KR100693932B1 - 위성용 이동 전화 안테나 시스템 및 이러한 안테나시스템을 구비하는 이동 전화기 - Google Patents

Abstract

셀룰러 이동 전화기를 위한 안테나 시스템은 이동 전화기(1)와, 지구 주위에서 극궤도나 준 극궤도를 따라 공전하는 위성 그룹(2) 사이의 무선 채널을 통해 동작한다. 본 발명에 따라, 수 개의 스트랜드(strands)를 갖는 원추 모양의 안테나 형태인 원편파 안테나(3)는 안테나의 베이스에 이동 전화기와 통합된 동작 모드 스위칭 수단(14)을 포함하는데, 상기 스위칭은 두 개의 가능한 동작 모드(m1,m2) 사이에서 특정 선택 기준에 따라 자동적으로 실행되며, 이러한 기준은 연역적으로나 또는 귀납적으로 부여된다.

Description

위성용 이동 전화 안테나 시스템 및 이러한 안테나 시스템을 구비하는 이동 전화기{MOBILE TELEPHONE ANTENNA SYSTEM FOR A SATELLITE AND MOBILE TELEPHONE INCLUDING THIS ANTENNA SYSTEM}

도 1a는 본 발명에 따른 안테나 시스템을 구비하는 이동 전화기를 나타내는 도면.

도 1b는 본 발명에 따른 안테나 시스템에 사용되는 원추 나선형 안테나를 나타내는 도면.

도 2는 본 발명에 따른 안테나 시스템의 블록도.

도 3 및 도 4는 안테나 시스템의 제 1 및 제 2 동작 모드에 따라 각각 획득된 방사 다이어그램의 횡단면도.

도 5는 본 발명에 따른 안테나 시스템의 동작 모드에 대한 스위칭 수단의 실시예의 한 예를 나타내는 도면.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 이동 전화기 3 : 안테나

4 : 작은 베이스 9 : 중심홀

13 : 위상 이동기 수단 14 : 스위칭 수단

15 : 양방향성 링크 17 : 링크

본 발명은 이동 전화기와, 지구 주위에서 극궤도나 준(quasi) 극궤도를 따라 공전하는 스테이션 그룹 사이의 무선 채널을 통해 동작하는 셀룰러 이동 전화기용 안테나 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 또한 이러한 안테나 시스템을 구비하는 이동 전화기에 관한 것이다.

셀룰러 이동 전화 네트워크의 다각화 및 확장의 관점(framework)에서, 베이스 스테이션의 수는 인구 밀집 지역에서 계속해서 증가하고 있고, 상기 영역은 종래 주 운영자(operators)의 네트워크에 완전하게 포함되는 과정상에 있다. 그럼에도 불구하고 서비스 허용 범위(coverage)에 대한 문제점이 다른 지리적인 영역에 대해 부여된다. 특히 이러한 사실은 사막 영역이나 해상 지역에서 중요하다.

본 발명은 이동 전화기와 지구 주위에서 극궤도를 따라 공전하는 위성 그룹 사이의 무선 채널을 통해 동작하는 셀룰러 시스템을 제안함으로써 종래 네트워크의 이러한 결점을 완화시키고자 하는 새로운 운영자에게 더욱 특별히 적합하다. 여러 프로젝트들은 상기 프로젝트의 진행 위상, 대략 1 또는 2 GHz의 정확한 주파수 대역, 위성의 수와 상기 위성 궤도의 수, 및 네트워크를 제공하는 기관의 사정에 따라 다르다. 이러한 새로운 네트워크와 이러한 유형의 채널을 위해서, 신형 안테나를 또한 구비하는 이동 전화기가 제공되어야 하는데, 상기 안테나는 더 이상 단일 스트랜드(strand)로 감소될 수 없는데, 그 이유는 통신이 이루어지는 위성(즉, 베이스 스테이션)이 통신 모드나 대기 모드로 존재하면서, 수 천만 킬로미터 밖의 우주 공간에 있을 수 있기 때문이다.

이러한 이동 전화기에 대한 안테나의 개념과 선택은 위성을 통한 네트워크의 경우에 있어서 특히 중요하다: 이에 대한 주요 원인은 베이스 스테이션과 이동 전화기 사이의 거리, 전파(wave)에 대해 요구된 원편파(circular polarization), 수신 중의 잡음에 대한 이득/온도 비율의 결과, 및 이동 전화기의 사용과 위성의 위치에 대한 함수로써 위성에 대하여 이동 전화기가 휴대될 수 있는 여러 위치이다. 또한, 기계적인 기준계(reference system)의 개념은 이동 전화기 응용에서는 존재하지 않는다: 편파각에 대한 임의의 정의는 현실성이 없는데, 그 이유는 사용자가 자신이 장소를 이동할 때 생기는 임의의 각으로 전화기 안테나를 조정하여 수직 또는 수평 편파각을 부여하는 것이 불가능할 수 있기 때문이다.

