 특징으로 한다. The controlling of the beam may include omnidirectional control of the beam when an earphone is connected to the mobile communication terminal.
상기 빔을 제어하는 단계는 상기 이동통신 단말기가 통화모드로 동작하면 상기 빔을 지향성으로 제어하는 것을 특징으로 한다. The controlling of the beam may include directional control of the beam when the mobile communication terminal operates in a call mode.
상기 빔을 제어하는 단계는 상기 이동통신 단말기가 대기모드로 동작하면 상기 빔을 무지향성으로 제어하는 것을 특징으로 한다. The controlling of the beam may include omnidirectional control of the beam when the mobile communication terminal operates in a standby mode.
상기 빔을 제어하는 단계는 상기 이동통신 단말기에 상기 이어폰이 연결되지 않고 상기 이동통신 단말기가 통화모드로 동작하면 상기 빔을 지향성으로 제어하는 것을 특징으로 한다. In the controlling of the beam, when the earphone is not connected to the mobile communication terminal and the mobile communication terminal operates in a call mode, the beam is directionally controlled.
상기 빔을 제어하는 단계는 상기 이동통신 단말기에 상기 이어폰이 연결되지 않고 상기 이동통신 단말기가 대기모드로 동작하면 상기 빔을 무지향성으로 제어하는 것을 특징으로 한다. The controlling of the beam may include omnidirectional control of the beam when the earphone is not connected to the mobile communication terminal and the mobile communication terminal operates in a standby mode.
상기 빔을 제어하는 단계는 상기 이동통신 단말기의 사용자 반대측으로 상기 빔을 지향시키는 것을 특징으로 한다. The controlling of the beam may be directed to the opposite side of the user of the mobile communication terminal.
본 발명의 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법은 안테나 시스템의 빔을 현재 방향으로 지향시켜 제1 신호를 수신하는 제1 단계와; 상기 빔을 무지향성 빔으로 형성시켜 제2 신호를 수신하는 제2 단계와; 상기 제1 신호와 상기 제2 신호를 비교하여 그 비교 결과에 따라 급전 스위치를 이용하여 상기 빔의 지향방향을 제어하는 제3 단계를 포함한다.A control method of a beam switching antenna system according to an embodiment of the present invention includes a first step of directing a beam of an antenna system in a current direction to receive a first signal; Forming a beam as an omni-directional beam to receive a second signal; And comparing the first signal with the second signal and controlling a directing direction of the beam by using a feed switch according to the comparison result.
상기 제3 단계는 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 각각의 세기와 에러율 중 적어도 어느 하나를 측정하는 제4 단계와; 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 사이에 세기와 에러율 중 적어도 어느 하나를 비교하는 제5 단계와; 상기 제4 단계에서 측정된 제1 신호의 세기가 상기 제2 신호의 세기 이상이거나 상기 제1 신호의 에러율이 상기 제2 신호의 에러율 이하이면 상기 빔의 지향방향을 상기 현재 방향으로 형성하는 제6 단계와; 상기 제2 신호의 세기가 상기 제1 신호의 세기보다 크거나 상기 제2 신호의 에러율이 상기 제1 신호의 에러율보다 작으면 상기 빔을 현재 방향과 다른 방향으로 지향시켜 제3 신호를 수신하는 제7 단계와; 상기 제1 신호와 상기 제3 신호를 비교하여 그 비교 결과에 따라 상기 빔의 지향방향을 제어하는 제8 단계를 포함한다. The third step may include a fourth step of measuring at least one of an intensity and an error rate of each of the first signal and the second signal; A fifth step of comparing at least one of an intensity and an error rate between the first signal and the second signal; A sixth step of forming a beam directing direction in the current direction when the intensity of the first signal measured in the fourth step is greater than or equal to the strength of the second signal or the error rate of the first signal is less than or equal to the error rate of the second signal Steps; Receiving the third signal by directing the beam in a direction different from the current direction when the strength of the second signal is greater than the strength of the first signal or the error rate of the second signal is less than the error rate of the first signal. With 7 steps; And an eighth step of comparing the first signal with the third signal and controlling the directing direction of the beam according to the comparison result.
상기 제8 단계는 상기 제1 신호와 상기 제3 신호 각각의 세기와 에러율 중 적어도 어느 하나를 측정하는 제9 단계와; 상기 제1 신호와 상기 제3 신호 사이에 세기와 에러율 중 적어도 어느 하나를 비교하는 제10 단계와; 상기 제9 단계에서 측정된 상기 제1 신호의 세기가 상기 제3 신호의 세기 이상이거나 상기 제1 신호의 에러율이 상기 제3 신호의 에러율 이하이면 상기 빔을 상기 현재 방향과 상기 무지향성 빔 중 어느 하나로 제어하는 제11 단계와; 상기 제3 신호의 세기가 상기 제1 신호의 세기보다 크거나 상기 제3 신호의 에러율이 상기 제1 신호의 에러율보다 작으면 상기 빔의 지향방향을 상기 현재 방향과 다른 방향으로 형성하는 제12 단계를 포함한다.The eighth step may include: a ninth step of measuring at least one of an intensity and an error rate of each of the first signal and the third signal; A tenth step of comparing at least one of an intensity and an error rate between the first signal and the third signal; If the intensity of the first signal measured in the ninth step is equal to or greater than the intensity of the third signal or the error rate of the first signal is less than or equal to the error rate of the third signal, the beam is either one of the current direction and the non-directional beam. An eleventh step of controlling to one; Forming a directing direction of the beam in a direction different from the current direction when the intensity of the third signal is greater than the intensity of the first signal or the error rate of the third signal is less than the error rate of the first signal; It includes.
