KR100562850B1 - 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법 및 장치는 안테나 시스템의 빔을 현재 방향으로 지향시켜 제1 신호를 수신하고 상기 빔을 무지향성 빔으로 형성시켜 제2 신호를 수신한 후에 상기 제1 신호와 상기 제2 신호를 비교하여 그 비교 결과에 따라 접지 스위치를 이용하여 상기 빔의 지향방향을 제어한다.

Description

빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법 및 장치{Method and Apparatus for Beam Switching Antenna System}

도 1은 종래의 옴니 안테나를 나타내는 단면도이다.

도 2는 도 1의 옴니 안테나로부터 형성되는 빔을 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템을 나타내는 단면도이다.

도 4는 도 3에 도시된 빔 스위칭 안테나 시스템을 알기 쉽게 나타내는 분해 사시도이다.

도 5는 도 3에서 선 "Ⅰ-Ⅰ"를 절취하여 나타내는 빔 스위칭 안테나 시스템의 단면도이다.

도 6은 도 3 내지 도 5에 도시된 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어회로를 나타내는 블록도이다.

도 7a 내지 도 7k는 도 6에 도시된 제어회로의 제어 하에 변화되는 빔을 나타내는 도면들이다.

도 8a 내지 도 8c는 접지 스위치의 온/오프 상태에 따른 빔의 실제 실험결과를 나타내는 도면들이다.

도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템의 빔 지향 방향의 탐색방법을 단계적으로 나타내는 흐름도이다.

도 10a는 빔 지향 방향의 탐색시 무지향성으로 빔이 형성될 때를 나타내는 도면이다.

도 10b는 빔 지향 방향의 탐색시 제1 방향으로 지향되는 빔이 형성될 때를 나타내는 도면이다.

도 10c는 빔 지향 방향의 탐색시 제2 방향으로 지향되는 빔이 형성될 때를 나타내는 도면이다.

도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템의 빔 지향 방향의 탐색방법을 단계적으로 나타내는 흐름도이다.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법에 있어서 이어폰 연결상태와 통화/대기 모드에 기반하여 빔을 제어하는 방법을 단계적으로 나타내는 흐름도이다.

도 13은 이동통신 단말기에 이어폰이 연결된 상태를 보여 주는 사시도이다.

도 14는 사용자의 위쪽에서 사용자의 반대쪽으로 지향되는 빔을 나타내는 도면이다.

도 15a 내지 도 15e는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템들을 나타내는 도면들이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1, 11 : 모노폴소자 2, 12 : 급전라인

4, 14 : 접지라인 5, 5a∼5d, 111a∼111w : 접지 스위치

7, 117a∼117e : 유전체 8 : 급전 커넥터

9 : 제어부 20, 60 : 빔

30, 90 : 이동통신 단말기 31 : 이동통신 단말기의 안테나

51 : 이어폰 감지회로 52 : 통화 상태신호 발생회로

53 : 기지국신호 수신회로

3, 3a∼3d, 6, 6a∼6d, 13, 113a∼113w : 반사판

91 : 빔 스위칭 안테나 시스템 92 : 이어폰

본 발명은 안테나에 관한 것으로, 특히 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법 및 장치에 관한 것이다.

안테나는 구조에 따라, 야기 안테나, 파라볼라 안테나, 헬리컬 안테나, 평면안테나, 등의 다양한 종류가 있으며, 패턴에 따라, 옴니안테나, 디렉셔널안테나 등으로 구분된다. 현재까지 거의 모든 단말기에는 옴니안테나가 이용되고 있다.

옴니 안테나는 도 1과 같이 접지 도체판 상에 모노폴소자를 수직으로 형성한 구조이다.

도 1을 참조하면, 종래의 옴니 안테나는 급전라인(12)에 접속된 모노폴소자(11)와, 접지라인(14)에 접속된 반사판(13)을 구비한다.

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 복사패턴으로 변환하여 대기중으로 복사하고 대기로부터 수신된 복사패턴을 전기적인 신호로 변환하여 급전라인(12)에 공급한다.

반사판(13)은 모노폴소자(11)와 직각을 이루도록 수평으로 설치되며 접지라인(14)으로부터의 기저전압(GND)에 의해 접지된다.

그런데 옴니 안테나는 빔이 무지향성이기 때문에 주변환경에 적응적으로 대처할 수 없는 문제점이 있다. 예컨대, 주변환경에 따라서는 안테나 복사패턴의 이득이 특정방향에서 더 클 필요가 있는데 종래의 옴니 안테나는 빔이 무지향성이기 때문에 전 방향에서 안테나 이득이 거의 동일하게 분산되어 있다. 또한, 옴니 안테나는 그 길이가 λ/4로 고정되고 그 이하의 길이로 소형화될 수 없으므로 이동통신 단말기의 소형화를 어렵게 하고 외관의 조형미를 저해한다.

최근의 연구 결과에 따르면, 이동통신 단말기에 설치된 안테나로부터 발생되는 빔의 전자파는 이동통신 단말기 사용자에게 치명적인 악영향을 끼칠 수 있다. 특히, 도 2와 같이 이동통신 단말기(30)의 안테나(31)와 단말기 사용자가 가깝기 때문에 안테나의 빔(20)이 이동통신 단말기 사용자에게 미치는 악영향은 더 클 수밖에 없다.

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.

따라서, 본 발명의 목적은 최적 빔지향 방향의 탐색시 탐색 소요시간을 최소화하고 소비전력을 줄이도록 한 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법 및 장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1 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 상기 접지 스위치를 이용하여 상기 빔의 지향방향을 제어한다.

상기 제3 단계는 상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기를 측정하는 제4 단계와; 상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기를 비교하는 제5 단계와;상기 제1 신호의 세기가 상기 제2 신호의 세기 이상이면 상기 빔의 지향방향을 상기 현재 방향으로 형성하는 제6 단계를 포함한다.

상기 제3 단계는 상기 제2 신호의 세기가 상기 제1 신호의 세기보다 크면 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 더 포함한다.

상기 제8 단계는 상기 제1 신호의 세기와 상기 제3 신호의 세기를 측정하는 제9 단계와; 상기 제1 신호의 세기와 상기 제3 신호의 세기를 비교하는 제10 단계와; 상기 제1 신호의 세기가 상기 제3 신호의 세기 이상이면 상기 빔의 지향방향을 상기 현재 방향으로 형성하는 제11 단계를 포함한다.