수신 품질은 안테나의 이득에 의해 좌우되지만, 아울러 방사전기(radioelectricity)에 관하여서는 잡음 방향, 즉 본질적으로 접지쪽 방향으로 낮은 값을 제공하고 있는 모든 안테나의 방사 다이어그램에 의해 좌우된다. 또한 현재 사용되고 있는 품질 기준은 수신된 전파의 방향으로의 안테나 이득과 수신된 잡음의 전체 온도 사이의 비율, 즉 G/T이다.

이동 전화기에 대한 응용에 대해, 안테나는 평판 수평 지지대(flat horizontal support)에 자신의 이동 전화기를 내려놓은 사용자와 연결하기 위한 충분한 동작을 할 수 있도록 하기 위해서, 대기 위상(stand-by phase) 동안에 이 기준을 과도하게 떨어뜨리지 않으면서, 사용자가 거의 직립한 형태로 자신의 전화를 잡고 있는 통신 위상 동안에는 가능한 한 이러한 기준을 최대한으로 활용해야 한다. 통신 중일 때, 서비스 허용 범위가 되는 입체각은 수평 평면상에서 전화기의 주축(main axis)을 따라 2П 스티어라디언스(steradians)이다. 반대로, 이동 전화기가 다시 내려 놓여졌을 때, 근지점(perigee)에 인접한 위성으로부터 도달되는 신호를 수신하기 위한 관련 각은 전화기의 주축, 즉 전화기의 측면에 수직이고, 만약 이동 전화기가 수직(직립) 형태로 다시 놓여진다면 수평에 해당하며, 따라서 이득은 이러한 방향으로 특정 값을 가질 것이다.

여러 스트랜드(strand)를 갖는 원추 나선형 안테나 형태의 안테나가 본 발명의 구현을 위한 원편파 안테나로서 선택된다. 이러한 안테나는 미국 특허(출원 번호 US-A 4,656,485)로부터 그 자체가 공지되어 있다. 이 경우에, 접지에 고정된 안테나는 약 수 MHz의 주파수로 단파를 송신 및 수신하기 위해 설계된다. 안테나는 더 크거나 더 작은 앙각(angle of elevation)과, 그 외에도 여기모드(mode of excitation)에 따라 다른 주파수를 갖는 전방향성 방사 다이어그램을 획득하기 위해 안테나의 4개의 스트랜드 중에 2개의 스트랜드를 반대 방향으로 제공함으로써(supply reversal) 두 개의 스위칭 모드로 동작할 수 있다.

본 발명의 목적은 이동 전화기와, 위성 그룹과 통신하는 서로 견고하게 부착된 안테나와의 어셈블리를 제공하는데 있고, 상기 어셈블리는 통신 위상 동안에는 일반적인 방식(nominal manner)으로 동작할 수 있고, 대기 위상인 동안에는 수신가능한 방식(acceptable manner)으로 동작할 수 있다.

본 발명의 다른 목적은 이동 전화기와, 위성 그룹과 통신하는 서로 견고하게 부착된 안테나와의 어셈블리를 제공하는데 있고, 상기 어셈블리는 직립 형태에서는 일반적인 방식으로 동작할 수 있고, 수평 형태에서는 수신가능한 방식으로 동작할 수 있다.

본 발명에 따라, 이러한 목적은 달성되고, 위에서 언급된 제약은, 전문에서 제시된 셀룰러 이동 전화기를 위한 안테나 시스템이 여러 스트랜드를 구비하는 원추 나선형 안테나 형태인 원편파 안테나가 상기 시스템의 베이스 스테이션 내에 상기 이동 전화기에 결합된 스위치 모드 기능 수단(SMF 수단)을 포함하며, 상기 수단은 가능한 두 동작 모드 사이에서 특정 선택 기준에 따라 자동으로 실행되고, 상기 기준은 연역적(a priori)으로 또는 귀납적(a posteriori)으로 부여된다는 것을 특징으로 한다는 사실로 인해 충족된다.

본 명세서에서 기술된 안테나의 크기는 처리될 신호의 주파수에 적응되고, 수 미터 높이의 수직 기둥(mast)에 의해 지지되는 인용된 미국 특허의 고정 안테나에 비해서, 센티미터 단위로 계산된다.

