KR100770854B1 - 휴대 단말기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 송신시에 SAR을 개선함과 동시에, 수신시에 양호한 통신 특성을 확보할 수 있는 TDD방식의 휴대단말기를 제공한다. 휴대전화기본체의 PCB상에 두 개의 다이폴 안테나 21, 22를 구비한다. 송신시에는 송수신 회로부 6으로부터의 송신전력을 전력분배/합성기 3에서 1/2씩 분배하고, 위상기 34, 35를 통해서 배런 36, 37에서 불평형-평형변환한 후, 다이폴 안테나 21, 22로 공급한다. 이때 송신/수신절환 신호 10에 의해 위상기 34, 35에서의 각 안테나전류의 위상 φ1, φ2를 조정하여, 인체두부의 근방 전자계가 없어지도록 하여, SAR을 저감한다. 수신시에는 송신/수신절환신호 10에 의해 상기 위상 φ1, φ2를 조정하여, 복사패턴을 최적화하여 양호한 수신특성이 얻어지도록 한다.

TDD, SAR, 다이폴 안테나, 근방 전자계, 복사패턴

Description

휴대단말기{portable terminal}

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 휴대전화기의 안테나구조를 도시한 정면도 및 측면도.

도 2는 급전회로부의 구성을 도시한 블록도.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 두 개의 다이폴 안테나를 구비한 전화기본체와 인체두부의 관계를 개략적으로 도시한 PCB의 정면도 및 측면도, 전화기 본체와 사용자두부 정면의 구성도.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 송신모드시에서의 두 개의 다이폴 안테나의 급전위상과 인체두부의 근방 전자계와 원방 복사패턴의 관계를 개략적으로 도시한 평면도.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 수신모드시에서의 두 개의 다이폴 안테나의 수신전력위상과 인체두부의 근방 전자계와 원방 복사패턴의 관계를 개략적으로 도시한 평면도.

도 6은 종래의 휴대단말기에서의 모노폴·안테나의 부착구조 및 전류분포, 전압분포를 도시한 구성도.

도 7은 종래의 휴대단말기에서의 두부근방 자계를 개략적으로 도시한 구성 도.

본발명은 송신과 수신이 시분할로 행해지는 TDD(Time division Duplex)방식에 의한 무선전화기등의 휴대단말기에 관한 것으로, 특히 사용자의 인체두부(頭部)에 미치는 영향(SAR : Specific Absorption Rate)을 개선하기 휴대단말기에 관한 것이다.

최근, 휴대전화기 등의 휴대단말기의 보급에 따라서 단말기로부터 복사되는 전파가 인체에 미치는 영향, 특히 사용자의 인체두부(頭部)에 미치는 영향(SAR)이 중요 문제로 부각되고 있다. 휴대단말기에 있어서는, 안테나의 복부에 전류가 집중하고, 그 결과, 안테나급전점등의 복사원 근방의 인체두부에 전자계가 집중하여 SAR이 증대하게 된다. 이러한 SAR의 개선에 관해서 방호(protection)지침도 개시되고 있다.

도 6은 종래의 휴대전화기에 널리 사용되고 있는 모노폴 안테나(monopole antenna)방식에 의한 안테나 구조 및 동작시의 전류분포, 전압분포를 도시하고 있다.

도 6a에 있어서, 전화기본체의 PCB(프린트 배선기판)1에는, 1/4λ모노폴 안테나 2가 급전점 3을 통해서 부착되어 있다.

도 6a 및 도 6b에 있어서, 모노폴 안테나 2는 안테나 소자와 안테나지판에 의해 소망의 주파수에서 공진하여 하나의 안테나를 구성하므로, 안테나전류 ia에 따라서 PCB1을 지판으로 하는 지판전류 ie가 도시한 바와 같이 PCB1로 흐른다.

도 7a는 이 때의 안테나전류 ia 및 지판전류 ie에 의한 근방 전계분포를 나타내고, 도 7b는 근방 자계분포를 나타낸다. 도면에서, 4는 휴대전화기본체, 5는 사용자의 인체두부이다.

상기한 종래의 구성에 있어서, SAR을 저감하기 위해서는, 실사용상태에서 인체두부방향으로의 근방 전자계의 강도를 저감하면 되지만, 그 관점으로부터 보면 도 6의 안테나구조에는, 다음과 같은 문제점이 있다.