상기 제8 단계는 상기 제1 신호의 세기와 상기 제3 신호의 세기를 측정하는 제9 단계와; 상기 제1 신호의 세기와 상기 제3 신호의 세기를 비교하는 제10 단계 와; 상기 제1 신호의 세기가 상기 제3 신호의 세기 이상이면 상기 빔을 무지향성으로 제어하는 제11 단계를 포함한다.

상기 제8 단계는 상기 제3 신호의 세기가 상기 제1 신호의 세기보다 크면 상기 빔의 지향방향을 상기 현재 방향과 다른 방향으로 형성하는 제12 단계를 더 포함한다.

상기 제3 단계는 상기 제1 신호의 에러율과 상기 제2 신호의 에러율을 측정하는 제4 단계와; 상기 제1 신호의 에러율과 상기 제2 신호의 에러율을 비교하는 제5 단계와; 상기 제1 신호의 에러율이 상기 제2 신호의 에러율 이하이면 상기 빔의 지향방향을 상기 현재 방향으로 형성하는 제6 단계를 포함한다.

상기 제3 단계는 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 더 포함한다.

상기 제8 단계는 상기 제1 신호의 에러율과 상기 제3 신호의 에러율을 측정하는 제9 단계와; 상기 제1 신호의 에러율과 상기 제3 신호의 에러율을 비교하는 제10 단계와; 상기 제1 신호의 에러율이 상기 제3 신호의 에러율 이하이면 상기 빔의 지향방향을 상기 현재 방향으로 형성하는 제11 단계를 포함한다.

상기 제8 단계는 상기 제1 신호의 에러율과 상기 제3 신호의 에러율을 측정하는 제9 단계와; 상기 제1 신호의 에러율과 상기 제3 신호의 에러율을 비교하는 제10 단계와; 상기 제1 신호의 에러율이 상기 제3 신호의 에러율 이하이면 상기 빔 을 무지향성을 제어하는 제11 단계를 포함한다.

상기 제8 단계는 상기 제3 신호의 에러율이 상기 제1 신호의 에러율보다 작으면 상기 빔의 지향방향을 상기 현재 방향과 다른 방향으로 형성하는 제12 단계를 더 포함한다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법은 탐색주기를 설정하는 제13 단계를 더 포함한다.

상기 탐색주기마다 상기 제1 내지 제12 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법은 기준 신호레벨을 설정하는 제15 단계와; 상기 수신된 신호의 신호레벨을 상기 기준 신호레벨과 비교하는 제16 단계와; 상기 신호레벨들 간의 비교 결과에 따라 상기 수신된 신호들의 신호레벨이 상기 기준 신호레벨 이하이면 상기 제1 내지 제12 단계를 수행하는 제17 단계를 더 포함한다.

상기 제2 단계는 상기 접지 스위치를 턴-오프시켜 상기 반사판에 인가되는 기저전압을 차단하여 상기 빔을 무지향성으로 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 제3 단계는 상기 접지 스위치를 턴-온시켜 상기 반사판에 기저전압을 공급하여 상기 빔을 지향성으로 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 빔의 형성시 수신된 신호들은 기지국으로부터 송신된 신호인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법은 안테나 시스템의 빔을 무지향성 빔으로 형성시켜 제1 신호를 수신하는 제1 단계와; 상기 빔을 제1 방향으로 지향시켜 제2 신호를 수신하는 제2 단계와; 상기 빔을 제2 방향으로 지향시켜 제3 신호를 수신하는 제3 단계와; 상기 수신된 신호들을 비교하여 그 비교 결과에 따라 상기 접지 스위치를 이용하여 상기 빔을 제어하는 제4 단계를 포함한다.

상기 제4 단계는 상기 수신된 신호들의 세기를 측정하는 제5 단계와; 상기 수신된 신호들의 세기를 비교하는 제6 단계와; 상기 수신된 신호들의 세기가 가장 큰 방향으로 상기 빔을 제어하는 제7 단계를 포함한다.

상기 제4 단계는 상기 수신된 신호들의 에러율을 측정하는 제5 단계와; 상기 수신된 신호들의 에러율을 비교하는 제6 단계와; 상기 수신된 신호들의 에러율이 가장 작은 방향으로 상기 빔을 제어하는 제7 단계를 포함한다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어장치는 안테나 시스템의 빔을 현재 방향으로 지향시켜 제1 신호를 수신하고 상기 빔을 무지향성 빔으로 형성시켜 제2 신호를 수신하는 빔형성 및 신호수신부와; 상기 제1 신호와 상기 제2 신호를 비교하여 그 비교 결과에 따라 상기 접지 스위치를 이용하여 상기 빔의 지향방향을 제어하는 제어부를 구비한다.

상기 제어부는 상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기를 측정하고 상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호 사이에 세기를 비교하여 상기 제1 신호의 세기가 상기 제2 신호의 세기 이상이면 상기 빔의 지향방향을 상기 현재 방향으로 형 성하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 제2 신호의 세기가 상기 제1 신호의 세기보다 크면 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.

상기 제어부는 상기 제1 신호의 세기와 상기 제3 신호의 세기를 측정하고 상기 제1 신호와 상기 제3 신호 사이에 세기를 비교하여 상기 제1 신호의 세기가 상기 제3 신호의 세기 이상이면 상기 빔을 상기 현재 방향 및 상기 무지향성 방향 중 어느 한 방향으로 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 제3 신호의 세기가 상기 제1 신호의 세기보다 크면 상기 빔의 지향방향을 상기 현재 방향과 다른 방향으로 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 제1 신호의 에러율과 상기 제2 신호의 에러율을 측정하고 상기 제1 신호의 에러율과 상기 제2 신호 사이에 에러율을 비교하여 상기 제1 신호의 에러율이 상기 제2 신호의 에러율 이하이면 상기 빔의 지향방향을 상기 현재 방향으로 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 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.