본 발명의 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어장치는 안테나 시스템이 설치된 이동통신 단말기에 이어폰이 연결되는가를 감지하는 이어폰 감지회로와; 상기 이동통신 단말기가 통화모드와 대기모드 중 어느 모드로 동작하는가를 감지하는 동작상태 검출회로와; 상기 이어폰의 연결여부와 상기 동작모드에 따라 상기 급전 스위치회로를 제어함으로써 상기 안테나 시스템의 빔을 제어하는 제어부를 구비한다. The control device of the beam switching antenna system according to an embodiment of the present invention includes an earphone sensing circuit for detecting whether the earphone is connected to the mobile communication terminal is installed; An operation state detection circuit for detecting whether the mobile communication terminal operates in a call mode or a standby mode; And a controller for controlling the beam of the antenna system by controlling the feed switch circuit according to whether the earphone is connected and the operation mode.
상기 제어부는 상기 이동통신 단말기에 이어폰이 연결되면 상기 빔을 무지향성으로 제어하는 것을 특징으로 한다. The controller may control the beam in a non-directional manner when the earphone is connected to the mobile communication terminal.
상기 제어부는 상기 이동통신 단말기가 통화모드로 동작하면 상기 빔을 지향성으로 제어하는 것을 특징으로 한다. The control unit is characterized in that the directional control the beam when the mobile communication terminal operates in the call mode.
상기 제어부는 상기 이동통신 단말기가 대기모드로 동작하면 상기 빔을 무지향성으로 제어하는 것을 특징으로 한다. The controller may control the beam in a non-directional manner when the mobile communication terminal operates in a standby mode.
상기 제어부는 상기 이동통신 단말기에 상기 이어폰이 연결되지 않고 상기 이동통신 단말기가 통화모드로 동작하면 상기 빔을 지향성으로 제어하는 것을 특징으로 한다. The controller may be configured to directionally control the beam when the earphone is not connected to the mobile communication terminal and the mobile communication terminal operates in a call mode.
상기 제어부는 상기 이동통신 단말기에 상기 이어폰이 연결되지 않고 상기 이동통신 단말기가 대기모드로 동작하면 상기 빔을 무지향성으로 제어하는 것을 특징으로 한다. The controller may be configured to control the beam in a non-directional manner when the earphone is not connected to the mobile communication terminal and the mobile communication terminal operates in a standby mode.
상기 제어부는 상기 이동통신 단말기의 사용자 반대측으로 상기 빔을 지향시 키는 것을 특징으로 한다. The controller is characterized in that the beam is directed to the opposite side of the user of the mobile communication terminal.
본 발명의 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어장치는 안테나 시스템의 빔을 현재 방향으로 지향시켜 제1 신호를 수신하고 상기 빔을 무지향성 빔으로 형성시켜 제2 신호를 수신하는 빔/형성 및 수신부와; 상기 제1 신호와 상기 제2 신호를 비교하여 그 비교 결과에 따라 상기 급전 스위치를 이용하여 상기 빔의 지향방향을 제어하는 제어부를 구비한다.The control device of the beam switching antenna system according to an embodiment of the present invention is directed to the beam of the antenna system in the current direction to receive a first signal and to form a beam as a non-directional beam to receive a second signal and A receiver; And a control unit for comparing the first signal and the second signal and controlling the directing direction of the beam using the feed switch according to the comparison result.
상기 제어부는 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 각각의 세기와 에러율 중 적어도 어느 하나를 측정하고, 상기 제1 신호와 상기 제2 신호 사이에 세기와 에러율 중 적어도 어느 하나를 비교하여 상기 제1 신호의 세기가 상기 제2 신호의 세기 이상이거나 상기 제1 신호의 에러율이 상기 제2 신호의 에러율 이하이면 상기 빔의 지향방향을 상기 현재 방향으로 형성하는 것을 특징으로 한다. The controller measures at least one of an intensity and an error rate of each of the first signal and the second signal, compares at least one of an intensity and an error rate between the first signal and the second signal, and compares the first signal. When the intensity of the second signal is greater than the intensity of the second signal or the error rate of the first signal is less than the error rate of the second signal is characterized in that the directing direction of the beam is formed in the current direction.
상기 제어부는 상기 제2 신호의 세기가 상기 제1 신호의 세기보다 크거나 상기 제2 신호의 에러율이 상기 제1 신호의 에러율보다 작으면 상기 빔을 현재 방향과 다른 방향으로 지향시켜 제3 신호를 수신하고 상기 제1 신호와 상기 제3 신호를 비교하여 그 비교 결과에 따라 상기 빔의 지향방향을 제어하는 것을 특징으로 한다.If the intensity of the second signal is greater than the strength of the first signal or the error rate of the second signal is less than the error rate of the first signal, the controller directs the beam in a direction different from the current direction to provide a third signal. And receiving and comparing the first signal and the third signal to control the direction of the beam according to the comparison result.
상기 제어부는 상기 제1 신호와 상기 제3 신호 각각의 세기와 에러율 중 적으도 어느 하나를 측정하고 상기 제1 신호와 상기 제3 신호 사이에 세기와 에러율 중 적어도 어느 하나를 비교하여 상기 제1 신호의 세기가 상기 제3 신호의 세기 이상이거나 상기 제1 신호의 에러율이 상기 제3 신호의 에러율 이하이면 상기 빔을 상기 현재 방향과 상기 무지향성 빔 중 어느 하나로 제어하는 것을 특징으로 한다. The controller measures at least one of the strength and the error rate of each of the first signal and the third signal, compares at least one of the strength and the error rate between the first signal and the third signal, and compares the first signal. When the intensity of the third signal is greater than the intensity of the third signal or the error rate of the third signal is less than the error rate of the third signal, characterized in that for controlling the beam in one of the current direction and the non-directional beam.
