KR100752835B1

KR100752835B1 - 간섭 억제 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100752835B1
Application number: KR1020010008892A
Authority: KR
Inventors: 베세아클라이드죠오지; 프레이니죤필립; 페르넬티모시로이드
Original assignee: 루센트 테크놀러지스 인크
Priority date: 2000-02-23
Filing date: 2001-02-22
Publication date: 2007-08-29
Also published as: KR20010085466A; US6564038B1; JP2001298374A; AU2309501A; EP1128716A3; CA2331155A1; EP1128716A2

Abstract

본 발명은 능동 차폐(active shielding) 기술을 이용하여 무선 주파수(RF) 통신 시스템에서의 전자기 간섭을 억제하는 방법 및 장치를 개시한다. 마이크로파 통신 환경에서 스트레이(stray) 신호들을 능동적으로 중화시키기 위해 대항 중화 신호(opposing neutralizing signal)를 인가한다. 감지 안테나를 이용하여 간섭 또는 스트레이 신호를 검출하고, 그에 응답하여 대항 중화 신호가 생성된다. 신호 중화 차폐물에 반댑치를 차폐한다. 대항 중화 신호는 검출된 간섭 신호에 대해대략 180^o의 위상차를 가지며 그 크기는 동일하다. 위상 시프터/널(null) 피드백 장치는 검출된 스트레이 신호를 수신하고, 만약 수신하는 경우, 대항 중화 신호의 위상 및 크기를 적응적으로 조절한다. 하나의 실시예에서, 위상 시프터/널 피드백 장치는 간섭 신호의 에너지에 비례하는 DC 값을 생성하는 적분기(integrator)를 포함한다. 알려진 피드백 기술을 이용하여 DC 값을 전압 제어 발진기(voltage controlled oscillator: VCO)에 인가함으로써, 대항 중화 신호의 위상 또는 크기, 또는 그 둘다를 조절하며, 그로 인해 DC 값을 최소화시킨다.

Description

간섭 억제 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR SUPPRESSING INTERFERENCE USING ACTIVE SHIELDING TECHNIQUES}

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 신호 중화 차폐물을 도시한 도면,

도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 신호 중화 차폐물을 도시한 도면,

도 3은 도 1 및 도 2의 위상 시프터/널 피드백 구성 요소를 도시한 도면,

도 4는 도 3의 적분기에 대한 예시적인 회로 설계를 도시한 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100 : 신호 중화 차폐물 105 : 장비 래크

110 : RFI 감지 안테나 120 : 루트 발진기

130 : 전치 증폭기 140 : 고전력 증폭기

300 : 위상 시프터/널 피드백

본 발명은 일반적으로 전자기 간섭(electromagnetic interference: EMI) 및 무선 주파수 간섭(RFI)에 대한 억제 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 능동 차폐 기술을 이용하여 그러한 EMI 및 RFI를 억제하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

마이크로파 및 광학(레이저) 통신을 포함하는 무선 주파수 통신은 보다 낮은 주파수에서의 통신에 비해 여러 가지 이점을 갖는다. 마이크로파 통신은, 예컨대, 주파수당 매우 다양한 송신, 향상된 정확도 및 다중화된 사용자등의 이점을 제공한다. 그러나, 마이크로파 통신과 관련된 고주파수의 커다란 문제점은 회로, 케이스 및 차폐물에서의 작은 간격(gap)을 통해 고주파수 신호가 쉽게 전달되어 스트레이 신호가 생성된다는 것이다.

따라서, 마이크로파 통신 장치 및 마이크로파 신호의 존재시에 동작하는 다른 장치에서 스트레이 신호를 억제하는 것이 보다 중요해진다. 스트레이 마이크로파 신호를 억제하는 여러 가지 기술이 제안되어 왔다. 일반적으로, 그러한 억제 기술들은 스트레이 신호를 공통 접지로 리턴시키거나, 또는 스트레이 신호를 감쇠시켜 그 신호가 더 이상 커다란 크기를 갖지 않도록 시도한다. EMI를 억제하는 가장 일반적인 방법은 "금속 캔(metal can)"에서의 방사 및 취약 성분들을 차폐하는 것이다. 예컨대, 본 명세서에서 참조로 인용된, 피. 놀름(P. Nyholm) 등에 의한 "EMI Protection in Consumer Portable Products"(Electronic Packaging and Production, 40-44(March 1994))를 참고하면 된다. 마이크로파 신호 환경에서의 스트레이 신호 억제를 위한 많은 설계들은 금속 스프링(spring), 클립(clip) 또는 메시(mesh)로 이루어지는 차폐물을 이용하여 왔다. 또한, 금속 함유 폼(metal impregnated foam) 및 고무 가스켓(rubber gasket) 재료도 이용하여 왔다.

