KR100701493B1 - 기다란 형태의 개인용 통신 장치 - Google Patents

Abstract

개인용 통신 장치는 제 1 및 제 2 안테나(102A, 102B)가 몸체의 반대편 종단에 위치해 있는 안테나 다이버시티 배열(arrangement)을 통합하는 기다란 형태의 몸체(202)를 포함한다. 일 실시예에서, 마이크로폰(114)은 하나의 안테나(102A)의 팁(tip)에 위치하며 스피커(116)는 다른 안테나(102B)의 팁에 위치한다. 상기 마이크로폰(114) 및 스피커(116)는 그들 각각의 안테나에 톱 로드(top load)로서의 역할을 하며, 그로 인해 더 짧은 안테나를 사용할 수 있게 해준다. 상기 안테나(102A, 102B)는 동축 케이블로 제작될 수도 있으며, 이는 상기 안테나(102A, 102B)로 하여금 상기 장치의 몸체 안의 마이크로폰(114) 또는 스피커(116)와 트랜시버 회로 사이에 전기적 접속을 제공할 수 있게 해준다. 마이크로폰(114) 및 스피커(116)가 무선 주파수에서 낮은 임피던스를 지니도록 배열함으로써, 상기 동축 케이블은 유도성 스터브 역할을 하며 상기 안테나(102A, 102B)가 추가로 짧아지게 해준다.

Description

기다란 형태의 개인용 통신 장치{ELONGATE PERSONAL COMMUNICATIONS APPARATUS}

본 발명은 펜 모양의 무선 전화와 같은, 안테나 다이버시티(diversity) 배열을 구비하는 기다란 형태의 개인용 통신 장치에 관한 것이다.

전자 부품 소형화의 진전으로 다양한 소형(compact) 통신 디바이스를 제작할 수 있게 되었다. 그러한 디바이스의 일 예로, US-A-4,969,180에 개시된 바와 같은, 펜 모양의 무선 전화가 있다. 그러한 장치를 설계할 때 주요 관심사는 상기 장치가 통상 사용되는 환경에서 우수한 성능을 내는 효과적인 안테나 배열을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 기다란 형태의 개인용 통신 장치를 위해 개선된 안테나 배열을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 트랜시버 회로가 그 안에 배치된 기다란 형태의 몸체(elongate body)를 포함하는 개인용 통신 장치가 제공되며, 상기 장치는 상기 몸체의 반대편 종단에 위치하는 공간적으로 분리된 제 1 및 제 2 안테나를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 트랜시버 회로는 상기 제 1 및 제 2 안테나에 연결된 다이버시티 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

만약 마이크로폰이 제 1 안테나 위에 장착되고 스피커(loudspeaker)가 제 2 안테나 위에 장착되어, 상기 안테나들이 마이크로폰 또는 스피커와 트랜시버 회로 사이에 전기적 접속을 제공한다면 추가적 장점이 얻어진다. 이 배열은 마이크로폰 과 스피커 사이에 최적의 거리를 얻기 쉽게 해준다. 또한 상기 안테나들을 설계할 때 만약 마이크로폰과 스피커의 전기적 효과를 고려한다면, 더욱 소형으로 만드는 것이 가능해진다.

이제 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 예를 들어서 설명할 것이다.

도 1은 개인용 통신 장치에 대한 블록 개략도.

도 2는 본 발명에 따라 제작된 개인용 통신 장치를 도시한 도면.

도 3은 두 지점에서의 전기장의 크기에 대한 자기-상관(auto-correlation) 함수,

가 상기 지점들의 파장 간격 x/ λ 에서 어떻게 변화하는 지를 보여주는 그래프.

도 4는 집적 마이크로폰을 구비한 나선형 안테나를 도시한 도면.

도면에서 같은 참조 번호는 일치하는 특징을 표시하기 위해 사용되었다.

안테나 다이버시티 배열을 구비한 개인용 통신 장치(100)의 블록 개략도가 도 1에 도시되어 있다. 이 특수한 예는 GSM(이동 통신을 위한 전역 시스템:Global System for Mobile communications) 셀룰러 전화에 근거하고 있으나, 유사한 원리 를 다른 셀룰러 전화 표준 및 다른 개인용 통신 장치, 예를 들면 양방향(two-way) 라디오에 적용한다.