상기 제어부는 상기 제1 신호의 에러율과 상기 제3 신호의 에러율을 측정하 고 상기 제1 신호의 에러율과 상기 제3 신호 사이에 에러율을 비교하여 상기 제1 신호의 에러율이 상기 제3 신호의 에러율 이하이면 상기 빔을 상기 현재 방향 및 상기 무지향성 방향으로 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 제3 신호의 에러율이 상기 제1 신호의 에러율보다 작으면 상기 빔의 지향방향을 상기 현재 방향과 다른 방향으로 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 미리 설정된 탐색주기마다 상기 빔 형성, 상기 신호의 수신 및 상기 빔의 제어를 주기적으로 행하기 위한 탐색시간이 설정되는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 미리 설정된 기준 신호레벨과 상기 수신된 신호의 신호레벨을 비교하고 상기 신호레벨들 간의 비교 결과에 따라 상기 빔 형성, 상기 신호의 수신 및 상기 빔의 제어를 재시작 여부를 결정하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 수신된 신호들의 신호레벨이 상기 기준 신호레벨 이하이면 상기 빔 형성, 상기 신호의 수신 및 상기 빔의 제어를 재시작하는 것을 특징으로 한다.

상기 빔형성 및 신호수신부는 상기 접지 스위치를 턴-오프시켜 상기 반사판에 인가되는 기저전압을 차단하여 상기 빔을 무지향성으로 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 빔형성 및 신호수신부는 상기 접지 스위치를 턴-온시켜 상기 반사판에 기저전압을 공급하여 상기 빔을 지향성으로 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 안테나 시스템은 이동통신 단말기에 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 빔의 형성시 수신된 신호들은 기지국으로부터 송신된 신호인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어장치는 안테나 시스템의 빔을 무지향성 빔으로 형성시켜 제1 신호를 수신하고 상기 빔을 제1 방향으로 지향시켜 제2 신호를 수신함과 아울러 상기 빔을 제2 방향으로 지향시켜 제3 신호를 수신하는 빔형성 및 신호수신부와; 상기 수신된 신호들을 비교하여 그 비교 결과에 따라 상기 접지 스위치를 이용하여 상기 빔을 제어하는 제어부를 구비한다.

상기 제어부는 상기 수신된 신호들의 세기를 측정하고 상기 수신된 신호들의 세기를 비교하여 상기 수신된 신호들의 세기가 가장 큰 방향으로 상기 빔을 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 수신된 신호들의 에러율을 측정하고 상기 수신된 신호들의 에러율을 비교하여 상기 수신된 신호들의 에러율이 가장 작은 방향으로 상기 빔을 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 도 3 내지 도 15e를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 설명하기로 한다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템은 급전라인(12)에 접속된 모노폴소자(1)와, 모노폴소자(1)와 평행하게 대향하 는 상부 반사판들(3a 내지 3d) 및 하부 반사판들(6a 내지 6d)과, 모노폴소자(1)와 반사판들(3a 내지 3d, 6a 내지 6d) 사이에 설치되는 유전체(7)와, 상부 반사판들(3a 내지 3d)과 하부 반사판들(6a 내지 6d) 사이에 설치되는 접지 스위치들(5a 내지 5d)을 구비한다.

모노폴소자(1)는 그 길이가 λ/4 의 전파 파장 길이이며 급전 커넥터(8)를 경유하여 급전라인(2)에 접속된다. 그리고 모노폴소자(1)는 유전체(7)를 사이에 두고 반사판들(3a 내지 3d, 6a 내지 6d)과 λ/4의 전파 파장 길이로 이격된다. 이 모노폴소자(1)는 급전라인(2)으로부터의 고주파신호전력을 복사패턴으로 변환하여 대기중으로 복사하고 대기로부터 수신된 복사패턴을 전기적인 신호로 변환하여 급전라인(2)에 공급한다.

본 발명에 따른 빔 지향성 안테나 시스템은 모노폴소자(1)가 무지향성의 빔을 형성하지만 기저전압(GND)을 반사판들(3a 내지 3d, 6a 내지 6d)에 선택적으로 공급함으로써 안테나소자(1)의 빔을 원하는 방향으로 지향시킬 수 있다.

반사판들(3a 내지 3d, 6a 내지 6d) 각각은 유전체(7)의 외측 4 개의 면 상에서 유전체(7)를 사이에 두고 모노폴소자(11)와 평행하게 대향되고 모노폴소자(11)와 등거리로 이격된다. 이 반사판들(3a 내지 3d, 6a 내지 6d)에는 접지 스위치들(5a 내지 5d)이 턴-온될 때 기저전압(GND)이 공급된다. 턴-온된 접지 스위치를 통하여 기저전압(GND)이 공급되는 반사판은 빔의 복사패턴을 반사하여 빔에 지향성을 부여한다. 반면에, 기저전압(GND)이 공급되지 않는 반사판은 빔의 복사패턴을 투과시켜 그 복사패턴에 거의 영향을 주지 않는다.

한편, 반사판들(3a 내지 3d, 6a 내지 6d)은 기저전압(GND)이 공급되지 않을 때 빔의 복사패턴에 영향을 주어서는 안된다. 시험 결과에 따르면 상부 반사판들(3a 내지 3d)의 길이를 λ/8로 하고 하부 반사판들(6a 내지 6d)의 길이를 λ/16로 하였을 때 반사판들(3a 내지 3d, 6a 내지 6d)로 인한 복사패턴의 왜곡을 최소화할 수 있었다. 그리고 접지 스위치들(5a 내지 5d)의 길이는 λ/16이며, 접지라인(4)의 길이는 λ/4일 때 빔의 왜곡이 최소화되었다.

접지 스위치들(5a 내지 5d)은 상부 반사판들(3a 내지 3d)과 하부 반사판들(6a 내지 6d) 사이에 설치되어 접지라인(4)과 하부 반사판들(6a 내지 6d)로부터의 기저전압(GND)을 후술하는 제어부의 제어 하에 선택적으로 상부 반사판들(3a 내지 3d)에 공급한다. 이 접지 스위치들(5a 내지 5d)은 제어신호에 의해 양단 사이의 전류패스를 스위칭하는 트랜지스터나 다이오드와 같은 전기적 스위치소자로 구현될 수 있다. 이렇게 접지 스위치들(5a 내지 5d)이 상부 반사판들(5a 내지 5d)과 하부 반사판들(6a 내지 6d) 사이에 설치되면 조립시에 하부 반사판들(6a 내지 6d)과 접지라인(4)의 접속이 용이하다.