바람직하게, 본 발명에 따른 안테나 시스템의 안테나는 큰 베이스를 통해 전화기 핸드셋의 상단에 고정된 지지용 원추 새프트(supporting conical shaft)의 축 주위를 회전하면서 П/2만큼의 각도로 분리된 4개의 스트랜드를 포함하고, 각 스트랜드는 안테나의 공급 수단으로서 동축케이블을 포함하며, 각 케이블에 대해서 케이블의 코어의 한 쪽 종단은 제 1 종단을 통해서 원추 섀프트의 작은 베이스에 위 치한 스트랜드의 종단에 연결되고, 다른 종단은 SMF 수단에 연결된다.

바람직하게, 안테나 시스템은 제 1 동작 모드에서는 이웃한 스트랜드들 사이에서 П/2만큼 위상 이동되고 제 2 동작 모드에서는 이웃한 스트랜드들 사이에서 П만큼 위상 이동된 무선 주파수 신호를 스트랜드에 공급하기 위해 SMF 수단에 의해 제어되는 위상 이동기 수단을 포함한다. 이러한 위상 이동기는 일예로 0-180°와 0-90°하이브리드 커플러이다.

본 발명의 바람직한 실시예는 상기 SMF 수단이 연역적인 선택 기준에 기초한 스위칭을 위해서, 안테나를 지지하는 전화기와 연결된 안테나가 기본적으로 수직적인 형태로 확장될 때는 위성과의 양방향성 연결을 위해 제 1 동작 모드를 구현하고, 또한 기본적으로 수평적인 형태에 대해서는 위성과의 연결을 유지하기 위해 대기 위상을 구성하는 제 2 동작 모드를 구현하기 위한 머큐리 드롭 스위치(mercury drop switches)를 더 포함한다.

제 1 동작 모드에 대해서, 안테나의 방사 다이어그램은 안테나의 정상으로 가면서 거의 구형적이고, 안테나의 수직 형태에 대해서 매우 유리하며, 반면에 지면 방향으로의 송신은 2П 더 낮은 스티어라디언스에 대해서 미약하거나 거의 제로(0)이다. 대조적으로, 제 2 동작 모드에 대해서는, 획득된 방사 다이어그램이 안테나의 축을 그 토러스(torus) 축으로 하는 토러스 형태를 갖고, 이것은 임의 수평 형태에 대해서 방사부가 위 방향으로 지향되게 보장한다. 수직 형태에 있어서, 제 2 동작 모드에서의 상기 방사 다이어그램은 비교적 작은 앙각(angle elevation)에 대해서 매우 유리하지만, П/2에 가까운 앙각에 대해서는 유리하지 않다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예는, SMF 수단이 귀납적인 선택 기준에 기초한 스위칭을 위해서 제 1 및 제 2 동작 모드의 주기적인 테스트 수단, 및 2개의 테스트된 동작 모드 중에 더 양호한 모드 선택을 보장하는 위상 이동기 수단과 연결하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

후자의 실시예에 따라, 여러 안테나의 연결을 제어하는 전화기의 형태와 상기 전화기와 통신중인 위성의 각 형태는 더 이상 존재하지 않는다.

크기가 감소된 전화기 그 자체와 문제가 되지 않으면서 호환적이기 위해서, 방사를 위한 스트랜드를 지지하는 높은-유전율의 유전체 지지대를 안테나로서 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 취지로, 안테나는 일예로 스트랜드가 하이브리드 회로 기술에 따라 장착되고, 동축케이블이 상기 스트랜드를 공급하기 위해 통과하는 홀을 안테나 축을 따라 구비하는 세라믹 원뿔대 원추(ceramic truncate cone)을 통해 구현된다.

본 발명의 이러한 양상 및 다른 양상은 이후로 기술되는 실시예(들)를 참조하여 명확해지고, 제한되지 않은 실시예를 통해 설명될 것이다.