상기 제어부는 상기 제3 신호의 세기가 상기 제1 신호의 세기보다 크거나 상기 제3 신호의 에러율이 상기 제1 신호의 에러율보다 작으면 상기 빔의 지향방향을 상기 현재 방향과 다른 방향으로 형성하는 것을 특징으로 한다. The controller is configured to form the beam direction in a direction different from the current direction when the intensity of the third signal is greater than the intensity of the first signal or the error rate of the third signal is less than the error rate of the first signal. It is characterized by.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.Other objects and features of the present invention in addition to the above object will become apparent from the description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.
이하, 도 4 내지 도 18을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 to 18.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템은 세라믹기판(41) 상에 형성된 제1 및 제2 유전체층(44a, 44b)과, 제1 및 제2 유전체층(44a, 44b) 상에 형성되며 링크부(43)를 경유하여 대칭적으로 연결되는 다이폴소자(42a, 42b)와, 링크부(43)에 전기적으로 접속되는 제1 내지 제3 급전 스위치(SW1, SW2, SW3)와, 고주파신호전력이 공급되는 제1 급전라인(45a)과 급전 스위치(SW1, SW2, SW3)에 접속된 급전라인(45b)을 연결하기 위한 급전 커넥터(46)를 구비한다. 4 and 5, a beam switching antenna system according to an embodiment of the present invention includes first and second
유전체층(44a, 44b)은 전파의 진행 속도를 줄임으로써 세라믹기판(41)의 두께를 줄인다. 이 세라믹기판(41)의 두께는 유전체(44a, 44b)의 유전율이 높거나 유전체(44a, 44b)의 면적이 클수록 더 얇아질 수 있다. The
다이폴소자(42a, 42b)와 링크부(43)는 동일한 금속으로 유전체층(44a, 44b)과 세라믹기판(41) 상에 인쇄된다. 유전체층(44a, 44b) 상에 형성되는 다이폴소자(42a, 42b) 각각의 길이는 λ/2(여기서, λ는 전파의 파장)이다. 이 다이폴소자(42a, 42b) 각각은 지그재그 형태로 굽어져 있기 때문에 전파에 대한 길이가 λ/2로 유지되지만 수직방향에서 물리적인 길이가 λ/2보다 짧게 된다. 다시 말하여 다이폴소자들(42a, 42b)이 점선과 같이 곧게 뻗어 있을 때의 길이와 실선과 같이 지그재그 형태로 굽어질 때의 길이는 동일하지만 굽어진만큼 수직방향에서 다이폴소자들(42a, 42b)의 길이는 곧게 뻗어 있을 때보다 작다. The
제1 내지 제3 급전 스위치(SW1, SW2, SW3)는 링크부(43)의 서로 다른 위치에서 세라믹기판(41)을 관통하는 스루홀들(47a, 47b, 47c)을 경유하여 링크부(43)에 전기적으로 접속된다. 제1 급전 스위치(SW1)는 링크부(43)에서 좌측에 치우치는 제1 스루홀(47a)을 경유하여 링크부(43)의 좌측에 접속되며, 제2 급전 스위치(SW2)는 링크부(43)의 중앙에 위치하는 제2 스루홀(47b)을 경유하여 링크부(43)의 중앙에 접속된다. 그리고 제3 급전 스위치(SW3)는 링크부(43)에서 우측에 치우치는 제3 스루홀(47c)을 경유하여 링크부(43)의 우측에 접속된다. 이 급전 스위치들(SW1, SW2, SW3)은 후술되는 제어부의 제어 하에 좌측의 다이폴소자(42a)와 우측의 다이폴소자(42b)에 인가되는 고주파신호전력(RF)을 대칭적으로 공급하거나 비대칭적으로 공급한다. The first to third feed switches SW1, SW2, and SW3 are the
도 6은 급전 스위치들(SW1, SW2, SW3)을 제어하기 위한 제어장치를 나타낸다. 도 6에 있어서, 도면부호 'R1'과 'R2'는 다이폴소자들(42a, 42b)과 그 사이의 링크부(43)에 기생하는 기생저항이다. 6 shows a control device for controlling the feed switches SW1, SW2, SW3. In Fig. 6, reference numerals 'R1' and 'R2' are parasitic resistances parasitic on the
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 빔 스위칭 안테나의 제어장치는 이어폰 감 지회로(61), 통화상태신호 발생회로(62), 기지국신호 수신회로(64) 및 제어부(63)를 구비한다. Referring to FIG. 6, the control device of the beam switching antenna according to the present invention includes an
이어폰 감지회로(61)는 이어폰이 이동통신 단말기에 연결되었을 때 이동통신 단말기에 연결된 이어폰을 감지하여 이어폰 감지 데이터(Ep)를 발생한다. When the earphone is connected to the mobile communication terminal, the
통화상태신호 발생회로(62)는 발신 가입자와 수신 가입자 사이에 통화채널이 형성되어 이동통신 단말기가 통화모드(Traffic mode)로 동작하는가 아니면 통화채널이 단절된 대기모드(Idled mode)로 동작하는가를 감지하고 그 이동통신 단말기가 현재 통화모드 상태인지 대기모드 상태인지를 지시하는 통화/대기상태 데이터(Tr/Id)를 발생한다. 즉, 통화상태신호 발생회로(62)는 이동통신 단말기의 통화/대기 동작상태를 검출한다. The call state
기지국신호 수신회로(64)와 제어부(63)는 빔형성 및 기지국 신호 수신 역할을 함과 아울러 급전 스위치들(SW1, SW2, SW3)을 제어하여 빔(60)을 제어하는 역할을 한다. The base station