유전체(7)는 복사패턴의 전파속도를 지연시킴으로써 안테나 시스템을 소형화한다. 즉, 복사패턴의 전파는 유전체(7)를 통과하면서 그 진행속도가 지연된다. 이렇게 유전체(7)를 통과하면서 전파의 속도가 지연되기 때문에 유전체(7) 밖에서의 전파 파장 λ는 유전체(7)를 통과하면서 동일 주파수에서 유전체(7)의 유전율의 제곱에 반비례하여 작아진다. 그 결과, 전파의 파장 λ/4가 작아지는 만큼 유전체(7)의 두께는 얇아진다. 이러한 유전체(7)의 두께는 전술한 바와 같이 유전 체(7)의 유전율이 높거나 유전체(7)의 면적이 클수록 더 얇아질 수 있다.

반사판들(3a 내지 3d, 6a 내지 6d)과 접지라인(4) 사이의 임피던스 매칭을 위하여 매칭회로가 하부 반사판(6a 내지 6d)과 접지라인(4) 사이에 설치될 수 있다. 또한, 급전라인(2)과 모노폴소자(1) 사이에 고주파신호전력의 손실을 최소화하기 위하여 임피던스를 매칭하기 위한 매칭회로가 설치될 수 있다.

모노폴소자(1)와 반사판들(3a 내지 3d, 6a 내지 6d)은 알루미늄과 같은 금속으로 제작된다.

본 발명에 따른 안테나 시스템은 기지국이나 중계기에 설치될 수 있음은 물론이며, 전술한 바와 같이 유전체(7)로 인하여 슬림화, 콤팩트화될 수 있으므로 이동통신 단말기의 안테나에 적용되어 이동통신 단말기의 소형화에 기여할 수 있다. 이 안테나 시스템이 이동통신 단말기에 적용된 것을 가정하여 빔을 제어하기 위한 방법을 설명하기로 한다.

도 6은 접지 스위치들(5a 내지 5d)을 제어하기 위한 제어 시스템을 나타낸다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 빔 스위칭 안테나의 제어장치는 이어폰 감지회로(51), 통화상태신호 발생회로(52), 기지국신호 수신회로(53) 및 제어부(9)를 구비한다.

이어폰 감지회로(51)는 이어폰이 이동통신 단말기에 연결되었을 때 이동통신 단말기에 연결된 이어폰을 감지하여 이어폰 감지 데이터(Ep)를 발생한다.

통화상태신호 발생회로(52)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.

기지국 수신회로(53)와 제어부(9)는 안테나 시스템의 빔을 지향성으로 혹은 무지향성을 형성하고 빔 형성시 수신된 기지국 신호(RB)의 순방향 링크신호를 수신하는 빔형성 및 신호수신 역할을 한다.

기지국신호 수신회로(53)는 안테나에 수신되는 기지국 신호들(RB)을 제어부(9)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(53)는 여러 방향에서 동일한 주파수 대역으로 수신되는 기지국 신호전력들의 합으로 신호를 수신하는 레이크 수신기(Rake Receiver)로 구현될 수 있다.

제어부(9)는 기지국 수신 신호(RB)를 기반으로 하여 접지 스위치들(5a 내지 5d)를 제어하기 위한 스위치 제어신호들(S1 내지 S4)을 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 9 내지 도 11을 결부하여 상세히 설명된다. 그리고 제어부(9)는 이어폰 감지 데이터(Ep)와 통화/대기상태 데이터(Tr/Id)에 따라 스위치 제어신호들(S1 내지 S4)을 발생하고 그 스위치 제어신호들(S1 내지 S4)을 접지 스 위치들(5a 내지 5d)의 제어단자에 공급하여 빔을 지향성으로 혹은 무지향성으로 제어한다. 이어폰 연결상태와 통화/대기상태에 따른 제어부(9)의 동작은 도 12를 결부하여 상세히 설명하기로 한다.

도 7a 내지 도 7k는 접지 스위치들(5a 내지 5d)의 온/오프 상태에 따른 복사패턴을 나타낸다.

도 7a 내지 7k을 참조하면, 제어부(9)는 접지 스위치들(5a 내지 5d)을 제어하여 모노폴소자(1)로부터 발생되는 빔(60)을 무지향성으로 혹은 지향성으로 제어한다.

도 7a와 같이 모든 접지 스위치들(5a 내지 5d)이 오프되는 경우에 빔(60)은 무지향성으로 형성된다. 도 7b 내지 도 7k와 같이 접지 스위치들(5a 내지 5d) 중 적어도 어느 하나라도 턴-온(turn-on)되어 반사판들(3a 내지 3d, 6a 내지 6d)이 선택적으로 접지된다면, 빔(60)의 복사패턴은 접지된 반사판 상에서 반사되어 그 반사판의 반대쪽으로 지향된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템은 온/오프되는 접속 스위치들(5a 내지 5d)의 온/오프 수를 다르게 함으로써 빔(60)의 빔폭과 이득까지 제어할 수 있다. 예컨대, 도 7b와 같이 제2 접지 스위치(5b)만 턴-온되는 경우와 도 7j와 같이 제4 접지 스위치(5d)를 제외한 다른 접지 스위치들(5a 내지 5c)이 턴-온되는 경우에 빔(60)의 지향성은 동일하다. 그런데 도 7b와 같이 제2 접지 스위치(5b)만 턴-온되는 경우에 비하여 도 7j와 같이 제4 접지 스위치(5d)를 제외한 다른 접지 스위치들(5a 내지 5c)이 턴-온되는 경우에 빔(60)의 빔폭이 더 작아지게 되고 이득이 더 커지게 된다.

도 8a 내지 도 8c는 접지 스위치들(5a 내지 5d)의 온/오프 상태에 따른 빔(60)의 실험 결과를 나타낸다. 도 8a는 모든 접지 스위치들(5a 내지 5d)이 오프 상태를 유지할 때 모노폴소자(1)에서 형성되는 빔(60)은 무지향성이며 도 8b 및 도 8c는 접지 스위치들(5a 내지 5d) 중에서 어느 하나의 접지 스위치가 턴-온되었을 때의 빔(60)은 지향성이다.

도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템의 빔 지향 방향의 탐색방법을 단계적으로 나타낸다. 이 빔 지향 방향의 탐색방법을 도 10a 내지 도 10c를 결부하여 설명하기로 한다.

도 10a 내지 도 10c에 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 3 내지 도 5의 안테나와 도 6의 신호발생회로 및 제어회로를 포함한다. 그리고 도면부호 '60'은 빔 스위칭 안테나 시스템(61)에서 형성되는 빔(60)을 나타낸다.