(1) 1/4λ 모노폴 안테나방식에서는, 전화기본체 4의 PCB1이 지판을 형성하므로, PCB1에 지판전류 ie가 흐른다. 상기 PCB를 흐르는 지판전류 ie를 제어하는 것은 어려우므로, 근방 전자계를 제어, 저감할 수 없다.

(2) 안테나의 급전점 3부근에 안테나 전류 ia가 집중하여 흐르지만, 통상은 상기 전류집중부분은 두부 5가 가장 접근하는 부분이다.

(3) 따라서 두부측에 차폐판(shield)을 별도 구비하여, 두부방향으로의 전력복사를 경감하는 방식이 제안되고 있지만, 모노폴 안테나방식에서는, PCB에 지판전류 ie가 흐르므로, 차폐판에도 지판전류가 흘러서 차폐효과가 적다.

상기 문제를 해결하기 위해서, PCB1상에 동일한 신호의 송수신을 동시에 행하는 2개의 다이폴 안테나를 구비하고, 각 다이폴 안테나로의 급전위상을, 두 개의 전자계가 서로 없어지도록 제어함으로써, PCB에 지판전류를 흐르게 하지 않고 두부 의 근방 전자계를 저감하여, SAR을 개선함과 동시에, 각 다이폴 안테나로의 급전전력의 분배비를 조정하여, 통신성능(복사패턴)을 최적화하도록 한 휴대전화기가 본출원인에 의해 제안되어 있다.

그러나, 상술한 두 개의 다이폴 안테나를 구비하는 방식에서는, 실제로, SAR의 개선과 통신성능의 최적화라는 양방을 만족하도록 제어하는 것이 어렵다는 문제가 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 상기 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 두 개의 다이폴 안테나(dipole antenna)를 사용하여 TDD방식에 의한 무선통신을 행하는 휴대단말기에 있어서, 송신시에 SAR의 개선을 도모하고, 수신시에 통신성능의 최적화를 도모하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한, 송신과 수신을 시분할로 행하는 휴대단말기가, 동일한 통신을 공통으로 행하는 복수의 다이폴 안테나들과, 상기 복수의 다이폴 안테나들의 각각의 송신전력위상과 수신전력위상을 각각 소정으로 제어하는 위상기와, 상기 복수의 다이폴 안테나들에 대한 송신전력 분배비 및 수신전력 합성비를 각각 소정으로 조정하기 위한 전력분배/합성기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하기로, 상기 위상기는 송신시 상기 복수개의 다이폴 안테나들의 주위에 발생하는 근방 전자계들이 서로 상쇄되도록 상기 송신전력위상을 조정하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 TDD방식에 의한 휴대단말기에서의 안테나구조를 나타내는 구성도로, (a)는 평면도, (b)는 측면도이다.

도 1에 있어서, 1은 단말기본체의 PCB, 21은 PCB1의 상부에 구비된 제1다이폴 안테나(dipole antenna, 평형급전방식 안테나), 22는 PCB1의 상부에 구비된 제2다이폴 안테나이다. 31은 다이폴안테나 21의 급전부, 32는 다이폴안테나 22의 급전부이다. 6은 PCB1의 하부에 구비된 송수신 회로부이다. 일반적으로 휴대전화기에 있어서는, 도 1과 같이 PCB의 상부에 안테나가 배치되고, 하부에 송수신 회로부가 배치되어 있다.

7은 급전부 31, 32와 송수신회로 6을 접속하는 동축케이블(세미리지드 케이블 : semi-rigid cable)이다. 8은 스피커로, PCB1의 상기 다이폴 안테나가 부착된 면과는 반대측의 면(두부측)에 부착되어 있다.

또한, 다이폴 안테나 21에는 위상이 Φ1인 안테나 전류 ia1이 흐르고, 다이폴 안테나 22에는 위상이 Φ2인 안테나 전류 ia2가 흐른다. 또한, 두 개의 다이폴 안테나 21, 22는 동일신호의 송신 및 수신에 동시에 사용되는 것이다.

또한, 상기 예에서는, 송수신 회로부 6으로부터의 전력을 동축케이블 7을 통 해서 PCB상부의 급전부 31, 32를 포함하는 후술하는 급전회로부의 마이크로 스트립회로로 전하고 나서 후술하는 전력분배기에 의해 전력을 두 개의 안테나로 분배하도록 구성하고 있지만, 송수신 회로부 6과 급전부 31을 동축케이블 7에서 접속함과 동시에, 송수신 회로부 6과 급전부 32를 별도의 동축케이블에서 접속함으로써, 두 개의 안테나에 각각 급전하도록 구성해도 된다.