이러한 여러 가지 신호 억제 기술들은 저주파수에서는 효율적이었으나, 마이크로파 통신과 관련된 보다 높은 주파수에서는 그만큼 효율적이지 못하였다. 마이크로파 통신에 대한 이러한 방안들과 관련된 문제점들은 마이크로파 에너지의 전달과 관련된다. 특히, 마이크로파 신호와 관련된 주파수에서, 파장은 매우 짧다. 예컨대, 2 GHz에서 1/4 파장은 겨우 1.9 인치이다. 비록, 스트레이 신호들을 억제하도록 의도된 케이스와 차폐물의 간격들은 전형적으로 0.020 인치(0.5 mm) 정도이나, 에너지는 간격 높이를 가로지르는 방향으로 전파될 수 있다. 대부분의 장비 설계는 일측면에서 1.9 인치보다 크기 때문에, 이러한 전파 이론은 특정한 예들에 있어서도 역시 그러할 것이다.

또한, 주파수가 증가함에 따라, 스트레이 신호와 관련된 에너지는 차폐 장치의 표면상에 잔류할 가능성이 많으며, 차폐 장치의 본체내로 침투하지 않는다. 이러한 현상은 종종 "스킨 효과(skin effect)"로서 불리운다. 이러한 스킨 효과의 결과로서, 모든 스트레이 신호는 공통 접지로 리턴되지 않을 수 있다. 어떠한 주파수 이상에서는, 그러한 차폐물은 실제로 스트레이 마이크로파 신호를 재방사하는 것으로 관찰되었다.

많은 사람들이 마이크로파 방사를 포함하는 전자기 방사에 대한 노출에 대해 우려하고 있다. 특히, 셀룰라 전화 및 다른 무선 통신 장치와 관련된 잠재적인 건강상의 위험들에 대한 문제점이 인식되고 있다. 특히, 여러 사람들이 장치로부터의 신호 송신과 관련된 전자기 방사로 인한 잠재적인 위험에 대해 우려하고 있 다. 이들 관심사를 해결하기 위해, 셀룰라 전화 및 다른 무선 통신 장치를 위한 대부분의 설계는 이제 사용자와 안테나 사이에 전자기 방사 흡수 재료 및 다른 차폐물들을 합체하여, 장치로부터 방출되는 잠재적으로 해로운 방사로부터 사용자를 차폐 또는 보호한다.

따라서, 마이크로파 통신 시스템에서 전자기 간섭(EMI) 및 무선 주파수 간섭(RFI)을 억제하기 위한 개선된 방법 및 장치가 필요하다. 또한, 능동 차폐 기술을 이용하여 그러한 EMI 및 RFI를 억제하는 방법 및 장치가 필요하다. 또한, 셀룰라 전화 및 다른 무선 통신 장치에서 전자기 간섭(EMI) 및 무선 주파수 간섭(RFI)을 억제하는 개선된 방법 및 장치가 필요하다.

개략적으로, 능동 차폐 기술을 이용하여, 마이크로파 및 광학(레이저) 통신 시스템을 포함하는 무선 주파수(RF) 통신 시스템에서의 간섭을 억제하는 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명의 하나의 양상에 따르면, 대항 중화 신호(opposing neutralizing signal)를 인가하여 RF 통신 환경에서의 스트레이 신호를 능동적으로 중화시킨다. 간섭 또는 스트레이 신호는 감지 안테나를 이용하여 검출되며, 그것에 응답하여 대항 중화 신호가 생성된다. 대항 중화 신호를 신호 중화 차폐물에 인가하여 임의의 원하는 구성 요소 또는 장치를 차폐한다. 대항 중화 신호는 검출된 간섭 신호에 대해 대략 180^o의 위상차를 가지며 그 크기는 동일하다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 위상 시프터/널 피드백 장치가 만약 존재한다면 검출된 스트레이 신호를 수신하고, 대항 중화 신호의 위상 및 크기를 적응적으로 조절한다. 하나의 실시예에서, 위상 시프터/널 피드백 장치는 간섭 신호의 에너지에 비례하는 DC 값을 생성하는 적분기를 포함한다. 알려진 피드백 기술을 이용하여 DC 값을 전압 제어 발진기(VCO)에 인가함으로써 대항 중화 신호의 위상 또는 크기, 또는 그 둘다를 조절하며, 그로 인해 DC 값을 최소화시킨다.

