KR100822844B1

KR100822844B1 - 능동형 무선 모듈

Info

Publication number: KR100822844B1
Application number: KR1020060112493A
Authority: KR
Inventors: 김선권
Original assignee: 주식회사 네오펄스
Priority date: 2006-11-14
Filing date: 2006-11-14
Publication date: 2008-04-17
Also published as: JP2010509832A; CN101356740B; CN101356740A; WO2008060061A1; US20100144292A1

Abstract

본 발명은 광대역이나 다중 대역을 단일한 안테나와 무선 회로들로 이루어진 모듈에 단순한 제어 신호를 가하는 것으로 대응할 수 있도록 한 능동형 무선 모듈에 관한 것으로, 이를 위해 안테나와 필터 및 전력 증폭기에 전압에 따라 임피던스 특성이 변화되는 제어 소자들을 각 부의 특성에 맞는 위치에 적어도 하나 이상 구성하여 모듈을 형성하고, 외부 제어 신호에 따라 상기 각 제어 소자들에 적절한 직류 전압을 인가하여 주파수 특성을 조절함으로써, 원하는 주파수 특성을 용이하게 설정할 수 있으면서도 장착 공간을 줄일 수 있는 효과가 있고, 다양한 단말기에 상기 모듈을 적용할 수 있도록 하여 범용성을 높이며, 이를 통해 무선단 개발 비용을 낮출 수 있는 효과가 있다.

Description

능동형 무선 모듈{ACTIVE RF MODULE}

도 1은 협대역 무선 시스템의 구조를 보인 블록도.

도 2는 도 1의 주파수 특성을 보인 그래프도.

도 3은 광대역/다중대역 무선 시스템의 구조를 보인 블록도.

도 4는 도 3의 주파수 특성을 보인 그래프도.

도 5는 본 발명 일 실시예의 기본 구성을 보인 블록도.

도 6은 본 발명 일 실시예의 주파수 특성을 보인 그래프도.

도 7은 본 발명 실시예들에 적용되는 모듈의 구성 개념도.

도 8은 본 발명 다른 실시예의 모듈 구조를 보인 사시도.

도 9는 본 발명 실시예들에 적용되는 제어부의 제어 방식을 보인 개념도.

도 10은 도 8에 도시한 실시예의 공진점을 변화시킨 경우들을 보인 그래프도.

도 11은 본 발명 또 다른 실시예의 모듈 구조를 보인 사시도.

도 12 내지 14는 상기 도 11의 모듈의 공진점을 변화시킨 경우들을 보인 그래프도.

도 15는 능동형 대역 필터의 구성예를 보인 회로도.

도 16은 제어 소자의 값을 변화시키면서 측정한 도 15의 필터 특성 변화를 보인 그래프도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

20: 능동형 무선 모듈 21: 안테나 및 매칭부

22: 필터부 23: 전력 증폭부

30: 제어부 40: 기타 RF 소자부

45: DSP 및 베이스 밴드부 50: 능동형 무선 모듈

51: 제 1계층 52: 제 2계층

53: 제 3계층 55: 제어부

61: 주기판 62: 신호라인

63: 능동 및 수동 소자부 64: 안테나 급전부

65: 안테나부 66: 필터부

67: 접지부 68: 제어 소자

69: 제어부 81: 접지부

82: 단락부 83: 제 1제어소자

84: 급전부 85: 제 2제어소자

86: 안테나부

본 발명은 무선 단말기에 적용되는 무선 모듈에 관한 것으로, 특히 광대역이 나 다중 대역을 단일한 안테나와 무선 회로들로 이루어진 모듈에 제어 신호를 가하는 것으로 대응할 수 있도록 한 능동형 무선 모듈에 관한 것이다.

이동통신 시스템과 무선 데이터 통신 시스템 등의 급속한 보급과 기존의 다양한 무선 방송과 무선 기술들의 혼재로 인하여 최근 다중 주파수 대역이나 넓은 주파수 대역에서 동작할 수 있는 무선 수단들에 대한 요구가 급증하고 있다.