먼저, 음성 전화 통화시에 작동하는 회로의 수신부를 생각해보자. 두 개의 공간적으로 분리되어 있는 안테나(102A, 102B)는 원거리의 기지국으로부터 신호를 수신하며, 이 신호는 다이버시티 유닛(104)에 의해 처리되어 단일 무선 주파수(RF) 신호를 생성하게 된다. 가장 간단한 형태로 상기 유닛(104)은 두 개의 신호 중 제일 센 것을 선택하지만 다른 결합 방법이 잘 알려져 있으며 대신 사용될 수도 있다. 이어서, 상기 RF 신호는 RF 트랜시버 블록(108)을 통과하며, 이것은 RF 신호를 더 낮은 중간 주파수(intermediate frequency)(IF)로 저역-변환(down-convert)시켜준다.

IF 신호는 IF 신호를 기저대역(baseband) 신호로 저역-변환시켜 주는 중간 주파수 블록(IF)(110)을 통과한다. 이어서 이 신호는 기저대역 처리 블록(BB)(112)을 통과한다. 이 블록은 다양한 업무를 수행하는데, 스피치(speech) 디코딩, 채널 디코딩 및 디인터리빙(deinterleaving)이 포함된다. 수신된 오디오 신호는 재생을 위해 스피커(116) 또는 다른 적합한 출력 디바이스에서 다시 아날로그 신호로 변환된다.

이제, 회로의 송신부를 생각해보자. 음성 신호는 마이크로폰(114) 또는 다른 적합한 입력 디바이스에 의해 수신되어, 기저대역 처리 블록(112)을 통과하게 되며, 이 곳에서 디지털 형태로 변환된다. 이어서, 기저대역 처리 블록(112)은 스피치(speech)를 인코딩하며, 수신된 비트 에러율을 줄이기 위해 인터리빙 및 채널 코딩을 수행한다. 송신을 위한 결과 신호가 변조되어 IF 블(110)을 통과한다. 이 곳에서 상기 기저대역 신호는 IF 주파수로 교차된다(transposed).

상기 IF 신호는 RF 트랜시버 블록(108)을 통과하며, 이 곳에서 RF 송신 주파수로 혼합되고(mixed up) 전력 증폭기(PA)(106)가 요구하는 전력으로 증폭된다. 이것은 이어서 안테나(102) 중 하나 또는 둘 모두에 의한 송신을 위해 다이버시티 유닛(104)을 통과한다.

하나의 소형 개인용 통신 장치는 예를 들면 펜 모양의 기다란 형태의 몸체를 포함한다. 도 2는 무선 전화일 수 있는 그러한 장치의 일 실시예를 도시한 것이다. 장치(200)는 사용하지 않을 때 재킷이나 다른 의류에 장치(200)를 부착하는데 사용할 수 있는 클립(204)을 구비하는 기다란 형태의 몸체(202)를 포함한다. 제 1 및 제 2 안테나(102A, 102B)는 상기 몸체의 반대편 종단에 장착된다. 바람직한 실시예에서는 나선형 안테나(102)를 사용한다. 개인용 통신 장치를 위한 회로의 대부분은 상기 기다란 형태의 몸체(202) 내부에 배치되며, 제 1 및 제 2 안테나(102)에 연결된 다이버시티 유닛(104)을 포함한다. 마이크로폰(114) 및 스피커(116)는 몸체(202)내의 개구부(opening) 뒤에 위치한다. 또한 디스플레이(206)와, 예를 들면 복수의 작동 버튼(210)인, 장치(200)를 제어하는 수단(208)이 제공된다.

두 개의 안테나를 구비한 다이버시티 배열로부터 효과적인 성능 향상을 얻기 위한 조건은 각 안테나가 수신한 장(field)의 세기가 실질적으로 서로 상관이 없다는 것이다. 따라서, 만약 다중 경로 간섭으로 인하여 제 1 안테나(102A)가 널(null)에 있게 된다면, 제 2 안테나(102B)는 아마도 좋은 신호를 수신할 수 있을 것이며, 그 반대도 마찬가지이다.

이동 무선 환경 안에서 장의 공간적 상호 관계는 알. 제이. 클라크(R.J. Clarke)가 쓴, 벨 시스템즈 테크니컬 저널(Bell Systems Technical Journal), 47권 No. 6의, 957 페이지에서 1000 페이지에 나와있는, 이동-무선 수신에 대한 통계학적 이론(A Statistical Theory of Mobile-Radio Reception)에서 연구되었다. 장치(200)가 사실상 수직으로 놓여지는 보통의 사용에 있어서, 제 1 및 제 2 의 나선형 안테나(102A, 102B)는 전기장의 수직 성분을 수신한다. 도 3은 파장( λ )으로 측정된, 두 개의 안테나의 간격 x을 가지고, 전기장의 크기에 대한 자기-상관,

의 변화량을 도시한 그래프이다.