본 발명의 보다 완벽한 이해 및 본 발명의 또다른 특징 및 이점들은, 이하의 상세한 설명 및 도면을 참조함으로써 얻을 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 신호 중화 차폐물(100)을 도시한다. 신호 중화 차폐물(100)은 장비 래크(rack)(105)에 탑재된 전자 구성 요소 및 장치를 차폐하는 기능을 한다. 개략적으로, 본 발명의 하나의 특징에 따르면, 대항 중화 신호를 인가하여 RF 통신 환경에서의 스트레이 신호를 능동적으로 중화시킨다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 무선 주파수 간섭(RFI) 감지 안테나(110)는 임의의 스트레이 신호를 검출하고, 대항 중화 신호를 신호 중화 차폐물(100)에 인가한다. 대항 중화 신호는 임의의 검출된 스트레이 신호에 대해 대략 180^o의 위상차를 가지며 그 크기는 동일하다.

장비 래크(105)는 송신될 신호를 생성하는 루트 발진기(root oscillator)(120)를 포함한다. 불완전한 임피던스로 인해, 생성된 신호의 일부분은 스트레이 신호의 형태로 장비 래크(105)로 다시 전달되어, 간섭을 일으킨다. 본 발명의 목적은 간섭 스트레이 신호를 감소시키는 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 신호 중화 차폐물(100)은 신호 소스로서 루트 발진기(120)를 이용하여 신호(125)를 제공한다. 신호(125)는 전치 증폭기(130) 및 고전력 증폭기(140)에 의해 증폭된다. 무선 주파수 간섭(RFI) 감지 안테나(110)에 의해 검출된 임의의 스트레이 신호(115) 뿐만 아니라, 증폭된 신호(145)는 도 3과 함께 이하에 더 기술된 위상 시프터/널 피드백 장치(300)로 인가된다. 무선 주파수 간섭(RFI) 감지 안테나(110)에 의해 검출된 임의의 스트레이 신호(115)는 무선 주파수 간섭(RFI) 감지 안테나(110)에 의해 검출된 스트레이 신호(115)에 인가되기 전에 저잡음 증폭기(112)에 의해 증폭됨을 유의해야 한다.

위상 시프터/널 피드백 장치(300)는 만약 존재한다면 검출된 스트레이 신호(115)를 수신하고, 대항 중화 신호(155)를 생성하기 위해 증폭된 신호 소스(145)의 위상 및 크기를 적응적으로 조절한다. 임의의 검출된 스트레이 신호(115) 및 대응하는 대항 중화 신호(155)는 대략적으로 180^o의 위상차를 가지며, 크기는 동일함을 유의해야 한다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 신호 중화 차폐물(200)을 도시한다. 신호 중화 차폐물(200)은 장치(205)의 송신기(210)로부터 방출되는 잠재적으로 해로운 방사로부터 사용자를 차폐할 뿐만 아니라, 셀 전화(205)에 탑재된 전자 구성 요소 및 장치를 차폐하는 기능을 한다. 도 1의 신호 중화 차폐물(100)과 마찬가지로, 셀 전화 구현을 위한 신호 중화 차폐물(200)은 임의의 스트레이 신호를 검출하는 무선 주파수 간섭(RFI) 감지 안테나(110)를 포함하고, 신호 중화 차폐물(200)은 임의의 검출된 스트레이 신호에 대해 대략 180^o의 위상차를 가지며 그 크기는 동일한 대항 중화 신호를 인가한다. 또한, 신호 중화 차폐물(200)은 도 1과 함께 위에서 기술된 방법과 동일하게 동작하는 저잡음 증폭기(112), 루트 발진기(120), 전치 증폭기(130), 고전력 증폭기(140) 및 위상 시프터/널 피드백 장치(300)를 포함한다.