특히, 동일한 목적으로 상이한 주파수와 통신 방식을 이용하는 이동통신 시스템들을 모두 지원하기 위해서 지역의 이동에 따라서, 혹은 서비스의 선택에 따라 상이한 이동통신 시스템을 이용할 수 있도록 하는 다중 대역 이동통신 단말기들이 개발되어 사용되고 있으며, 그 필요성도 점차 증대되고 있다. 하지만, 상기 다중 대역 이동통신 단말기들에는 다중 대역이나 광대역에서 동작하기 위해서 고유한 특성을 가지는 무선단(안테나, RF 회로부)이 중복되어 구성되기 때문에 단말기의 소형화와 경량화에 제한이 발생하게 되며, 비용이나 전력 소모도 높다.

예를 들어 일반적인 1/4파 모노폴 안테나(Quater-wave monopole)는 1/4파장 길이를 가져야 하지만, 이러한 공간이 충족되지 못할 경우에는 대단히 협소한 주파수 대역 특성을 가지게 된다. 즉, 안테나를 위한 장착 공간은 점차 줄어들고 있는 추세인데 반해, 복수의 무선단 구성이 요구되는 다중 대역에 대한 요구는 증가하고 있어 무리하게 안테나의 크기를 줄일 경우 협소한 주파수 특성에 의해 통신 수단의 성능이 열화된다.

도 1은 수동 특성을 가지는 일반적인 무선(RF)단을 보인 블록도로서, 도시한 바와 같이 안테나와 매칭부(1), 상기 안테나와 매칭부(1)를 통해 송수신할 신호를 필터링하는 필터부(2), 송수신할 신호를 증폭하는 전력 증폭부(3) 및 대역에 무관하게 공통적으로 사용되는 기타 RF 소자부(4), 그리고 송수신되는 신호들을 처리하는 디지털 신호 처리부(DSP) 및 베이스밴드부(5)로 이루어진다. 이 중에서, 상기 안테나 및 매칭부(1)와 필터부(2) 및 전력 증폭부(3)는 고유한 주파수 특성을 가지는 소자이기 때문에 설계된 대역에서만 최적으로 사용할 수 있다.

도 2는 상기 도 1과 같이 단일한 수동 소자들로 구성한 RF단의 고유 주파수 특성을 주파수에 대한 입력 반사계수의 관계를 통해 보인 그래프도로서, 목표로 하는 넓은 주파수 대역 중에서 일부의 대역에서만 동작할 수 있다.

따라서, 도 3과 같은 방식으로 원하는 대역들에 대한 주파수 특성을 보이는 소자를 적용한 RF 블록들을 복수로 구성함으로써 도 4와 같이 복수의 대역들에서 사용이 가능한 무선단을 구현할 수 있다. 비록 기타 RF 소자부(13)나 DSP 및 베이스밴드부(14)는 공용으로 사용할 수 있으나, 안테나 및 매칭부(10a~10c)와 필터부(11a~11c) 및 전력 증폭부(12a)는 사용할 대역에 맞추어 별도로 구성되어야 하기 때문에 상기 복수의 안테나들을 장착할 공간이 요구되고, 상기 전력 증폭부들의 선택적 구동을 위해 스위칭 소자 구성이 요구되는 등 구성이 복잡해지며, 비용이 높아지고 부피가 커지게 된다.