이 0.5 아래일 때 우수한 다이버시티 작동을 얻는다고 일반적으로 생각된다. 도 3에서, 이를 위해 안테나가 적어도 0.2 λ 만큼 분리되어야 함을 볼 수 있다. 이는 925MHz의 GSM 중앙 주파수에서 6.5cm의 간격에 해당하며, 대략 2050MHz의 UMTS(Universal Mobile Telecommunication System) 중앙 주파수에서 3.0cm의 간격에 해당한다. 그러한 간격은 도 2에서 도시한 바와 같이, 펜 모양 또는 다른 기다란 형태의 장치에서 쉽게 구현될 수 있으며, 제 1 및 제 2 안테나(102A, 102B) 사이의 상호 관계는 낮아지고 다이버시티 성능은 우수해지는 것을 보장한다. 그러므로, 그러한 장치는 도시된 것과 같은 다이버시티 배열에 대해 특별히 적합하다. 추가로, 기다란 형태의 장치(200)는 안테나가 사용자의 손에 의해 상당 부분 차단되지 않는 방식으로 놓여질 것이다(is likely to be held). 이것은 제 1 및 제 2 안테나(102A, 102B)의 평균 이득(mean gains)이 비슷해지는 것을 보증하고, 이것은 또한 우수한 다이버시티 성능을 위한 요건이기도 하다.

도 2에 도시된 기다란 형태의 장치(200)의 편리한 변경은 도 4에 예시된 바와 같이, 제 1 안테나(102A)의, 트랜시버 회로에 접속된 종단과 반대편에 있는 종단에 마이크로폰(114)을 장착하는 것이다. 나선형 안테나(102A)는 동축 케이블로 형성될 수도 있으며, 접속 와이어(402)는 마이크로폰(114)을 케이블의 내부 전도체(conductor)의 하나의 종단으로 접속시키며 상기 내부 전도체의 다른 쪽 종단은 접지된다. 마이크로폰(114)으로부터의 제 2 접속 와이어(404)는 안테나(102A)의 톱(top)에서 케이블로 접속된다. 대안적으로, 안테나(102A)는 속이 빈 와이어로부터 형성될 수도 있는데, 이 와이어를 통해 제 1 접속 와이어가 마이크로폰을 접지시키기 위해 통과한다.

안테나(102A)의 밑바닥에서, 마이크로폰(114)으로부터 나온 오디오 신호와 안테나(102A)에 의해 수신되거나 송신된 RF 신호는 쉽게 분리될 수 있다. 공유 접속(406)이 안테나의 밑바닥에서 동축 케이블(또는 속이 빈 안테나 와이어)의 외부에 형성된다. 이 접속에 의해, 마이크로폰에서 나온 오디오 신호는 저역 통과 필터(low pass filter){여기에서는 단일 인덕터(inductor)(408)로 도시됨}을 통해 오디오 출력(410)으로 연결되며, 반면에 RF 신호는 고역 통과 필터(high pass filter){단일 커패시터(412)로 도시됨}을 통해 RF 출력(414)으로 연결된다.

접속에 대해서는 다른 가능성을 생각해볼 수 있다. 예를 들면, 마이크로폰(114)에서 나온 두 개의 접속 와이어는 속이 빈 안테나 와이어를 통과할 수도 있으며, 이로 인해 필터가 필요 없게 된다. 대안적으로, 접속 와이어는 나선형 안테나(102A)의 중심을 관통하여 위치할 수도 있으며, 이는 안테나가 단선(solid wire)으로 이루어질 수 있도록 해준다.

안테나(102A)의 톱에 마이크로폰(114)을 위치시키는 것이 갖는 특별한 장점은 마이크로폰 패키지가 톱 로딩을 제공하는 것이며{방사 저항(radiation resistance)을 늘리고 용량 리액턴스(capacitive reactance)를 줄여준다}, 그로 인해서 더 짧은 안테나(102A)를 사용할 수 있게 된다. 안테나(102A)가 동축 케이블로 제작되는 실시예에서, 만약 마이크로폰(114)이 또한 낮은 RF 임피던스를 나타낸다면, 그것은 나선형 안테나의 톱에 단락을 제공할 것이다. 그러면, 상기 나선형 안테나 내의 송신 라인은 단락 스터브가 되며, 이는 유도성 임피던스를 제공하게 되고 그로써 안테나(102A)의 용량 리액턴스를 줄여주어 더욱 짧은 안테나(102A)를 사용할 수 있도록 한다.