도 9 내지 도 10c를 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.(S91)

이어서, 제어부(9)는 옴니모드로 접지 스위치들(5a 내지 5d)을 제어하여 도 10a와 같이 무지향성 빔을 형성한다.(S92) 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(9)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)의 세기는 수신과 동시에 검출되어 이동통신 단말기(90) 내의 메모리에 저장된다. 그리고 전 방향에서 측정된 기지국 신호(RB)의 세기 또는 에러율을 현재 방향의 빔 형성시 수신된 기지국 신호(RB)의 세기 또는 에러율과 비교한다.(S93) 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 10b와 같이 빔(60)이 좌측의 기지국(71)을 향하는 제1 방향으로 가정하여 설명한다.

S93 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(9)는 접지 스위치들(5a 내지 5d)을 제어하여 다른 방향으로 빔을 형성하여 기지국 신호(RB)를 수신한다.(S94) 여기 서, 다른 방향을 도 10c와 같이 빔(60)이 우측의 기지국(72)을 향하는 제2 방향으로 가정한다.

S93 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(9)는 빔을 현재방향(제1 방향)으로 지향시킨다.(S97) 이 때, 현재 방향인 제1 방향이 최적 빔지향 방향이다.

S94 단계에서 제어부(9)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.(S95)

S95 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(9)는 접지 스위치들(5a 내지 5d)을 제어하여 제2 방향으로 빔을 형성한다.(S96) 이 때, 다른 방향인 제2 방향이 최적 빔지향 방향이다.

S95 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(9)는 접지 스위치들(5a 내지 5d)을 제어하여 제1 방향으로 빔을 형성한다.(S97) 또한, S95 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(9)는 핸드 오프와 같은 경우에 접지 스위치들(5a 내지 5d)을 제어하여 옴니방향 즉, 무지향성으로 빔을 형성할 수 있다. 이 S97 단계에서 형성되는 제1 방향이나 무지향성 방향은 최적 빔지향 방향이다.

S96 및 S97 단계에 이어서, 제어부(9)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(9)는 S92 내지 S97 단계를 재수행한다.(S98)

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 탐색 시에 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.

도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템의 빔 지향 방향의 탐색방법을 단계적으로 나타낸다. 이 빔 지향 방향의 탐색방법을 도 10a 내지 도 10c를 결부하여 설명하기로 한다.

도 10a 내지 도 11을 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.(S111)

이어서, 제어부(9)는 옴니모드로 접지 스위치들(5a 내지 5d)을 제어하여 도 10a와 같이 무지향성 빔을 형성한다.(S112) 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(9)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.

옴니모드로 동작하여 기지국 신호들(RB)을 수신한 후, 제어부(9)는 접지 스 위치들(5a 내지 5d)을 제어하여 도 10b와 같이 제1 방향으로 지향되는 빔을 형성한다음, 도 10c와 같이 제2 방향으로 지향되는 빔을 형성하여 서로 다른 방향의 기지국들(71, 71)로부터 기지국 신호들(RB)을 연속적으로 수신한다.(S113, S114) 그리고 제어부(9)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.

이렇게 전 방향(무지향성 방향), 제1 방향 및 제2 방향 각각에서 기지국 신호들(RB)이 수신되고 그 신호들(RB)의 세기와 에러율이 측정되면 제어부(9)는 각각의 방향에서 수신신호들(RB)의 세기와 에러율을 비교하여 최적 빔방향을 설정하고 그 방향으로 빔(60)을 형성한다.(S115, S116) 즉, 제어부(9)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.

S115 및 S116 단계에 이어서, 제어부(9)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(9)는 S112 내지 S116 단계를 재수행한다.(S98)

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법에 있어서 이어폰 연결상태와 통화/대기 모드에 기반하여 빔을 제어하는 방법을 단계적으로 나타낸다.

도 6 및 도 12를 참조하면, 제어부(9)는 이어폰 감지회로(51)로부터 이어폰 감지데이터(Ep)를 입력받고 통화 상태신호 발생회로(52)부터 입력되는 통화/대기상태 데이터(Tr/Id)를 입력받아 이동통신 단말기(90)의 현재 상태를 조회한다.(S121)

이어폰 감지데이터(Ep)에 따라 이어폰이 이동통신 단말기에 연결된 것으로 판단되면, 제어부(9)는 모든 접지 스위치들(5a 내지 5d)을 턴-오프(turn-off)시켜 반사판들(3a 내지 3d)에 공급되는 기저전압(GND)을 차단하여 빔(60)을 무지향성으로 제어한다.(S122 및 S125) 도 13에서 알 수 있는 바와 같이 이어폰(92)이 이동통신 단말기(90)에 연결되고 그 이어폰(91)으로 사용자가 통화를 하면 일반적으로 이동통신 단말기(90)의 안테나와 사용자의 머리 사이의 거리는 멀어진다. 이렇게 이동통신 단말기(90)와 사용자의 머리 사이의 거리가 멀게 되면 전자파의 세기가 거리의 제곱에 반비례하므로 이동통신 단말기(90)의 모노폴소자(1)로부터 발생되는 빔(60)의 전자파가 사용자에게 거의 영향을 주지 않는다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법은 이어폰을 사용할 때 빔(60)을 무지향성으로 제어하여 기지국(71, 71)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.

S122 단계에서 이어폰(92)이 이동통신 단말기(90)에 연결되지 않은 것으로 판단되고 통화/대기상태 데이터(Tr/Id)에 따라 이동통신 단말기(90)가 대기모드로 동작하는 것으로 판단되면, 제어부(9)는 모든 접지 스위치들(5a 내지 5d)을 턴-오프(turn-off)시켜 반사판들(3a 내지 3d)에 공급되는 기저전압(GND)을 차단하여 빔(60)을 무지향성으로 제어한다.(S123 및 S125) 이동통신 단말기(90)가 대기모드(Idle mode)로 동작하면 사용자가 이동통신 단말기(90)를 귀에 가까이할 필요가 거의 없으므로 사용자와 이동통신 단말기(90) 사이의 거리는 일반적으로 멀리 떨어지게 된다. 이렇게 이동통신 단말기(90)와 사용자의 머리 사이의 거리가 멀게 되면 전술한 바와 같이 이동통신 단말기(90)의 모노폴소자(1)로부터 발생되는 빔(60)의 전자파가 사용자에게 거의 영향을 주지 않는다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법은 이동통신 단말기가 대기모드로 동작할 때 빔(60)을 무지향성으로 제어하여 기지국(71, 72)의 방향에 관계없이 기지국(71, 72)과 이동통신 단말기(90) 사이의 송수신을 쉽게한다.