기지국신호 수신회로(64)는 안테나에 수신되는 기지국 신호들(RB)을 제어부(63)에 공급한다. 여기서, 기지국 신호(RB)는 기지국의 자기식별을 위한 파일럿신호인 Ec/Io(Energy of Carrier/Sum of noise), 동기신호(Sync), 페이징 신호(Paging), 트래픽 채널신호(Traffic channel) 등을 포함한다. 이 기지국신호 수신회로(64)는 여러 방향에서 동일한 주파수 대역으로 수신되는 기지국 신호전력들의 합으로 신호를 수신하는 레이크 수신기(Rake Receiver)로 구현될 수 있다. The base station
제어부(63)는 기지국 수신 신호(RB)를 기반으로 하여 급전 스위치들(5a 내지 5d)를 제어하기 위한 스위치 제어신호들을 발생하여 핸드 오프시 또는 통화 서비스 중에 빔 지향 방향을 탐색하고 그 탐색 결과에 따라 안테나의 빔을 최적의 빔지향 방향으로 설정하여 통화품질을 최적으로 유지한다. 이 빔 지향 방향의 탐색방법은 도 13 내지 도 15를 결부하여 상세히 설명된다. 그리고 제어부(63)는 이어폰 감지 데이터(Ep)과 통화/대기상태 데이터(Tr/Id)에 따라 스위치 제어신호들을 발생하고 그 스위치 제어신호들을 급전 스위치들(SW1, SW2, SW3)의 제어단자에 공급하여 빔을 지향성으로 혹은 무지향성으로 제어한다. 이어폰 연결상태와 통화/대기상태에 따른 제어부(63)의 동작은 도 16을 결부하여 상세히 설명하기로 한다. The
이어폰 감지회로(61), 통화상태신호 발생회로(62),기지국신호 수신회로(64) 및 제어부(63)는 이동통신 단말기 내의 회로기판 상에 실장된다. 그리고 급전 스위치(SW1, SW2, SW3), 다이폴소자(42a, 42b) 및 링크부(43)는 이동통신 단말기의 안테나를 구성한다. The
도 7 내지 도 11은 급전 스위치들(SW1, SW2, SW3)과 링크부(43) 및 다이폴소자(42a, 42b)의 전기적인 등가 회로로서 급전 스위치들(SW1, SW2, SW3)의 제어에 따라 변화되는 복사패턴의 변화를 나타낸다. 7 to 11 are electrical equivalent circuits of the feed switches SW1, SW2, SW3, the
도 7 내지 도 11에서 알 수 있는 바 본 발명의 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템은 아래의 표 1과 같이 세가지 모드로 동작하게 된다. 7 to 11, the beam switching antenna system according to the embodiment of the present invention operates in three modes as shown in Table 1 below.
도 7을 참조하면, 100 모드에서 제1 급전 스위치(SW1)는 턴-온되고 제2 및 제3 급전 스위치(SW2, SW3)는 오프 상태를 유지한다. 그러면 좌측의 제1 다이폴소자(42a)까지의 급전 경로보다 우측의 제2 다이폴소자(42b)까지의 급전 경로가 더 길어지기 때문에 좌측의 제1 다이폴소자(42a)에 인가되는 고주파신호전력(RF)에 비하여 우측의 제2 다이폴소자(42b)에 인가되는 고주파신호전력(RF)은 기생저항과 도시하지 않은 기생 캐패시터 등으로 인하여 위상이 지연된다. 좌측의 제1 다이폴소자(42a)와 우측의 제2 다이폴소자(42b)에 인가되는 고주파신호전력(RF)의 위상차가 실질적으로 90˚ 정도이면, 위상지연이 작은 제1 다이폴소자(42a)가 반사판 역할을 하게 된다. 그 결과, 빔(60)은 도 8과 같이 우향의 지향성으로 복사된다. Referring to FIG. 7, in the 100 mode, the first feed switch SW1 is turned on and the second and third feed switches SW2 and SW3 remain off. Then, since the feed path to the
도 9를 참조하면, 010 모드에서 제1 및 제3 급전 스위치(SW1, SW3)는 턴-오프되고 제2 급전 스위치(SW2)는 턴-온된다. 그러면 제1 및 제2 다이폴소자(42a, 42b)는 급전 경로가 실질적으로 동일하기 때문에 제1 및 제2 다이폴소자(42a, 42b)에 인가되는 고주파신호전력(RF)의 위상차는 거의 없다. 그 결과, 빔(60)은 도 10과 같이 무지향성으로 복사된다. Referring to FIG. 9, in the 010 mode, the first and third feed switches SW1 and SW3 are turned off and the second feed switch SW2 is turned on. Then, since the feed paths of the first and
도 11을 참조하면, 001 모드에서 제1 및 제2 급전 스위치(SW1, SW2)는 턴-오프되고 제3 급전 스위치(SW3)는 턴-온된다. 그러면 우측의 제2 다이폴소자(42b)까지의 급전 경로보다 좌측의 제1 다이폴소자(42a)까지의 급전 경로가 더 길어지기 때문에 우측의 제2 다이폴소자(42b)에 인가되는 고주파신호전력(RF)에 비하여 좌측의 제1 다이폴소자(42a)에 인가되는 고주파신호전력(RF)은 기생저항과 도시하지 않은 기생 캐패시터 등으로 인하여 위상이 지연된다. 좌측의 제1 다이폴소자(42a)와 우측의 제2 다이폴소자(42b)에 인가되는 고주파신호전력(RF)의 위상차가 실질적으로 90˚ 정도이면, 위상지연이 작은 제2 다이폴소자(42b)가 반사판 역할을 하게 된다. 그 결과, 빔(60)은 도 12와 같이 좌향의 지향성으로 복사된다. Referring to FIG. 11, in the 001 mode, the first and second feed switches SW1 and SW2 are turned off and the third feed switch SW3 is turned on. Then, since the feed path to the
도 13은 본 발명의 제1 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템의 빔 지향 방향의 탐색방법을 단계적으로 나타낸다. 이 빔 지향 방향의 탐색방법을 도 14a 내지 도 14c를 결부하여 설명하기로 한다. FIG. 13 is a flowchart illustrating a method of searching for a beam directing direction of a beam switching antenna system according to a first exemplary embodiment of the present invention. The searching method of the beam directing direction will be described with reference to Figs. 14A to 14C.