상기와 같은 다중 대역을 지원하기 위한 무선단의 구성을 간소화하기 위해 새롭게 제안하는 본 발명 실시예들의 목적은 고유한 대역 특성을 가지는 안테나와 무선 회로 소자들에 전기적으로 특성이 변경되는 제어 소자를 배치하면서 하나의 모듈로 구성하고, 외부 제어에 의해 상기 모듈의 제어 소자의 특성을 가변시키는 제어부를 더 구성함으로써, 상기 모듈을 가변적 대역에 대한 무선 특성을 가지는 안테나와 무선 회로 소자들로 동작하도록 제어하여 무선단 특성과 장착 공간을 효과적으로 개선하도록 한 능동형 무선 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명 실시예들의 다른 목적은 안테나와 필터 및 전력 증폭기에 전압에 의해 특성이 가변되는 제어 소자들을 구성하여 이들을 모듈화하고, 상기 모듈의 각 제어 소자들에 외부 제어 신호에 따른 전압을 인가하여 상기 모듈이 원하는 대역에 적합한 특성을 가지도록 함으로써, 상기 외부 제어 신호에 따라 원하는 대역에 대한 특성을 가지는 무선단을 단일 모듈 구성을 통해 실현하고, 상기 모듈을 범용화하여 단말기의 무선 단 설계 용이성을 높일 수 있도록 한 능동형 무선 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명 실시예들의 또 다른 목적은 안테나와 필터 및 전력 증폭기에 전압에 따라 임피던스 특성이 변화되는 제어 소자들을 각 부의 특성에 맞는 위치에 적어도 하나 이상 구성하고, 외부 제어 신호에 따라 상기 각 제어 소자들에 적절한 직류 전압을 인가하는 것으로 원하는 특성에 따라 대역을 가변시켜 조절할 수 있도록 한 능동형 무선 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명 실시예들의 또 다른 목적은 안테나와 필터 및 전력 증폭기들 중 적어도 하나의 무선 소자에 대해서, 적어도 하나 이상의 제어 소자를 상이한 위치에 적용하여 범용화된 모듈을 구성함으로써, 제어가 필요하지 않은 제어 소자는 소정 임피던스로 고정시키고, 필요한 용도에 맞추어 최소한의 제어 신호만으로 주파수 특성을 조절하여 원하는 복수 대역이나 광대역에 대응할 수 있도록 한 능동형 무선 모듈을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 무선 모듈은 안테나 및 매칭부를 포함하는 제 1계층과; 상기 제 1계층과 주파수 특성이 대응되는 필터를 포함하는 제 2계층과; 상기 제 1 및 제 2계층과 주파수 특성이 대응되는 전력 증폭부를 포함하는 제 3계층과; 상기 제 1 내지 제 3계층 중 적어도 한 계층에 구성된 소자와 직병렬 연결되거나 해당 소자 대신 대체 구성되는 하나 이상의 전압제어 가변 임피던스 소자와; 외부 제어 신호에 따라 생성한 출력 전압을 상기 전압제어 가변 임피던스 소자에 인가하여 상기 가변 임피던스 소자가 포함된 계층의 대역 특성을 변경하는 제어부를 포함하여 이루어진다.

상기 전압제어 가변 임피던스 소자는 인가되는 직류 전압에 따라 임피던스가 가변되는 가변 커패시터와 바랙터 다이오드(Varactor Diode)를 포함하는 소자들 중에서 선택될 수 있다.

상기 제어부는 상기 각 계층 중 어느 한 계층의 주파수 특성 변화를 검출하여 이를 외부 제어 신호로 간주한 후 나머지 계층의 주파수 특성을 자동적으로 변화시키는 기능을 더 구비할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 능동형 무선 모듈은 신호라인 및 접지가 형성된 기판상에 배치되며, 적어도 하나 이상의 제 1 전압제어 가변 임피던스 소자를 구성원으로 하는 무선 신호 처리 회로가 구성된 무선 회로부와; 상기 기판과 이격되어 형성되며 상기 무선 회로부와 연결되는 필터링 회로가 구성된 필터부와; 상기 필터부와 이격되어 형성되며 상기 기판의 신호 라인과는 안테나 급전부를 통해 상기 필터부를 거쳐 연결되는 안테나부와; 상기 필터부에 필터링 회로 소자로서 적용되거나 상기 안테나부와 접지 사이에 연결되는 제 2 전압제어 가변 임피던스 소자와; 외부 제어 신호에 의해 가변 전압을 생성하여 해당 전압을 상기 제 1 및 제 2 전압제어 가변 임피던스 소자에 제공하는 제어부를 포함하여 이루어진다.