S122 단계에서 이어폰(91)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(9)는 도 14와 같이 접지 스위치들(5a 내지 5d) 중에서 선택된 특정 스위치들을 턴-온시켜 빔(60)을 사용자의 반대쪽으로 지향시킨다.(S123 및 S124) 이어폰(91)이 이동통신 단말기(90)에 연결되지 않은 상태에서 이동통신 단말기(90)가 통화모드(Traffic mode)로 동작하면 사용자는 도 2 및 도 14와 같이 이동통신 단말기(90)를 귀에 가까이한 상태에서 상대 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(91)이 연결되지 않은 상태에서 통화모드로 동작하면 빔(60)을 사용자의 반대 방향으로 지향시켜 빔(60)의 전자파가 사용자에게 전파되는 것을 최소화한다.

사용자의 반대방향은 이동통신 단말기(90)의 후방 방향으로 제어부(9)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.

반사판들(5a 내지 5d)은 하나의 반사판으로도 구현될 수 있으므로 반드시 다수로 구성될 필요가 없다. 예컨대, S123 및 S124 단계에서 사용자 반대측으로 복사패턴을 지향하도록 제어한다면 사용자와 가까운 하나의 반사판만이 필요하고 그 이외의 반사판들은 필요없다.

도 15a 내지 도 15e는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템들을 나타낸다.

도 15a 내지 도 15e를 참조하면, 모노폴소자(1)가 내부에 위치되는 유전체(117a 내지 117e)는 그 횡단면이 정사각형, 정삼각형, 정오각형 등의 정다각형이나 원형으로 제작될 수 있으며 그 외측면에 대칭적으로 두 개 이상의 반사판들(113a 내지 113w)이 설치될 수 있다. 그리고 접지 스위치들(111a 내지 111w)은 반사판들(113a 내지 113w) 각각에 대응하여 반사판들(113a 내지 113w)에 직렬로 접속된다.

모노폴소자(1), 유전체(117a 내지 117e), 접지 스위치들(111a 내지 111w) 및 반사판들(113a 내지 113w)은 전술한 실시예에서 설명된 그 것들과 실질적으로 동일한 기능을 가지므로 상세한 설명을 생략하기로 한다. 접지 스위치들(111a 내지 111w)은 전술한 실시예에서 설명된 제어부(9)와 실질적으로 동일한 제어회로에 의해 제어된다. 즉, 접지 스위치들(111a 내지 111w)은 제어부(9)의 제어 하에 이동통신 단말기의 상태에 따라 빔(60)을 무지향성으로 제어하거나 지향성으로 제어한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법 및 장치는 유전체 내에 모노폴소자가 위치되고 그 유전체의 외부에 적어도 하나 이상의 반사판이 설치되며 그 반사판에 직렬로 접지 스위치가 연결된 빔 스위칭 안테나 시스템에 있어서, 최적 빔지향 방향의 탐색시 무지향성 빔과 지향성 빔을 비교하고 그 비교결과에 따라 불필요한 각도의 탐색을 생략함으로써 탐색 소요시간을 최소화하고 소비전력을 줄일 수 있다. 나아가, 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.

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.

Claims (38)

1. 빔을 형성하기 위한 안테나소자, 상기 빔을 반사시키기 위한 적어도 하나의 반사판 및 상기 반사판에 기저전압을 공급하기 위한 접지 스위치를 구비하는 안테나 시스템의 제어방법에 있어서,

   상기 안테나 시스템의 빔을 초기화 이전에 제 1 기지국을 향하도록 형성되었던 빔 방향인 제 1 방향으로 지향시켜 제1 신호를 수신하는 제1 단계와;

   상기 빔을 무지향성 빔으로 형성시켜 제2 신호를 수신하는 제2 단계와;

   상기 제 1 및 제 2 신호의 특성을 측정하여 상기 제 1 및 제 2 신호의 특성을 비교하고 그 비교 결과에 따라 상기 접지 스위치를 턴온이나 턴오프시켜 상기 빔의 지향방향을 제어하는 제3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제3 단계는,

   상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기를 측정하는 제4 단계와;

   상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기를 비교하는 제5 단계와;

   상기 제1 신호의 세기가 상기 제2 신호의 세기 이상이면 상기 빔의 지향방향을 상기 제 1 방향으로 형성하는 제6 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제3 단계는,

   상기 제2 신호의 세기가 상기 제1 신호의 세기보다 크면 상기 빔을 상기 제 1 기지국과 다른 방향에 위치한 제 2 기지국 방향인 제 2 방향으로 지향시켜 제3 신호를 수신하는 제7 단계와;

   상기 제1 신호와 상기 제3 신호를 비교하여 그 비교 결과에 따라 상기 빔의 지향방향을 제어하는 제8 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 제8 단계는,

   상기 제1 신호의 세기와 상기 제3 신호의 세기를 측정하는 제9 단계와;

   상기 제1 신호의 세기와 상기 제3 신호의 세기를 비교하는 제10 단계와;

   상기 제1 신호의 세기가 상기 제3 신호의 세기 이상이면 상기 빔의 지향방향을 상기 제 1 방향으로 형성하는 제11 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 제8 단계는,

   상기 제1 신호의 세기와 상기 제3 신호의 세기를 측정하는 제9 단계와;

   상기 제1 신호의 세기와 상기 제3 신호의 세기를 비교하는 제10 단계와;

   상기 제1 신호의 세기가 상기 제3 신호의 세기 이상이면 상기 빔을 무지향성으로 제어하는 제11 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 제8 단계는,

   상기 제3 신호의 세기가 상기 제1 신호의 세기보다 크면 상기 빔의 지향방향을 상기 제 1 방향과 제 2 방향으로 형성하는 제12 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 제3 단계는,

   상기 제1 신호의 비트에러율이나 프레임에러율과 상기 제2 신호의 비트에러율이나 프레임에러율을 측정하는 제4 단계와;

   상기 제1 신호의 비트에러율이나 프레임에러율과 상기 제2 신호의 비트에러율이나 프레임에러율을 비교하는 제5 단계와;