도 14a 내지 도 14c에 있어서, 도면부호 '71'과 '72'는 기지국이며, 도면부호 '90'과 '91'은 이동통신 단말기와 빔 스위칭 안테나 시스템이다. 빔 스위칭 안테나 시스템(91)은 도 4 및 도 5의 안테나와 도 6의 신호발생회로 및 제어회로를 포함한다. 그리고 도면부호 '60'은 빔 스위칭 안테나 시스템(91)에서 형성되는 빔(60)을 나타낸다. 14A to 14C, reference numerals '71' and '72' denote base stations, and reference numerals '90' and '91' denote mobile communication terminals and beam switching antenna systems. The beam
도 13 내지 도 14c를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템의 빔 지향 방향의 탐색방법은 이동 통신 단말기(90)에 설치된 빔 스위칭 안테나 시스템(91)을 통하여 순방향 링크시 기지국(71, 72)으로부터 송신되는 기지국신호(RB)를 수신하고 이동 통신 단말기(90)와 기지국(71, 72) 사이에 동기를 맞추는 초기화를 실시한다.(S131) 13 to 14C, the beam directing direction search method of the beam switching antenna system according to the first embodiment of the present invention is performed in the forward link through the beam switching
이어서, 제어부(63)는 옴니모드로 급전 스위치들(SW1, SW2, SW3)을 제어하여 도 14a와 같이 무지향성 빔을 형성한다.(S132) 이 때 이동 통신 단말기(90)의 빔 스위칭 안테나 시스템(91)은 좌측의 기지국(71)과 우측의 기지국(72)으로부터 송신되는 신호들 모두를 수신한다. 이렇게 무지향성으로 빔(60)을 형성하여 전 방향에 서 기지국 신호(RB)를 수신한 후에 제어부(63)는 수신된 기지국 신호(RB)의 세기를 측정함과 아울러 비트에러율(Bit Error rate) 또는 프레임에러율(Frame Error rate)로 에러율을 측정하고 측정된 기지국 신호(RB)의 세기와 에러율을 저장한다. 기지국 신호(RB)는 수신과 동시에 그 세기가 검출되어 이동통신 단말기(90) 내의 메모리에 저장된다. 기지국 신호(RB)의 세기는 대부분의 경우에 에러율과 반비례한다. 그리고 전 방향에서 측정된 기지국 신호(RB)의 세기 또는 에러율을 현재 방향의 빔 형성시 수신된 기지국 신호(RB)의 세기 또는 에러율과 비교한다.(S133) 여기서, 현재 방향은 초기화 이전에 형성되었던 빔의 방향으로서 무지향성 빔의 방향일 수도 있으며 특정 방향으로 지향하는 빔의 방향일 수도 있다. 현재 방향의 빔 형성시 수신된 기지국 신호(RB)의 세기 또는 에러율은 초기화 단계 이전에 측정되어 그 값이 일정 기간 동안 이동 통신 단말기(60) 내의 메모리에 저장된다. 이 현재 방향을 도 14b와 같이 빔(60)이 좌측의 기지국(71)을 향하는 제1 방향으로 가정하여 설명한다. Subsequently, the
S133 단계에서 무지향성의 빔 형성시 수신된 기지국 신호(RB)의 세기가 현재 방향 즉, 제1 방향의 빔 형성시 수신된 기지국 신호(RB)의 세기보다 크거나 무지향성의 빔 형성시 수신된 기지국 신호(RB)의 에러율이 제1 방향의 빔 형성시 수신된 기지국 신호(RB)의 에러율보다 낮으면 제어부(63)는 급전 스위치들(SW1, SW2, SW3)을 제어하여 다른 방향으로 빔을 형성하여 기지국 신호(RB)를 수신한다.(S134) 여기서, 다른 방향을 도 14c와 같이 빔(60)이 우측의 기지국(72)을 향하는 제2 방향으로 가정한다.In step S133, the strength of the base station signal RB received when forming the omni-directional beam is greater than the strength of the base station signal RB received when forming the beam in the current direction, that is, the first direction, or received when forming the non-directional beam. If the error rate of the base station signal RB is lower than the error rate of the received base station signal RB when the beam is formed in the first direction, the
S133 단계에서 무지향성의 빔 형성시 수신된 기지국 신호(RB)의 세기가 제1 방향의 빔 형성시 수신된 기지국 신호(RB)의 세기 이하이거나 무지향성의 빔 형성시 수신된 기지국 신호(RB)의 에러율이 제1 방향의 빔 형성시 수신된 기지국 신호(RB)의 에러율 이상이면 제어부(63)는 빔을 현재방향(제1 방향)으로 지향시킨다.(S137) 이 때, 현재 방향인 제1 방향이 최적 빔지향 방향이다.In step S133, the strength of the base station signal RB received when forming the omni-directional beam is equal to or less than the strength of the base station signal RB received when forming the beam in the first direction or the base station signal RB received when forming the omni-directional beam. If the error rate is equal to or greater than the error rate of the base station signal RB received when the beam is formed in the first direction, the