도 3은 도 1 및 2의 위상 시프터/널 피드백 소자(300)를 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 예시적인 위상 시프터/널 피드백 소자(300)는 루트 발진기(120)로부터의 증폭 신호(145)의 위상 및 크기를 동적으로 조절하여, RFI 감지 안테나(110)에 의해 검출된 스트레이 신호(115)에 대해 대략 180^o의 위상차를 가지며 그 크기는 동일한 신호를 생성한다.

위상 시프터/널 피드백 소자(300)는 도 4와 함께 이하에 더 기술된 적분기(310)를 포함하며, 적분기(310)는 관심있는 주파수 스펙트럼을 통한 전력 대역을 디지털값으로 측정하여, 간섭의 정도를 나타내는 아날로그 DC 레벨을 생성한다. 일반적으로, 보다 높은 DC 레벨은 보다 높은 레벨의 간섭을 나타낸다. 아래에 기술된 바와 같이, 적분기(310)는 알려진 피드백 기술을 이용하여, 생성된 신호의 크기를 조절함으로써 DC 레벨을 최소화시키는 가변 감쇠기(variable attenuator)를 포함한다. 가변 감쇠기에 의해 인가된 디폴트 크기는 간섭 또는 스트레이 신호(115)의 예상 크기에 대응한다.

적분기(310)에 의해 생성된 DC 레벨은 핀 V_DC상으로 출력되며, 동시에 전압 제어 발진기(VCO)(320)에 인가되어 보정 신호(155)의 위상을 조절한다. 도 3에 도시된 바와 같이, VCO(320)는 루트 발진기(120)로부터의 증폭 신호(145)를 이용하여 발진기 신호를 생성한다. VCO(320)는 알려진 피드백 기술을 이용하여, 생성된 신호의 위상을 조절함으로써 DC 레벨을 최소화시킨다. VCO(320)에 의해 생성된 디폴트 신호는 루트 발진기(120)에 의해 생성된 신호에 대해 180^o의 위상차를 가짐을 주지해야 한다. 다른 변형에 있어서, 위상 또는 크기 조절, 또는 그 둘다는 간섭 또는 스트레이 신호(115)의 위상 또는 크기가 충분히 예측가능한 경우 고정되거나 또는 사전정의될 수 있다.

도 4는 도 3의 적분기(310)에 대한 예시적인 회로 설계를 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 적분기(310)는 RFI 감지 안테나(110)(도 1)로부터의 간섭 신호(115)와 관련된 고전력 스파이크(spike)를 입력 TRF-1에서 수신한다. 도 4에 도시된 회로의 동작에 관한 상세한 설명은, 본 명세서에서 참조로 인용된, "Source Book of Electronic Circuit, 311"(John Markus ed., McGraw Hill 1968)을 참조하면 된다. 일반적으로, 적분기(310)는 관심있는 주파수 대역내의 간섭 신호(115)의 스파이크에서의 모든 전력을 식별, 증폭 및 통합한다. 적분기(310)는 RFI 감지 안테나(110)에 의해 보여진 간섭 레벨에 대응하는 DC 출력을 제공한다. DC 레 벨은 저항 R11을 통해 출력된다.

전술한 바와 같이, 적분기(310)는 알려진 피드백 기술을 이용하여 생성된 신호의 크기를 조절함으로써 DC 레벨을 최소화시키는 가변 감쇠기 P1을 포함한다. 가변 감쇠기에 의해 인가된 디폴트 크기는 간섭 또는 스트레이 신호(115)의 예상 크기에 대응한다.

본 명세서에서 도시 및 기술된 실시예들 및 변화들은 단지 본 발명의 원리를 예시하는 것이며, 당업자라면 본 발명의 영역 및 정신을 벗어나지 않고서도 여러 가지 변형을 구현할 수 있을 것이다.

본 발명에 의하면, 능동 차폐 기술을 이용함으로써, 마이크로 통신 시스템, 또는 셀룰라 전화 및 다른 무선 통신 장치에서의 전자기 간섭(EMI) 및 무선 주파수 간섭(RFI)을 억제할 수 있다.