상기 무선 회로부는 외부 제어 신호에 따라 주파수 특성을 가변하는 스위치부를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 스위치부의 신호를 외부 신호로 간주하여 상기 무선 회로부의 주파수 특성 변경에 따라 상기 필터부와 안테나부 중 적어도 하나와 연결되는 가변 임피던스 소자를 제어하여 상기 필터부와 안테나부의 주파수 특성을 상기 무선 회로부의 주파수 특성에 일치시키는 수단을 더 구비한다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 능동형 무선 모듈은 신호라인이 형성된 기판상에 배치되며, 전압에 의해 임피던스가 가변되는 소자를 적어도 하나 이상 구성 소자로 하는 무선 회로가 구성된 무선 회로부와; 상기 무선 회로부와 연결되며 전압에 의해 임피던스가 가변되는 소자를 적어도 하나 이상 구성 소자로 하는 필터 회로부와; 상기 필터 회로부와 연결되어 구성되는 안테나 방사체와 상기 방사체의 일부 영역과 접지 사이에 삽입되며 전압에 의해 임피던스가 가변되는 소자를 포함하는 안테나부와; 상기 각 임피던스 가변 소자들에 외부에서 제공되는 전압을 제공하기 위해 상기 각 임피던스 가변 소자들과 전기적으로 연결된 전극들을 구비한 외부 연결 전극부를 포함하여 이루어진다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 능동형 무선 모듈은 접지 기판과; 상기 접지 기판과 이격되어 배치되는 다중 대역 안테나 방사체와; 상기 다중 대역 안테나 방사체와 상기 접지 기판을 연결하는 단락부와; 상기 다중 대역 안테나 방사체와 연결되어 신호를 주고 받는 급전부와; 상기 다중 대역 안테나 방사체의 사용 대역에 따라 사용시 전류밀도가 가장 높아지는 상기 다중 대역 안테나 방사체의 대역별 영역들 중 적어도 하나의 영역과 접지 사이에 배치되며 전압에 의해 임피던스가 가변되는 하나 이상의 임피던스 가변 소자와; 상기 급전부와 연결되며, 대역 통과 회로 구성 중 일부로 전압에 의해 임피던스가 가변되는 소자를 이용한 대역 통과 필터부를 포함하여 이루어진다.

이때, 상기 임피던스 가변 소자들을 제어하는 신호 선로 및 전극을 인터페이스 수단으로서 노출하면서 상기 구성들을 보호하는 보호 구조물을 더 포함할 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명을 첨부된 도면들과 실시예들을 통해 상세히 설명하도록 한다.

도 5는 본 발명 일 실시예의 동작 방식을 설명하기 위한 블록도로서, 도시한 바와 같이, 무선 소자의 주파수 특성에 크게 영향을 미치지 않는 기타 RF 소자부(40)와 DSP 및 베이스 밴드부(45)의 앞단에 안테나 및 매칭부(21), 필터부(22) 및 전력 증폭부(23)를 포함하는 능동형 무선 모듈(20) 및 상기 능동형 무선 모듈(20)을 제어하는 제어부(30)를 구성한다.

상기 능동형 무선 모듈(20)에서, 상기 안테나 및 매칭부(21)는 전압 제어에 의해 안테나의 대역과 공진점이 가변 되도록 구성하고, 필터부(22) 역시 전압 제어에 의해 통과 대역이 가변 되도록 구성하며, 전력 증폭부(23) 역시 전압 제어에 의해 주파수 특성이 가변 되도록 구성한다. 그리고, 제어부(30)를 이용하여 상기 능 동형 무선 모듈(20)의 각부를 제어하여 원하는 주파수 대역과 공진 특성을 얻도록 한다. 상기 구성에서, 능동형 무선 모듈(20)과 제어부(30)를 각각 구분하여 도시하였으나, 상기 제어부(30)는 상기 능동형 무선 모듈(20)에 내장될 수도 있다.