도 1a에 도시된 이동 전화기(1)는 무선 채널을 통해 위성(2)과 같은 위성 그룹과 통신하기 위해 설계된 셀룰러 전화기이고, 상기 위성은 지구 주위에서 극궤도나 준 극궤도를 형성한다; 이러한 목적을 위해, 이동 전화기는 여러 스트랜드(3)를 갖는 원추 나선형 안테나를 구비한다. 주어진 순간에 전화기와 통신 중인 위성은 대략 천 또는 수 천 킬로미터 떨어진 거리에서 관측되고, 임의의 앙각, 즉 0 및 П/2 사이의 각도를 이룰 수 있다. 이러한 유형의 통신을 제어하는 주요 제약은 수신된 전파 방향으로의 안테나 이득과 수신된 잡음의 총 온도 사이의 G/T 비율이 대기 위상 동안에 이러한 기준에서 과도하게 떨어짐이 없이 사용자가 거의 직립한 형태로 그의 전화기를 사용하는 통신 위상 동안에 최고로 최적화되고, 그럼으로써 그의 이동 전화기를 수평 지지 평면(horizontal supporting plane)에 거치 시켜 놓고 있는 사용자도 충분히 연결할 수 있다. 이러한 이유로, 안테나(3)는 지지 원추(support cone)의 끝지점(point)에서 제공되는 4개의 인터리빙된 스트랜드(B1,B2,B3,B4)(도 1b)를 포함하고, 이러한 끝지점은 실제적으로 도 2에서 참조번호가 4인 원뿔대 원추(truncate cone)의 작은 베이스이고, 이러한 4개의 스트랜드를 별도로 제공하는 것은 이후에 기술된 것처럼 2가지의 다른 방식으로 구현될 수 있다.

도 1b는 안테나(3)에 의해 생성된 전계(

)를 나타낸다. 이 안테나는 방사를 위한 스트랜드의 기하학적인 형태가 크기가 상수 인자(K)와 곱해질 때 동일하게 반복된다는 특수성을 갖는다. 대조적으로, 이러한 유사점은 방사를 위한 스트랜드를 형성하는 나선형 권선의 비율(K)과 각도(Ψ)에 좌우되는 수직축(5)에 관련한 회전을 구현한다. 이러한 특성은 광대역 동작-주파수 안테나를 구현할 수 있게 하는데, 그 이유는 말하자면 안테나의 형태가 모든 주파수에 대해서 동일하기 때문이다; 스트랜드 내의 전류는 전력이 방사되자마자 점차적으로 감소됨으로써 원추(cone)의 끝지점에서의 여기지점(point of excitation)으로부터 베이스로 전달된다. 스트랜드의 권선은 주어진 볼륨에 대해 스트랜드의 길이를 증가시키고, 이것은 낮은 주파수 방향으로의 동작 대역을 감소시킬 수 있다; 높은 주파수의 방향으로는 스트랜드가 원추의 정상에서 구현되는 정확도만이 이론적인 제한을 형성한다; 축을 따라 방사된 전파의 편파는 원편파이고, 이것은 안테나의 축에 대해 기계적인 회전 대칭에 연관된 방사 스트랜드의 위상 대칭으로부터 일어난다. 원편파의 방향은 나선형 권선의 방향에 의해 좌우된다. 실제로, 도 1의 안테나는 0.8과 2 GHz 사이에 놓여있는 대역에서의 동작을 위해 설계된다; 상기 안테나의 설계는 다른 요소들 중에서도 다음 각도들의 정의를 통해 특징지어진다:

Ψ는 나선형 권선의 각

θ는 복합(compound) 앙각(П/2씩 증가되는 앙각)

Φ는 방위각

주축(5)에 따른 대칭은 전방향성 방위 방사(omnidirectional azimuth radiation), 즉 각(Φ)의 함수로서 전계(

)의 일정한 크기를 보장한다. 다른 한편으로, 고도 방사(elevation radiation)는 지향적이고, 전계(

)의 크기는 각(θ)의 함수이다: 또한, 이러한 변동 법칙은 여러 스트랜드의 공급 신호의 상대적인 위상에 따라 좌우된다. 편파는 타원형이다: 전계의 하나의 극성 성분(

)은 축(5)과 반경 벡터(7)에 직각이고 전계의 다른 방사 성분(

)은 반경 벡터에 직각이지만, 반경 벡터와 축(5)에 의해 형성된 평면상에 있다.