대안적으로, 또는 상기 변경과 조합하여, 스피커(116) 또한 상기 트랜시버 회로에 연결된 것과 반대편에 있는 제 2 안테나(102B)의 종단에 장착될 수도 있다. 마이크로폰(114) 및 제 1 안테나(102A)의 결합에 관해서 동일한 고려 사항을 이러한 변경에 적용한다.

상술한 본 발명의 실시예에서는 나선형 안테나를 사용한다. 그러나, 대신 다른 유형의 물리적으로 짧아진 전기 안테나를 사용할 수 있다. 그러한 안테나는 그것의 전기적 길이 보다 물리적으로 더 작은 모노폴(monopole) 또는 다이폴 같은(dipole-like) 안테나이며, 이는 전기장을 탁월하게 수신한다. 그러한 대안적 인 안테나의 예로는 구불구불한 라인의(meander-line) 안테나이다.

본 발명의 개시를 읽음으로써, 당업자에게는 다른 변경이 뚜렷이 보일 것이다. 그러한 변경에는 개인용 통신 장치 및 그 구성 부품의 설계, 제작 및 사용에 있어 이미 알려져 있는 다른 특징이 포함될 수도 있으며, 이는 본 명세서에서 이미 설명된 특징 대신에 또는 거기에 추가하여 사용될 수도 있다. 비록 본 출원에서 특징들의 특정 조합으로 청구항을 형식화했지만, 본 출원의 개시 범위는 본 명세서에서 명백히 또는 함축하여 또는 이를 포괄하여 개시된 어떠한 새로운 특징 또는 특징들의 어떠한 새로운 조합도 역시 포함하는데, 그것이 임의의 청구항에 현재 주장된 바와 동일한 발명에 관한 것이든 그리고 본 발명이 완화시킨 것과 동일한 기술 적인 문제의 일부 또는 전부를 완화시키는가와 무관하다. 이로써 본 출원인은 새로운 청구항이, 본 출원 또는 그로부터 유도된 임의의 추가 출원을 수행하는 동안 그러한 특징 및/또는 특징들의 조합으로 형식화될 수도 있다는 것을 알린다.

본 명세서 및 청구항에서, 요소에 선행하는 단수를 지칭하는 단어는 그러한 요소가 복수개 존재함을 배제하지 않는다. 추가로, "포함하는" 이라는 단어는 기재된 것 외에도 다른 소자 또는 단계가 존재함을 배제하지 않는다.

본 발명은 무선 통신 시스템, 예를 들면 GSM의 영역에서 사용하기 위한 장치에 적용할 수 있다.

Claims (14)

1. 안에 배치된 다이버시티 유닛을 포함하는 트랜시버 회로(104 내지 112)와, 제1 및 제2 공간적으로 분리된 안테나(102A, 102B)를 구비하는 기다란 형태의 몸체(202)를 포함하는 개인용 통신 장치(100 또는 200)로서, 제1 및 제2 안테나 각각은 물리적으로-짧은 전기 안테나를 포함하되, 제1 및 제2 안테나는 기다란 형태의 몸체의 각각의 반대 종단에 위치되고 장치의 작동 주파수에서 적어도 파장의 0.2만큼 분리되고, 마이크(114)와 스피커(116)가 제공되는, 개인용 통신 장치에 있어서,

   제1 안테나(102A)는 트랜시버 회로와 마이크(114) 사이에 연결되고, 제2 안테나(102B)는 트랜시버 회로와 스피커(116) 사이에 연결되며, 제1 및 제2 안테나 중 적어도 하나는 속이 빈 와이어로 형성되고, 마이크 또는 스피커와 트랜시버 회로 사이의 제1 전기적 연결이 속이 빈 와이어로 제공되며, 마이크 또는 스피커와 접지 사이의 제2 전기적 연결이 속이 빈 와이어로 둘러싸인 전도체로 제공되는, 개인용 통신 장치.
2. 제1 항에 있어서,

   제1 및 제2 안테나 각각은 나선형 안테나인 것을 특징으로 하는, 개인용 통신 장치.
3. 제1 항에 있어서,

   속이 빈 와이어 및 전도체는 동축 케이블을 포함하는 것을 특징으로 하는, 개인용 통신 장치.
4. 제3 항에 있어서,

   마이크 또는 스피커가 무선 주파수에서 낮은 임피던스를 가짐에 따라, 각각의 안테나를 형성하는 동축 케이블이 유도성 스터브로서 작용하게 하는 것을 특징으로 하는, 개인용 통신 장치.
5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   마이크 또는 스피커가 제1 및 제2 안테나 중 각각의 하나에 톱 로딩을 제공하는 것을 특징으로 하는, 개인용 통신 장치.
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