도 2는 상기 급전회로 31, 32가 구성되는 급전회로부 30의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 2에 있어서, 급전회로부 30은 송수신 회로부 6과 동축케이블 7을 통해 접속되는 전력분배/합성기 33과, 각 안테나 전류 ia1, ia2의 위상을 제어하는 위상기 34, 35와, 각 위상제어된 전류를 불평형-평형 변환하여 각 안테나에 공급하는 배런(balun) 36, 37로 구성되어 있다,

또한, 각 위상기 34, 35는 송신/수신절환신호 10에 의해, 각 다이폴 안테나 21, 22에 관해서 송신전력위상 및 수신전력위상을 제어하도록 구성됨과 동시에, 전력분배/합성기 33은 송신/수신절환신호 10에 의해 송신전력 분배비 및 수신전력 합성비를 제어하도록 구성되어 있다.

이어서, 상기 구성에 의한 동작에 관해서 설명한다.

도 3의 (a), (b), (c)는 다이폴 안테나 21, 22 및 그 각 안테나전류의 위상 φ1, φ2와 사용자 두부 5와의 관계를 개략적으로 도시한 구성도로, 두부 5는 정면을 향한 도면이다.

도4의 (a), (b)는 송신모드시에서의 상기 위상 φ1, φ2와 두부 5와 근방 전 자계와의 관계 및 원방 복사패턴을 도시한 구성도로, 두부 5를 위에서부터 본 도면이다.

도5의 (a), (b)는 수신모드시에서의 상기 위상 φ1, φ2와 두부 5와 근방 전자계와의 관계 및 원방 복사패턴을 도시한 구성도로, 두부 5를 위에서부터 본 도면이다.

상기 도 2에 있어서, 송신시에는 송수신 회로부 6으로부터 송신되는 신호전력을 전력분배/합성기 33에서 1/2씩 분배하고, 위상기 34, 35에서 각각 소망하는 위상 φ1, φ2로 조정한 후, 배런 36, 37에서 전송모드를 불평형-평형변환하고, 급전단자를 통해서 다이폴 안테나 21, 22로 공급한다. 상기 다이폴 안테나 21, 22는 스스로 공진하여, 두 개의 다이폴 안테나로서 기능한다.

이 때, 위상기 34, 35에 의해 각 안테나 전류 ia1, ia2의 위상 φ1, φ2를, 0∼180°의 사이에서 적당히 조정함으로써, 예를 들어 도 4와 같이 180°의 급전위상차(φ1-φ2=180도)를 가지도록 조정함으로써, 두부 5의 근방 전자계가 서로 없어져 감소시킬 수 있어, SAR을 저감할 수 있다.

그렇지만, SAR은 휴대단말기가 송신모드일 때만 고려하면 되는 문제이므로, 위상기 34, 35를 송신/수신절환신호 10에 의해 송신시에만 도 4의 관계가 되도록 급전위상을 제어함으로써, SAR의 개선을 우선적으로 도모하도록 하고 있다.

각 안테나에 대한 전력위상이 도 4와 같이 되면, 두부 5와 반대측의 근방 자계도 감소하고, 그 방향으로의 안테나이득도 저하한다. 따라서, 수신모드시에는, 송신/수신절환신호 10에 의해 도 5와 같은 관계가 되도록 수신전력위상을 조정함과 동시에, 전력분배/합성기 33에 의한 수신전력 합성비를 조정함으로써, 복사패턴의 최적화를 우선적으로 도모하여, 수신특성을 양호하게 한다. 예를들어, 두 안테나에 대한 수신전력 위상차를 0도(φ1-φ2=0도)로 조정하고, 채널상태가 좋은 경로(안테나)에 대한 수신전력에 더 많은 가중치를 두어 전력 합성함으로써 보다 양호한 수신신호를 얻을수 있다.