도 2는 본 발명의 기본 원리를 설명할 수 있다. 이 도면에서, 안테나(3)는 위에서부터 보여지는 것으로, 도면을 이해하도록 하여 부담되지 않도록 하기 위한 일정한 양식의 형태로 주어진다. 도면은 스트랜드(B1 내지 B4)를 제공하기 위한 4개의 동축케이블(C1,C2,C3,C4)을 통과시키기 위해 축(도 1b에서 참조 번호 5)을 따라 중심홀(9)을 포함한다. 이러한 동축케이블의 코어는 한쪽에서는 원뿔대(truncate) 원추의 작은 베이스(4) 상에 위치된 스트랜드의 종단에 연결되고, 반대쪽에서는 파선으로 된 경계선(11) 내에 포함된 스위치 모드 기능 수단(Switch Mode Function means)(SMF 수단)에 연결되고, 반면에 경계선(12)은 안테나(3)를 지지하는 이동 전화기(1)를 둘러싸고 있다. 동축케이블의 이득은 도면에서 도시된 것처럼 셀룰러 이동 전화기의 접지에 연결된다는 것이 주시될 것이다. SMF 수단은 두 개의 블록, 즉 위상 이동기 수단(13) 및 스위칭 수단(14)을 나타낸다. 양방향성 링크(15)는 위상 이동기 수단(13)을 전자 장치의 나머지 부분을 나타내는 블록(16)에 연결한다; 이 링크(15)는 안테나(3)에 의해 송신되거나 수신된 신호(I)를 전달한다. SMF 수단의 중간에 있는, 여러 전도체를 구비하는 링크(17)는 스위칭 수단(14)이 위상 이동기 수단을 제어함으로서, 신호(I)의 전달 스트랜드 사이에 가능한 2개의 위상 이동기 구성 중 하나를 구현할 수 있는 것을 나타내고, 상기 2개의 구성은 이후에 기술될 것이다. 스위치 그 자체는 블록(16)으로부터 논리 1 상태 및 논리 0 상태를 갖는 전도체(18)에 의해 제어되고, 이러한 두 상태는 안테나(3)의 동작 모드 중 하나의 모드를 의미한다.

본 발명을 구현하기 위해 모색되는 2개의 방사 다이어그램은 다음의 테이블에 제시된 것처럼 각 스트랜드(B1 내지 B4)에 인가되는 신호(I)(I1,I2,I3,I4)를 호출함으로써 4-스트랜드나 2 쌍극자 안테나의 2개의 여기 모드로부터 기인한다.

테이블 I

모드	I1	I2	I3	I4	위상 함수 (I 위상)
1	+П/2	П	-П/2	0
2	-П	0	П	0

모드 1(m1)로부터 기인하는 방사 다이어그램이 도 3에 도시되어 있고, 상기 도면에서 모드 1(m1)은 파선(EΦ)으로 도시되어 있으며, 상기 EΦ는

의 최대 계수이고, 실선으로 도시된 Eθ은

의 최대 계수이다(그 지점에서 곡선은 수렴되고, 편파는 원형이고, 또한 다른 방향으로는 타원이다). 실질적으로 반구 형태(hemispherical form)의 이러한 다이어그램은 특성 함수, 즉 나선 각도와 스트랜드의 폭에 대한 함수로써 약간 변경될 수 있다. 이러한 제 1 모드에 따라, 전류는 원추의 정상(작은 베이스) 지점으로부터 큰 베이스까지 흐르지만, 방사는 반대 방향으로 발생하고, 방사 동안 스트랜드의 여러 부분에서 전류는 동일한 위상으로, 즉 원추의 정상을 가리키는 방향으로 서로 부가된다. 이러한 다이어그램은 통신 위상에 대해 바람직한 상반구(upper hemisphere)를 수용가능한 방식으로 포함하고, 반면에 지점이 기본적으로 잡음이 들어오는 지구를 향하는 방향으로의 전계(

및

)의 크기는 작다. 이러한 전계는 높은 주파수에서는 사인 곡선(sinusodal)이고 시간에 따라 직각으로(in quadrature) 위상 이동된 것이며, 이것은 두 성분의 계수가 동일할 때는 원편파의 원인이 되고, 두 계수가 다를 때는 약간 타원 적이다.

모드 2(m2)로부터 기인하는 제 2 방사 다이어그램이 도 4에 도시되어 있다. 모드 2는 방사를 위한 스트랜드와 그것에 이웃한 스트랜드 사이의 ∏ 반경(radii)의 위상 이동에 해당한다. 토로이드 형태(toroidal form)의 이러한 유형의 다이어그램은 안테나로부터 요구되는 제 2 기능, 즉 수평 형태로 된 이동 전화기와 원격 사용자에 의해 이동 전화기의 호출 위상 동안 위성과의 연역적인 무선 채널을 보장하기 위해 에지에 따른 서비스 범위에 적합하다.

방사 모드의 여러 선택 기준이 이러한 기준들이 연역적으로나 귀납적으로 부여되는 동안 유지될 수 있다.

만약 연역적으로 부여된 기준이 이동 전화기가 통신 동안에는 직립한 형태로 있고, 대기 모드일 때는 수평 형태로 있다는 것을 나타내는 것으로 이루어진다면, 이동 전화기가 통신 모드로 있을 때는 이동 전화기를 독자적인 방식으로 모드 1(m1)을 활성화시키고 통신의 종단은 모드 2(m2)를 활성화시킨다는 사실을 의미한다. 전문가들의 범주 내에 있는 이러한 기능을 수행하기 위해 필요한 상기 수단은 도 2에서 블록(16) 내의 블록(21)으로 도시된다.