S134 단계에서 제어부(63)는 제2 방향으로 빔이 형성될 때 수신된 기지국 신호(RB)의 세기를 측정하고 에러율을 측정한다. 그리고 제2 방향에서 측정된 기지국 신호(RB)의 세기 또는 에러율을 현재 방향 즉, 제1 방향에서 측정된 기지국 신호(RB)의 세기 또는 에러율과 비교한다.(S135) In step S134, the
S135 단계에서 제2 방향의 빔 형성시 수신된 기지국 신호(RB)의 세기가 제1 방향의 빔 형성시 수신된 기지국 신호(RB)의 세기보다 크거나 제2 방향의 빔 형성시 수신된 기지국 신호(RB)의 에러율이 제1 방향의 빔 형성시 수신된 기지국 신호(RB)의 에러율보다 작으면 제어부(63)는 급전 스위치들(SW1, SW2, SW3)을 제어하여 제2 방향으로 빔을 형성한다.(S136) 이 때, 다른 방향인 제2 방향이 최적 빔지향 방향이다.In step S135, the strength of the base station signal RB received when the beam is formed in the second direction is greater than the strength of the base station signal RB received when the beam is formed in the first direction or the base station signal received when the beam is formed in the second direction. If the error rate of RB is smaller than the error rate of the base station signal RB received when the beam is formed in the first direction, the
S135 단계에서 제2 방향의 빔 형성시 수신된 기지국 신호(RB)의 세기가 제1 방향의 빔 형성시 수신된 기지국 신호(RB)의 세기 이하이거나 제2 방향의 빔 형성시 수신된 기지국 신호(RB)의 에러율이 제1 방향의 빔 형성시 수신된 기지국 신호(RB)의 에러율 이상이면 제어부(63)는 급전 스위치들(SW1, SW2, SW3)을 제어하여 제1 방향으로 빔을 형성한다.(S137) 또한, S135 단계에서 제2 방향의 빔 형성 시 수신된 기지국 신호(RB)의 세기가 제1 방향의 빔 형성시 수신된 기지국 신호(RB)의 세기 이하이거나 제2 방향의 빔 형성시 수신된 기지국 신호(RB)의 에러율이 제1 방향의 빔 형성시 수신된 기지국 신호(RB)의 에러율 이상이면 제어부(63)는 핸드 오프와 같은 경우에 급전 스위치들(SW1, SW2, SW3)을 제어하여 옴니방향 즉, 무지향성으로 빔을 형성할 수 있다. 이 S137 단계에서 형성되는 제1 방향이나 무지향성 방향은 최적 빔지향 방향이다.In step S135, the strength of the base station signal RB received when the beam is formed in the second direction is less than or equal to the strength of the base station signal RB received when the beam is formed in the first direction, or the base station signal received when the beam is formed in the second direction ( If the error rate of the RB is greater than or equal to the error rate of the base station signal RB received when forming the beam in the first direction, the
S136 및 S137 단계에 이어서, 제어부(63)는 방향 탐색 조건의 만족 여부를 판정한다. 방향 탐색 조건에는 미리 설정된 탐색시간과 수신전력레벨을 포함한다. 탐색시간은 대기 상태 또는 휴지기간으로 설정되거나 이동통신 단말기(90)가 통화모드로 동작 중이더라도 탐색을 시작하게 하는 주기적인 탐색 기준시간, 예를 들면 5초로 설정될 수 있다. 이 방향 탐색 조건을 충족하는 경우 즉, 탐색시간이 되었거나 수신전력레벨이 미리 설정된 기준레벨 이하로 기지국 신호(RB)가 수신되면 제어부(63)는 S132 내지 S137 단계를 재수행한다.(S138)Subsequent to steps S136 and S137, the
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템의 빔 지향 방향의 탐색방법은 무지향성으로 빔(60)을 형성하여 수신된 기지국 신호의 세기나 에러율을 현재 방향과 비교하고, 그 비교 결과 전 방향에서의 수신신호의 세기가 현재 방향 이하이거나 전 방향에서의 에러율이 현재 방향 이상일 때 현재 방향을 최적 방향으로 설정함으로써 불필요한 탐색시간을 생략하여 탐색시간을 줄이고 탐색시에 소요되는 소비전력을 줄이게 된다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템의 빔 지향 방향의 탐색방법은 최소의 탐색시간으로 최적 빔지향 방향을 설정함으로써 이동통신 단말기의 통화모드 동작시에 통화품질을 항상 최적으로 유지할 수 있다. As described above, the beam directing direction search method of the beam switching antenna system according to the embodiment of the present invention forms the
도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템의 빔 지향 방향의 탐색방법을 단계적으로 나타낸다. 이 빔 지향 방향의 탐색방법을 도 14a 내지 도 14c를 결부하여 설명하기로 한다. 15 is a step-by-step method for searching in the beam directing direction of the beam switching antenna system according to the second embodiment of the present invention. The searching method of the beam directing direction will be described with reference to Figs. 14A to 14C.