또한, 본 실시 예에 있어서는, 다이폴 안테나를 두 개 구비한 경우에 관해서 설명했지만, 3개 이상의 다이폴 안테나를 구비하여, 송신모드시와 수신모드시에서, 각각 전력위상 및 전력분배·합성비를 조정하도록 구성해도 된다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정 해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

이상 설명한 바와 같이, 본발명에 의하면, 복수의 다이폴 안테나를 구비하여 동일신호의 송신·수신에 공통으로 사용함과 동시에, 각 다이폴 안테나의 송신전력 및 수신전력위상을 각각 소정으로 제어하도록 구성했으므로, 휴대단말기의 PCB에 안테나전류를 흐르게 하지 않아, SAR이 문제가 되는 송신시에, 사용자 두부의 근방 전자계를 저감시켜서 SAR을 개선할 수 있다. 또한, 각 다이폴 안테나의 송신전력 분배비 및 수신전력 합성비를 각각 소정으로 조정할 수 있도록 구성함으로써 수신시에서의 통신성능(복사패턴)을 최적화할 수 있다.

Claims (12)

1. 송신과 수신을 시분할로 행하는 휴대단말기에 있어서,

   동일한 통신을 공통으로 행하는 복수의 다이폴 안테나들과,

   상기 복수의 다이폴 안테나들의 각각의 송신전력위상과 수신전력위상을 각각 소정으로 제어하는 위상기를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대단말기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 복수의 다이폴 안테나들에 대한 송신전력 분배비 및 수신전력 합성비를 각각 소정으로 조정하기 위한 전력분배/합성기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대단말기.
3. 제1항에 있어서,

   상기 위상기는, 송신시 상기 복수개의 다이폴 안테나들의 주위에 발생하는 근방 전자계들이 서로 제거되도록 상기 송신전력위상을 조정하고, 수신시 상기 복수개의 다이폴 안테나들의 주위에 발생하는 원방 복사패턴이 하나의 원 형태로 최적화되도록 조정하는 것을 특징으로 하는 휴대단말기.
4. 동일한 통신을 행하는 두 개의 다이폴 안테나를 구비하며, 송신과 수신을 시분할로 행하는 휴대단말기에 있어서,

   송수신회로부로부터의 송신전력을 소정 비율로 분배하여 두 개의 출력을 내는 전력분배/합성기와,

   상기 전력분배/합성기에서 출력되는 두 개의 송신전력들의 위상차가 소정의 값을 가지도록 상기 두 개의 송신전력들의 위상을 각각 조정하여 출력하는 위상기와,

   상기 위상기에서 출력되는 두 개의 출력들을 각각 불평형-평형 변환하여 대응하는 다이폴 안테나들로 공급하는 배런(balun)을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대단말기.
5. 제4항에 있어서,

   상기 위상기는, 수신시 상기 두 송신전력들의 위상차를 180도로 조정하는 것을 특징으로 하는 휴대단말기.
6. 제4항에 있어서,

   상기 위상기는, 상기 복수개의 다이폴 안테나들로부터 상기 배런을 통해 입 력되는 두 개의 수신전력들의 위상차를 상기 송신전력들의 위상차와 다른 소정의 값으로 조정하여 상기 전력분배/합성부로 출력하는 것을 특징으로 하는 휴대단말기.
7. 제6항에 있어서,

   상기 위상기는, 상기 두 수신전력들의 위상차를 0도로 조정하는 것을 특징으로 하는 휴대단말기.
8. 제6항에 있어서,

   상기 전력분배/합성부는, 상기 위상기로부터의 두 개의 출력들을 소정 비율로 합성하여 상기 송수신회로부로 출력하는 것을 특징으로 하는 휴대단말기.
9. 휴대단말기에 있어서,

   복수의 다이폴 안테나들과,

   상기 복수의 다이폴 안테나들의 각각에 대한 송신전력위상 및 수신전력위상을 각각 소정으로 제어하고, 상기 복수의 다이폴 안테나들에 대한 송신전력 분배비 및 수신전력 합성비를 각각 소정으로 조정하는 급전회로부를 포함하는 것을 특징으 로 하는 휴대단말기.
10. 제9항에 있어서,

    상기 휴대단말기는 송수신을 시분할 방식으로 행하는 것을 특징으로 하는 휴대단말기.
11. 제9항에 있어서,

    상기 급전회로부는, 송신시 상기 복수개의 다이폴 안테나들의 주위에 발생하는 근방 전자계들이 서로 제거되도록 상기 송신전력위상을 조정하는 것을 특징으로 하는 휴대단말기.
12. 제9항에 있어서,

    상기 급전회로부는, 수신시 상기 복수개의 다이폴 안테나들의 주위에 발생하는 원방 복사패턴이 하나의 원 형태로 최적화되도록 조정하는 것을 특징으로 하는 휴대단말기.

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