통화 또는 대기 위상 동안에 모드의 변경을 허용하는 동일한 연역적 기준에 따라, 이동 전화기는 전화기가 수평 위치로 놓여 있다는 사실을 검출하는 각도 검출기를 포함할 수 있다. 이러한 검출기는 전도체(18)(도 2)상에 여러 가능한 이진 위상(binary state)을 제공하는 간단한 머큐리 드롭 스위치일 수 있다. 이러한 동작 모드 제어 수단은 도 2에서 블록(22)으로 도시된다. 스위칭 수단(14)은 전화기가 수평 위치로 놓여 있을 때에 모드 2를 선택한다. 대조적으로, 이동 전화기가 수직 위치로 놓여 있다는 것을 나타내는 정보를 각도 검출기가 송신하였을 때 스위칭 수단은 통신 위상이든지 대기 위상이든지에 상관없이 모드 1을 선택한다.

수신된 디지털 송신의 비트 에러율에 의한 수신 품질 정보는 모드 스위칭을 최적화하기 위해 사용될 수 있다. 따라서 회로는 더욱 복잡해진다; 그러나 채널에서의 전기적 환경이 어떠할 지라도 최상의 안테나 수신 모드가 선택된다. 일예로, 위성이 다시금 수평으로 위치되거나 이동 전화기가 비스듬한 위치로 휴대되는 것과 같은 중간적인 위치에서는, 모드(m1) 위치로의 복귀가 수신상의 G/T를 최적화시키기 위해 유리하게 될 수 있다. 이것은 귀납적인 선택 기준이면, 또한 그것을 사용하기 위해 테스트 수단은 제 1(m1) 및 제 2(m2) 동작 모드와 위상 이동기 수단(13)의 연결 모드에 사용되어, 각 테스트 위상 이후에 2개의 테스트된 동작 모드 중 양호한 모드의 스위칭 수단(14)을 통해 선택을 보장한다. 이러한 테스트 및 선택 수단은 도 2에서 블록(23)으로 도시된다. 전화기(1)는 선택 수단(21,22 또는 23)들 중 어느 하나의 수단을 포함하거나, 그것들 중 두 개의 수단 또는 그것들 중 세 개의 수단을 포함할 수 있다는 것이 주시될 것이다. 나중의 경우에는, 독자적인 선택 수단이 다른 수단(들)을 배제한 이러한 수단들 중 하나를 선택하기 위해 제공될 것이다.

도 5는 고-주파수 신호(I)를 위한 모드(m1)를 위해 지정된 입력(26)과 모드(m2)를 위해 지정된 입력(25)을 구비하는 방사 스트랜드를 위한 커플링 및 공급 장치를 예를 통해 나타내고 있다. 경우에 따라서, 그것은 0-180°및 0-90°하이브리드 커플러에 기초하여 구현된 위상 이동기 수단이다. 이러한 장치 내에 있는 4개의 2위치 스위치(CO1,CO2,CO3,CO4)는 50Ω의 부하를 커플러의 분리된 억세스에 연결한다. 이러한 저항은 커플러가 양호하게 안정되었을 때는 어떤 에너지도 일반 적으로는 소비하지 않지만, 그럼에도 불구하고 커플러의 적절한 동작을 위해 필요하다.

도 5에서, 스위치(CO1 내지 CO4)의 위치에서는 동작 모드(m1)가 선택된다; 그것들의 반대 위치에서는 모드 m2가 선택 될 것이다.

도 5의 장치와 같은 동일한 위상 정정 기능을 야기하는 커플링의 다른 구현은, 특히 트랜스포머 등에 의한 두개의 반대 방향 스트랜드의 0°/180°커플링과 같은 지연선에 의한 스위칭이 가능한 지연기를 통해 가능하다.

기계적인 레벨 상에서, 안테나(3)(도 1 및 도 2)의 구현은 원추 구조의 축(5)에 따른 방사 요소의 대칭 특성을 유지하여야 하는데, 이것은 일반적으로 최소한의 비용이 드는 구현에 있어 이러한 축상에 중심을 둔 방사 쌍극자의 공급 라인을 부과한다. 이러한 안테나의 크기는 대략 2GHz의 주파수에 대해서 약 10cm로 될 수 있고, 20°와 동일한 2θ₀의 원추 각도 및 50°의 코일 권선 각(Ψ)에 대해서는 대략 16cm의 방사 스트랜드 길이를 제공하고, 이것은 2개의 반대 방향 스트랜드에 의해 형성된 다이폴에 대한 파장의 2.11배에 해당한다.