도 14a 내지 도 15를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템의 빔 지향 방향의 탐색방법은 이동 통신 단말기(90)에 설치된 빔 스위칭 안테나 시스템(91)을 통하여 순방향 링크시 기지국(71, 72)으로부터 송신되는 기지국신호(RB)를 수신하고 이동 통신 단말기(90)와 기지국(71, 72) 사이에 동기를 맞추는 초기화를 실시한다.(S151) 14A to 15, the beam directing direction search method of the beam switching antenna system according to the second embodiment of the present invention is performed in the forward link through the beam switching
이어서, 제어부(63)는 옴니모드로 급전 스위치들(SW1, SW2, SW3)을 제어하여 도 14a와 같이 무지향성 빔을 형성한다.(S152) 이 때 이동 통신 단말기(90)의 빔 스위칭 안테나 시스템(91)은 좌측의 기지국(71)과 우측의 기지국(72)으로부터 송신되는 신호들 모두를 수신한다. 이렇게 무지향성으로 빔(60)을 형성하여 전 방향에서 기지국 신호(RB)를 수신한 후에 제어부(63)는 수신된 기지국 신호(RB)의 세기를 측정함과 아울러 비트에러율(Bit Error rate) 또는 프레임에러율(Frame Error rate)로 에러율을 측정하고 측정된 기시국 신호(RB)의 세기와 에러율을 저장한다. Subsequently, the
옴니모드로 동작하여 기지국 신호들(RB)을 수신한 후, 제어부(63)는 급전 스위치들(SW1, SW2, SW3)을 제어하여 도 14b와 같이 제1 방향으로 지향되는 빔을 형성한다음, 도 14c와 같이 제2 방향으로 지향되는 빔을 형성하여 서로 다른 방향의 기지국들(71, 71)로부터 기지국 신호들(RB)을 연속적으로 수신한다.(S153, S154) 그리고 제어부(63)는 제1 방향에서 수신된 기지국 신호(RB)의 세기와 에러율을 측정 및 저장하고 제2 방향에서 수신된 기지국 신호(RB)의 세기와 에러율을 측정 및 저장한다. After receiving the base station signals RB by operating in the omni mode, the
이렇게 전 방향(무지향성 방향), 제1 방향 및 제2 방향 각각에서 기지국 신호들(RB)이 수신되고 그 신호들(RB)의 세기와 에러율이 측정되면 제어부(63)는 각각의 방향에서 수신신호들(RB)의 세기와 에러율을 비교하여 최적 빔방향을 설정하고 그 방향으로 빔(60)을 형성한다.(S155, S156) 즉, 제어부(63)는 전 방향(무지향성 방향), 제1 방향 및 제2 방향 각각에서 기지국 신호들(RB)이 수신된 기지국 신호들(RB) 중에서 수신전력의 세기가 가장 큰 방향으로 빔(60)을 형성하거나 에러율이 가장 작은 방향으로 빔(60)을 형성한다.When the base station signals RB are received in each of the omnidirectional, non-directional directions, the first direction, and the second direction, and the strength and the error rate of the signals RB are measured, the
S155 및 S156 단계에 이어서, 제어부(63)는 방향 탐색 조건의 만족 여부를 판정한다. 방향 탐색 조건에는 미리 설정된 탐색시간과 수신전력레벨을 포함한다. 탐색시간은 대기 상태 또는 휴지기간으로 설정되거나 이동통신 단말기(90)가 통화모드로 동작 중이더라도 탐색을 시작하게 하는 주기적인 탐색 기준시간, 예를 들면 5초로 설정될 수 있다. 이 방향 탐색 조건을 충족하는 경우 즉, 탐색시간이 되었거나 수신전력레벨이 미리 설정된 기준레벨 이하로 기지국 신호(RB)가 수신되면 제어부(63)는 S152 내지 S156 단계를 재수행한다.(S98)Subsequent to steps S155 and S156, the
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법에 있어서 이어폰 연결상태와 통화/대기 모드에 기반하여 빔을 제어하는 방법을 단계적 으로 나타낸다. 이 제어방법을 도 6의 제어장치를 결부하여 설명하기로 한다. 16 is a diagram illustrating a method of controlling a beam based on an earphone connection state and a call / standby mode in a method of controlling a beam switching antenna system according to an exemplary embodiment of the present invention. This control method will be described with reference to the control device of FIG.