Claims

간섭 억제 장치(interference suppression device)에 있어서,

간섭 신호를 검출하는 감지 안테나와,

상기 간섭 신호에 대항하는 보정 신호를 생성하는 신호 소스와,

상기 보정 신호를 유도하여 상기 간섭 신호를 능동적으로 중화시키는 차폐물(shield)

을 포함하는 간섭 억제 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 보정 신호는 상기 간섭 신호에 대해 180°의 위상차를 가지며 그 크기는 동일한 간섭 억제 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 신호 소스는 소정 위상을 갖는 신호를 생성하는 발진기(a oscillator)와, 상기 간섭 신호에 대응하는 DC 레벨을 생성하는 적분기(a integrator)를 포함하되, 상기 DC 레벨은 상기 위상을 조절하기 위해 피드백 장치에 인가되는 간섭 억제 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 신호 소스는 소정 크기(a magnitude)를 갖는 신호를 생성하는 발진기와, 상기 간섭 신호에 대응하는 DC 레벨을 생성하는 적분기를 포함하되, 상기 DC 레벨은 상기 크기를 조절하기 위해 피드백 장치에 인가되는 간섭 억제 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 간섭 억제 장치는 장비 래크(rack)에 이용되며, 상기 신호 소스는 상기 장비 래크상의 발진기를 이용하여 상기 보정 신호를 생성하는 간섭 억제 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 간섭 억제 장치는 무선 전화기에 이용되며, 상기 신호 소스는 상기 무선 전화기 상의 발진기를 이용하여 상기 보정 신호를 생성하는 간섭 억제 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 간섭 억제 장치는 무선 전화기에 이용되며, 상기 보정 신호는 상기 무선 전화기 내의 구성 요소를 차폐하고 상기 간섭 신호로부터 사용자를 차폐하는 간섭 억제 장치.
간섭 억제 장치에 있어서,

간섭 신호를 검출하는 감지 안테나와,

상기 간섭 신호에 대해 180°의 위상차를 가지며 그 크기는 동일한 보정 신호를 생성하는 신호 소스와,

상기 보정 신호를 유도하는 차폐물

을 포함하는 간섭 억제 장치.
삭제
제 8 항에 있어서,

상기 신호 소스는 소정 위상을 갖는 신호를 생성하는 발진기와, 상기 간섭 신호에 대응하는 DC 레벨을 생성하는 적분기를 포함하되, 상기 DC 레벨은 상기 위상을 조절하기 위해 피드백 장치에 인가되는 간섭 억제 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 신호 소스는 소정 크기를 갖는 신호를 생성하는 발진기와, 상기 간섭 신호에 대응하는 DC 레벨을 생성하는 적분기를 포함하되, 상기 DC 레벨은 상기 크기를 조절하기 위해 피드백 장치에 인가되는 간섭 억제 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 간섭 억제 장치는 장비 래크에 이용되며, 상기 신호 소스는 상기 장비 래크상의 발진기를 이용하여 상기 보정 신호를 생성하는 간섭 억제 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 간섭 억제 장치는 무선 전화기에 이용되며, 상기 신호 소스는 상기 무선 전화기 상의 발진기를 이용하여 상기 보정 신호를 생성하는 간섭 억제 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 간섭 억제 장치는 무선 전화기에 이용되며, 상기 보정 신호는 상기 무선 전화기 내의 구성 요소를 차폐하고 상기 간섭 신호로부터 사용자를 차폐하는 간섭 억제 장치.
전자 장치에서의 간섭을 억제하는 방법에 있어서,

간섭 신호를 검출하는 단계와,

상기 간섭 신호에 대항하는 보정 신호를 생성하는 단계와,

상기 보정 신호를 차폐물에 인가하여 상기 간섭 신호를 능동적으로 중화시키는 단계

를 포함하는 간섭 억제 방법.
제 15 항에 있어서,

상기 보정 신호는 상기 간섭 신호에 대해 180°의 위상차를 가지며 그 크기는 동일한 간섭 억제 방법.
제 15 항에 있어서,

상기 생성 단계는 소정 위상을 갖는 신호를 생성하는 단계와, 상기 간섭 신호에 대응하는 DC 레벨을 생성하는 단계와, 상기 위상을 조절하기 위해 상기 DC 레벨을 피드백 장치에 인가하는 단계를 더 포함하는 간섭 억제 방법.
제 15 항에 있어서,

상기 생성 단계는 소정 크기를 갖는 신호를 생성하는 단계와, 상기 간섭 신호에 대응하는 DC 레벨을 생성하는 단계와, 상기 크기를 조절하기 위해 상기 DC 레벨을 피드백 장치에 인가하는 단계를 더 포함하는 간섭 억제 방법.