최대한의 소형화를 위해서, 이러한 크기는 여러 방식으로 감소될 수 있다:

첫째로, 방사 스트랜드를 지지하기 위한 높은 유전율을 갖는 유전체 지지대를 사용하는 것이다. 이러한 목적을 위한 매우 적합한 재료는 세라믹이고, 이 경우에 스트랜드는 하이브리드 회로 기술에 따라 (원뿔대)원추에 적용된다.

또한 저항을 통해 방사 스트랜드의 종단을 충전시킬 수 있다. 통과대역은 안 테나 임피던스에 의해 낮은 주파수 방향으로 확장되는데, 통과대역의 이러한 부분의 효율이 저항이 안테나에 공급된 방사되지 않는 에너지를 소모하기 때문에 떨어진다는 것이 이러한 사실의 효과이다. 그럼에도 불구하고 이러한 해결책은 일예로 0.9 GHz/2 GHz인 두 주파수를 갖는 안테나에 대한 관심사가 될 것이다.

마지막으로, 또 다른 안테나 볼륨의 감축은 원추의 원형 베이스에 대한 직경 중 하나가 감소될 때 상기 베이스는 타원형 일 수 있다는 가능성이 고려될 수 있다; 타원형의 비율은 각도(Ф)의 함수처럼 방위 방사 다이어그램에 대해 용인될 수 있는 전방향성의 열화에 대한 함수로 결정되어야 할 것이다.

앞에서 언급한 점에서 보아 이후에 첨부된 청구항에 의해 정의된 것처럼, 본 발명의 사상과 범주 내에서의 다양한 변형이 이루어 질 수 있다는 점과 본 발명은 제공된 예에 한정되지 않는다는 점은 당업자에게는 자명할 것이다.

Claims (11)

1. 이동 전화기와, 지구 주위에서 비-정지 궤도를 따라 공전하는 스테이션 그룹 중 하나 이상의 스테이션 사이에서 무선 채널을 통해 동작하는 이동 전화기용 안테나 시스템에 있어서,

   큰 직경의 단부와 정점 또는 작은 직경의 단부를 가지는 지지용 원추형 몸체의 축 둘레의 회전에 따라 등각도 간격만큼 서로 일정 각도 떨어져 있는 적어도 4개의 짝수개의 나선형 스트랜드(strands)를 구비하는 원추형 안테나로서, 상기 지지용 원추형 몸체는 그 큰 직경의 단부에 의해 이동 전화기의 상단부에 고정되도록 구성된, 원추형 안테나와;

   상기 원추형 몸체의 일 단부를 통해 상기 스트랜드에 또는 상기 스트랜드로부터 무선 주파수 신호를 선택적으로 공급하기 위해 위상 이동기 수단을 구비하는 스위치 모드 기능(SMF) 수단으로서, 상기 무선 주파수 신호는, 제 1 동작 모드에서는 상기 등각도 간격 만큼 인접한 스트랜드의 각 쌍 사이에 ∏/2 위상 이동되고, 제 2 동작 모드에서는 인접한 스트랜드의 각 쌍 사이에 ∏만큼 위상 이동되는, 스위치 모드 기능(SMF) 수단과;

   연역적 또는 귀납적 선택 기준에 따라 상기 제 1 및 제 2 동작 모드 사이에 선택을 수행하도록 상기 SMF 수단을 자동적으로 제어하기 위한 제어 수단