도 6 및 도 16을 참조하면, 제어부(63)는 이어폰 감지회로(61)로부터 이어폰 감지데이터(Ep)를 입력받고 통화 상태신호 발생회로(62)부터 입력되는 통화/대기상태 데이터(Tr/Id)를 입력받아 이동통신 단말기(30)의 현재 상태를 조회한다.(S161) 6 and 16, the
이어폰 감지데이터(Ep)에 따라 이어폰(92)이 도 17과 같이 이동통신 단말기(90)에 연결된 것으로 판단되면, 제어부(63)는 010 모드로 동작하여 다이폴폴소자(42a, 42b)로부터 복사되는 빔(60)을 무지향성으로 제어한다.(S162 및 S165) 이어폰(92)이 이동통신 단말기(90)에 연결되고 그 이어폰(92)으로 사용자가 통화를 하면 일반적으로 이동통신 단말기(90)의 빔 스위칭 안테나(91)와 사용자의 머리 사이의 거리는 멀게 된다. 이렇게 이동통신 단말기(90)가 사용자의 머리로부터 멀리 떨어져 있으면 전자파의 세기가 거리의 제곱에 반비례하므로 이동통신 단말기(90)의 다이폴소자(42a, 42b)로부터 복사되는 빔(60)의 전자파가 사용자에게 거의 영향을 주지 않는다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법은 이어폰(92)을 사용할 때 빔(60)을 무지향성으로 제어하여 기지국(71, 72)의 방향에 관계없이 기지국(71, 72)과 이동통신 단말기(90) 사이의 송수신을 쉽게한다. 다시 말하여, 이어폰(92)이 이동통신 단말기(90)에 연결되어 있으면 본 발명은 이동통신 단말기(90)를 중심으로 어떠한 방향에 위치하는 기지국(71, 72)과 이동통신 단말기(90) 사이의 송수신을 용이하게 한다. When it is determined that the
S162 단계에서 이어폰(92)이 이동통신 단말기(90)에 연결되어 있지 않은 것으로 판단되고 통화/대기상태 데이터(Tr/Id)에 따라 이동통신 단말기(90)가 대기모 드로 동작하는 것으로 판단되면, 제어부(63)는 100 모드나 001 모드로 동작하여 다이폴소자(42a, 42b)에서 형성되는 빔(60)을 무지향성으로 제어한다.(S163 및 S165) 이동통신 단말기(90)가 대기모드(Idle mode)로 동작하면 사용자가 그 이동통신 단말기(90)를 귀에 가까이할 필요가 거의 거의 없으므로 사용자와 이동통신 단말기(90) 사이의 거리는 일반적으로 멀리 떨어져 있게 된다. 이렇게 이동통신 단말기(90)와 사용자의 머리 사이의 거리가 멀게 되면 전술한 바와 같이 빔(60)의 전자파가 사용자에게 거의 영향을 주지 않는다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법은 이동통신 단말기(90)가 대기모드로 동작할 때 빔(60)을 무지향성으로 제어하여 기지국(71, 72)의 방향에 관계없이 기지국(71, 72)과 이동통신 단말기(30) 사이의 송수신을 쉽게한다. If it is determined in step S162 that the
S162 단계에서 이어폰(92)이 이동통신 단말기(90)에 연결되지 않은 것으로 판단되고 통화/대기상태 데이터(Tr/Id)에 따라 이동통신 단말기(90)가 통화모드로 동작하는 것으로 판단되면, 제어부(63)는 도 18과 같이 사용자의 반대쪽으로 빔(70)이 형성되도록 제1 및 제3 급전 스위치들(SW1, SW3) 중 어느 하나만을 턴-온시킨다.(S163 및 S164) 이어폰(92)이 이동통신 단말기(90)에 연결되지 않은 상태에서 이동통신 단말기(90)가 통화모드(Traffic mode)로 동작하면 사용자는 도 18과 같이 이동통신 단말기(90)를 귀에 가까이한 상태에서 상대측 가입자와 통화를 한다. 이 때 빔(60)의 전자파가 사용자에게 악영향을 끼칠 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법은 이동통신 단말기(90)에 이어폰(92)이 연결되지 않은 상태에서 통화모드로 동작하면 빔(60)이 사용자의 반 대쪽으로 복사될 수 있도록 그 빔(60)을 지향성으로 제어하여 전자파가 사용자에게 전파되는 것을 최소화한다. If it is determined in step S162 that the
사용자의 반대방향은 이동통신 단말기(90)의 후방 방향으로 제어부(63)에 미리 설정되어 있다. 이동통신 단말기(90)의 후방 방향은 액정표시소자(LCD)가 부착된 이동통신 단말기(90)의 전면에서 밧데리가 부착된 이동통신 단말기(90)의 배면으로 향하는 방향으로 설정될 수 있다. The opposite direction of the user is preset in the
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템은 두 개의 다이폴소자들에 인가되는 고주파신호전력의 위상차를 제어할 수 있는 급전 스위치들을 이용하여 그 다이폴소자들로부터 복사되는 복사패턴을 지향성이나 무지향성으로 제어함으로써 주변환경에 따라 최적의 안테나 특성을 유지할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법 및 장치는 주변환경에 따라 빔을 무지향성으로 혹은 지향성으로 제어하여 주변환경에 따라 최적의 안테나 특성과 최적의 전파 서비스 환경을 보장할 수 있으며, 빔을 이동통신 단말기 사용자 반대쪽으로 지향시킴으로써 빔의 전자파로 인한 인체의 악영향을 최소화할 수 있다. 나아가, 본 발명의 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법 및 장치는 최적 빔지향 방향의 탐색시 무지향성 빔과 지향성 빔을 비교하고 그 비교결과에 따라 불필요한 각도의 탐색을 생략함으로써 탐색 소요시간을 최소화하고 소비전력을 줄일 수 있다. As described above, the beam switching antenna system according to the embodiment of the present invention uses a feed switch that can control the phase difference of the high frequency signal power applied to the two dipole elements to copy the radiation pattern radiated from the dipole elements. By directional or omnidirectional control, optimum antenna characteristics can be maintained depending on the surrounding environment. In addition, the control method and apparatus of the beam switching antenna system according to an embodiment of the present invention by controlling the beam in a non-directional or directional according to the surrounding environment to ensure the optimal antenna characteristics and the optimal radio wave service environment according to the surrounding environment By directing the beam away from the user of the mobile communication terminal, adverse effects of the human body due to the electromagnetic waves of the beam can be minimized. Further, the control method and apparatus of the beam switching antenna system according to the embodiment of the present invention compares the omni-directional beam and the directional beam during the search in the optimum beam direction direction, and the search time required by omitting unnecessary angle search according to the comparison result Can minimize the power consumption.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification but should be defined by the claims.
Claims (23)
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