   상기 제1 신호의 비트에러율이나 프레임에러율이 상기 제2 신호의 비트에러율이나 프레임에러율 이하이면 상기 빔의 지향방향을 상기 제 1 방향으로 형성하는 제6 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 제3 단계는,

   상기 제2 신호의 비트에러율이나 프레임에러율이 상기 제1 신호의 비트에러율이나 프레임에러율보다 작으면 상기 빔을 상기 제 1 방향과 제 2 방향으로 지향시켜 제3 신호를 수신하는 제7 단계와;

   상기 제1 신호와 상기 제3 신호를 비교하여 그 비교 결과에 따라 상기 빔의 지향방향을 제어하는 제8 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 제8 단계는,

   상기 제1 신호의 비트에러율이나 프레임에러율과 상기 제3 신호의 비트에러율이나 프레임에러율을 측정하는 제9 단계와;

   상기 제1 신호의 비트에러율이나 프레임에러율과 상기 제3 신호의 비트에러율이나 프레임에러율을 비교하는 제10 단계와;

   상기 제1 신호의 비트에러율이나 프레임에러율이 상기 제3 신호의 비트에러율이나 프레임에러율 이하이면 상기 빔의 지향방향을 상기 제 1 방향으로 형성하는 제11 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법.
10. 제 8 항에 있어서,

    상기 제8 단계는,

    상기 제1 신호의 비트에러율이나 프레임에러율과 상기 제3 신호의 비트에러율이나 프레임에러율을 측정하는 제9 단계와;

    상기 제1 신호의 비트에러율이나 프레임에러율과 상기 제3 신호의 비트에러율이나 프레임에러율을 비교하는 제10 단계와;

    상기 제1 신호의 비트에러율이나 프레임에러율이 상기 제3 신호의 비트에러율이나 프레임에러율 이하이면 상기 빔을 무지향성으로 제어하는 제11 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법.
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 제8 단계는,

    상기 제3 신호의 비트에러율이나 프레임에러율이 상기 제1 신호의 비트에러율이나 프레임에러율보다 작으면 상기 빔의 지향방향을 상기 제 1 방향과 제 2 방향으로 형성하는 제12 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법.
12. 제 6 항 또는 제 11 항에 있어서,

    탐색주기를 설정하는 제13 단계를 더 포함하고;

    상기 탐색주기마다 상기 제1 내지 제12 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법.
13. 제 6 항 또는 제 11 항에 있어서,

    기준 신호레벨을 설정하는 제15 단계와;

    상기 수신된 신호의 신호레벨을 상기 기준 신호레벨과 비교하는 제16 단계와;

    상기 신호레벨들 간의 비교 결과에 따라 상기 수신된 신호들의 신호레벨이 상기 기준 신호레벨 이하이면 상기 제1 내지 제12 단계를 수행하는 제17 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법.
14. 제 1 항에 있어서,

    상기 제2 단계는,

    상기 접지 스위치를 턴-오프시켜 상기 반사판에 인가되는 기저전압을 차단하여 상기 빔을 무지향성으로 제어하는 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법.
15. 제 1 항에 있어서,

    상기 제3 단계는,

    상기 접지 스위치를 턴-온시켜 상기 반사판에 기저전압을 공급하여 상기 빔을 지향성으로 제어하는 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법.
16. 제 1 항에 있어서,

    상기 빔의 형성시 수신된 신호들은 기지국으로부터 송신된 신호인 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법.
17. 빔을 형성하기 위한 안테나소자, 상기 빔을 반사시키기 위한 적어도 하나의 반사판 및 상기 반사판에 기저전압을 공급하기 위한 접지 스위치를 구비하는 안테나 시스템의 제어방법에 있어서,

    상기 안테나 시스템의 빔을 무지향성 빔으로 형성시켜 제1 신호를 수신하는 제1 단계와;

    상기 빔을 제1 방향으로 지향시켜 제2 신호를 수신하는 제2 단계와;

    상기 빔을 제2 방향으로 지향시켜 제3 신호를 수신하는 제3 단계와;

    상기 제 1 내지 제 3 신호의 특성을 측정하여 상기 제 1 내지 제 3 신호의 특성을 비교하고 그 비교 결과에 따라 상기 접지 스위치를 턴온이나 턴오프시켜 상기 빔의 방향을 제어하는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법.
18. 제 17 항에 있어서,

    상기 제4 단계는,

    상기 수신된 신호들의 세기를 측정하는 제5 단계와;

    상기 수신된 신호들의 세기를 비교하는 제6 단계와;

    상기 수신된 신호들의 세기가 가장 큰 방향으로 상기 빔을 제어하는 제7 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법.
19. 제 17 항에 있어서,

    상기 제4 단계는,

    상기 수신된 신호들의 비트에러율이나 프레임에러율을 측정하는 제5 단계와;

    상기 수신된 신호들의 비트에러율이나 프레임에러율을 비교하는 제6 단계와;

    상기 수신된 신호들의 비트에러율이나 프레임에러율이 가장 작은 방향으로 상기 빔을 제어하는 제7 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어방법.
20. 빔을 형성하기 위한 안테나소자, 상기 빔을 반사시키기 위한 적어도 하나의 반사판 및 상기 반사판에 기저전압을 공급하기 위한 접지 스위치를 구비하는 안테나 시스템의 제어장치에 있어서,

    상기 안테나 시스템의 빔을 초기화 이전에 제 1 기지국을 향하도록 형성되었던 빔 방향인 제 1 방향으로 지향시켜 제1 신호를 수신하고 상기 빔을 무지향성 빔으로 형성시켜 제2 신호를 수신하는 빔형성 및 신호수신부와;

    상기 제 1 및 제 2 신호의 특성을 측정하여 상기 제 1 및 제 2 신호의 특성을 비교하고 그 비교 결과에 따라 상기 접지 스위치를 턴온이나 턴오프시켜 상기 빔의 지향방향을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어장치.
21. 제 20 항에 있어서,

    상기 제어부는,

    상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호의 세기를 측정하고 상기 제1 신호의 세기와 상기 제2 신호 사이에 세기를 비교하여 상기 제1 신호의 세기가 상기 제2 신호의 세기 이상이면 상기 빔의 지향방향을 상기 제 1 방향으로 형성하는 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어장치.
22. 제 21 항에 있어서,