   을 포함하는, 안테나 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 안테나는 지지용 원추형 몸체의 축 둘레의 회전에 따라 대칭적으로 서로 이격된 4개의 스트랜드를 포함하며, 상기 원추형 몸체의 상기 일 단부는 상기 원추형 몸체의 정점 또는 작은 직경의 단부를 포함하는, 안테나 시스템.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 지지용 원추형 몸체는 세라믹 원뿔대 원추(ceramic truncate cone)이며, 상기 원뿔대 원추 위에 상기 스트랜드가 증착되고, 상기 원뿔대 원추는 상기 지지용 원추형 몸체의 정점 또는 작은 직경의 단부에 있는 상기 스트랜드에 또는 상기 스트랜드로부터 무선 주파수 신호를 공급하기 위한 동축 케이블이 통과하는 홀을 그 원추의 축을 따라 구비하는, 안테나 시스템.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 800MHz 내지 2GHz 사이에 있는 주파수 범위에서 동작하도록 의도되며, 상기 안테나는, 원추각(2θ₀)를 가지는 대략 10cm의 높이의 세라믹 원뿔대 원추와, 대략 16cm의 스트랜드의 길이를 초래하는 감김 각(winding angle)(Ψ)을 갖는 상기 스트랜드로 형성되는, 안테나 시스템.
5. 상기 지구 주위에서 극 궤도 또는 준 극궤도를 따라 공전하는 위성 그룹 중 적어도 하나의 위성과 무선 채널에 의해 동작하기 위한 이동 전화기로서, 상기 이동 전화기는 제2항에 기재된 안테나 시스템을 포함하며, 상기 원추형 지지용 몸체는 상기 이동 전화기의 상단부에 그 큰 직경의 단부에 의해 고정되며, 상기 스트랜드에 전력을 공급하는 상기 동축 케이블은 상기 이동 전화기의 접지에 연결된 재킷(jacket)을 구비하는, 안테나 시스템.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 위상 이동기 수단은 0-180°과 0-90°의 하이브리드 커플러(hybrid coupler)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 안테나 시스템.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 수단은 귀납적 선택 기준에 기초하여 그 동작 모드를 선택하기 위해서, 상기 이동 전화기가 제 1 통신 상태에 있는지 또는 제 2 통신 상태에 있는지를 검출하기 위한 검출 수단을 포함하며, 상기 제어 수단은 상기 이동 전화기가 상기 제 1 통신 상태에 있는 것이 검출되는지 또는 상기 제 2 통신 상태에 있는 것이 검출되는지에 따라 제 1 동작 모드 또는 제 2 동작 모드를 수행하는, 안테나 시스템.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 수단은 연역적인 선택 기준에 기초하여 그 동작 모드를 선택하기 위하여, 상기 안테나가 본질적으로 직립 방향(upright orientation)으로 있을 때 상기 제 1 동작 모드를 수행하고 상기 안테나가 본질적으로 수평 방향(horizontal orientation)으로 있을 때 상기 제 2 동작 모드를 수행하기 위한 방향 센서(orientation sensor)를 포함하는, 안테나 시스템.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 수단은 귀납적인 선택 기준에 기초하여 그 동작 모드를 선택하기 위하여 상기 제 1 및 제 2 동작 모드를 주기적으로 테스트 하는 수단과 상기 테스트된 2개의 동작 모드 중 더 우수한 것의 선택을 보장하는 상기 위상 이동기 수단을 연결하기 위한 수단을 더 포함하는, 안테나 시스템.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 무선 주파수 신호는 상기 원추형 몸체의 정점 또는 작은 직경의 단부에 있는 상기 스트랜드에 또는 상기 스트랜드로부터 급전되는, 안테나 시스템.
11. 이동 전화기와, 지구 주위에서 비-정지 궤도를 따라 공전하는 스테이션 그룹 중 하나 이상의 스테이션 사이에서 무선 채널을 통해 동작하기 위한 이동 전화기용 안테나 시스템에 있어서,

    큰 직경의 단부와 정점 또는 작은 직경의 단부를 가지는 지지용 원추형 몸체의 축 둘레의 회전에 따라 서로 일정 각도 간격만큼 떨어져 있는 복수의 나선형 스트랜드(strands)를 구비하는 원추형 안테나로서, 상기 지지용 원추형 몸체는 그 큰 직경의 단부에 의해 이동 전화기의 상단부에 고정되도록 구성된, 원추형 안테나와;

    상기 원추형 몸체의 일 단부를 통해 상기 스트랜드에 또는 상기 스트랜드로부터 무선 주파수 신호를 선택적으로 공급하기 위해 위상 이동기 수단을 구비하는 스위치 모드 기능(SMF) 수단으로서, 상기 무선 주파수 신호는, 제 1 동작 모드에서는 원편파 방사(circularly polarized radiation)를 위해 실질적으로 반구 형태(hemispherical form)를 갖는 안테나 패턴을 생성하고, 제 2 동작 모드에서는 실질적으로 토로이드 형태(toroidal form)를 갖는 안테나 패턴을 생성하도록 상대 위상을 가지고 있는, 스위치 모드 기능(SMF) 수단과;

    상기 제 1 및 제 2 동작 모드 사이에 선택을 수행하도록 상기 SMF 수단을 자동적으로 제어하기 위한 제어 수단으로서, 상기 제어 수단은, 상기 안테나가 본질적으로 직립 방향으로 있을 때 상기 제 1 동작 모드를 수행하고, 상기 안테나가 본질적으로 수평 방향으로 있을 때 상기 제 2 동작 모드를 수행하기 위해 방향 센서를 포함하는, 제어 수단

    을 포함하는, 안테나 시스템.

Images