    상기 제어부는,

    상기 제2 신호의 세기가 상기 제1 신호의 세기보다 크면 상기 빔을 상기 제 1 기지국과 다른 방향에 위치한 제 2 기지국 방향인 제 2 방향으로 지향시켜 제3 신호를 수신하고 상기 제1 신호와 상기 제3 신호를 비교하여 그 비교 결과에 따라 상기 빔의 지향방향을 제어하는 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어장치.
23. 제 22 항에 있어서,

    상기 제어부는,

    상기 제1 신호의 세기와 상기 제3 신호의 세기를 측정하고 상기 제1 신호와 상기 제3 신호 사이에 세기를 비교하여 상기 제1 신호의 세기가 상기 제3 신호의 세기 이상이면 상기 빔을 상기 제 1 방향 및 상기 무지향성 방향 중 어느 한 방향으로 제어하는 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어장치.
24. 제 23 항에 있어서,

    상기 제어부는,

    상기 제3 신호의 세기가 상기 제1 신호의 세기보다 크면 상기 빔의 지향방향을 상기 제 1 방향과 제 2 방향으로 제어하는 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어장치.
25. 제 20 항에 있어서,

    상기 제어부는,

    상기 제1 신호의 비트에러율이나 프레임에러율과 상기 제2 신호의 비트에러율이나 프레임에러율을 측정하고 상기 제1 신호의 비트에러율이나 프레임에러율과 상기 제2 신호 사이에 비트에러율이나 프레임에러율을 비교하여 상기 제1 신호의 비트에러율이나 프레임에러율이 상기 제2 신호의 비트에러율이나 프레임에러율 이하이면 상기 빔의 지향방향을 상기 제 1 방향으로 형성하는 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어장치.
26. 제 25 항에 있어서,

    상기 제어부는,

    상기 제2 신호의 비트에러율이나 프레임에러율이 상기 제1 신호의 비트에러율이나 프레임에러율보다 작으면 상기 빔을 상기 제 1 방향과 제 2 방향으로 지향시켜 제3 신호를 수신하고 상기 제1 신호와 상기 제3 신호를 비교하여 그 비교 결과에 따라 상기 빔의 지향방향을 제어하는 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어장치.
27. 제 26 항에 있어서,

    상기 제어부는,

    상기 제1 신호의 비트에러율이나 프레임에러율과 상기 제3 신호의 비트에러율이나 프레임에러율을 측정하고 상기 제1 신호의 비트에러율이나 프레임에러율과 상기 제3 신호 사이에 비트에러율이나 프레임에러율을 비교하여 상기 제1 신호의 비트에러율이나 프레임에러율이 상기 제3 신호의 비트에러율이나 프레임에러율 이하이면 상기 빔을 상기 제 1 방향 및 상기 무지향성 방향으로 제어하는 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어장치.
28. 제 27 항에 있어서,

    상기 제어부는,

    상기 제3 신호의 비트에러율이나 프레임에러율이 상기 제1 신호의 비트에러율이나 프레임에러율보다 작으면 상기 빔의 지향방향을 상기 제 1 방향과 제 2 방향으로 형성하는 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어장치.
29. 제 24 항 또는 제 28 항에 있어서,

    상기 제어부는,

    미리 설정된 탐색주기마다 상기 빔 형성, 상기 신호의 수신 및 상기 빔의 제어를 주기적으로 행하기 위한 탐색시간이 설정되는 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어장치.
30. 제 24 항 또는 제 28 항에 있어서,

    상기 제어부는,

    미리 설정된 기준 신호레벨과 상기 수신된 신호의 신호레벨을 비교하고 상기 신호레벨들 간의 비교 결과에 따라 상기 빔 형성, 상기 신호의 수신 및 상기 빔의 제어를 재시작 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어장치.
31. 제 24 항 또는 제 28 항에 있어서,

    상기 제어부는,

    상기 수신된 신호들의 신호레벨이 상기 기준 신호레벨 이하이면 상기 빔 형 성, 상기 신호의 수신 및 상기 빔의 제어를 재시작하는 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어장치.
32. 제 20 항에 있어서,

    상기 빔형성 및 신호수신부는,

    상기 접지 스위치를 턴-오프시켜 상기 반사판에 인가되는 기저전압을 차단하여 상기 빔을 무지향성으로 제어하는 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어장치.
33. 제 20 항에 있어서,

    상기 빔형성 및 신호수신부는,

    상기 접지 스위치를 턴-온시켜 상기 반사판에 기저전압을 공급하여 상기 빔을 지향성으로 제어하는 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어장치.
34. 제 20 항에 있어서,

    상기 안테나 시스템은 이동통신 단말기에 설치되는 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어장치.
35. 제 20 항에 있어서,

    상기 빔의 형성시 수신된 신호들은 기지국으로부터 송신된 신호인 것을 특징 으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어장치.
36. 빔을 형성하기 위한 안테나소자, 상기 빔을 반사시키기 위한 적어도 하나의 반사판 및 상기 반사판에 기저전압을 공급하기 위한 접지 스위치를 구비하는 안테나 시스템의 제어장치에 있어서,

    상기 안테나 시스템의 빔을 무지향성 빔으로 형성시켜 제1 신호를 수신하고 상기 빔을 제1 방향으로 지향시켜 제2 신호를 수신함과 아울러 상기 빔을 제2 방향으로 지향시켜 제3 신호를 수신하는 빔형성 및 신호수신부와;

    상기 제 1 내지 제 3 신호의 특성을 측정하여 상기 제 1 내지 제 3 신호의 특성을 비교하고 그 비교 결과에 따라 상기 접지 스위치를 턴온이나 턴오프시켜 상기 빔의 방향을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어장치.
37. 제 36 항에 있어서,

    상기 제어부는,

    상기 수신된 신호들의 세기를 측정하고 상기 수신된 신호들의 세기를 비교하여 상기 수신된 신호들의 세기가 가장 큰 방향으로 상기 빔을 제어하는 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어장치.
38. 제 36 항에 있어서,

    상기 제어부는,

    상기 수신된 신호들의 비트에러율이나 프레임에러율을 측정하고 상기 수신된 신호들의 비트에러율이나 프레임에러율을 비교하여 비교결과에 따라 상기 수신된 신호들의 비트에러율이나 프레임에러율이 가장 작은 방향으로 상기 빔을 제어하는 것을 특징으로 하는 빔 스위칭 안테나 시스템의 제어장치.

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