도 6은 상기 도 5와 같은 구성을 통해 얻을 수 있는 주파수 특성을 보인 것으로, 도시한 바와 같이 능동형 무선 모듈(20)을 구성하고 이를 상기 제어부(30)로 적절히 제어할 경우 무선단의 주파수 특성을 필요한 주파수 대역 중에서 임의의 대역으로 가변시킬 수 있게 된다.

도 7은 능동형 무선 모듈(50)의 개념을 보인 것으로 상기 모듈은 제어부(55)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 능동형 무선 모듈(50)은 실질적으로 공진 주파수 변화에 따라 대역 특성이 변화되는 안테나를 포함하는 제 1계층(51)과, 상기 제 1계층(51)에 의해 변화된 대역 특성에 맞추어 신호들을 필터링하기 위해 통과 대역 특성이 변화되는 필터를 포함하는 제 2계층(52)과, 안테나와 필터에 의해 얻어지는 주파수 특성에 맞추어 무선 신호를 처리하기 위한 매칭부, 전력 증폭부, 기타 무선 소자들을 포함하는 제 3계층(53)으로 구분할 수 있다. 제어부(55)는 적어도 상기 제 1계층(51), 제 2계층(52)에 대한 주파수 특성을 가변시키며, 필요한 경우 제 3계층(53)에 대한 주파수 특성도 조절할 수 있다.

실질적으로, 상기 각 계층들(51~53)이 상기 제어부(55)의 제어에 의해 주파수 특성이 가변될 수 있기 위해서, 상기 각 계층들에는 전압에 의해 임피던스가 가변되는 소자가 구성된다. 전압에 의해 임피던스가 가변되는 소자들로는 가변 커패시터나 바렉터 다이오드(Varactor Diode) 등이 있으며, 이들에 일정한 직류전압을 인가하면 임피던스가 변화된다.

상기 제 1계층(51)의 안테나를 예로 들면, 안테나 방사판에 상기 가변 임피던스 소자를 삽입하는 경우, 상기 가변 임피던스 소자의 임피던스를 무한대에서 점차 줄여갈 수록 안테나의 공진 주파수와 대역이 가변되게 되며, 이를 위해 상기 가변 임피던스 소자에 가해지는 직류 전압을 상기 제어부(55)가 제어하도록 구성될 수 있다.

제 2계층(52)에 포함되는 필터의 경우, 상기 필터를 구성하는 저역 통과 회로와 고역 통과 회로(RC 필터의 경우)나 공진 회로(LC 필터의 경우)를 구성하는 소자 대신 상기 가변 임피던스 소자를 적용(예를 들어, 가변 커패시터로 커패시터를 대체)하고, 해당 가변 임피던스 소자의 임피던스를 조절하면 필터링 영역의 주파수가 가변 되며, 역시, 이러한 가변 임피던스 소자의 임피던스는 상기 제어부(55)가 제공하는 직류 전압에 의해 결정된다. 물론, 상기 임피던스 소자들의 전압 대 임피던스 변화 정도는 필요한 가변 주파수 영역에 따라 결정될 수 있고, 제 3계층(53)에 포함되는 다양한 무선신호 처리 수단들에도 가변 임피던스 소자들이 적용되어 원하는 주파수 특성을 얻을 수 있도록 제어될 수 있다.

상기 제어부(55)는 자체적으로, 혹은 외부 제어 신호에 의해 기 설정된 전압을 상기 각 계층들에 구성되는 가변 임피던스 소자에 인가하는 기능을 하는 것으로, 내부적으로 디지털 아날로그 변환부가 구성될 수도 있고, 단순히 고정된 전압들 중에서 원하는 전압을 선택하기 위한 스위치들로 구성될 수도 있으며, 이러한 기능들을 지원하기 위한 다양한 부가 소자들(연산 증폭기, 논리 회로, 메모리 등) 이 더 구성될 수 있다.

예를 들어, 상기 제어부(55)가 외부에서 제공되는 단순한 제어 신호에 따라 원하는 대역에 적합하도록 상기 제 1계층 내지 제3계층에 포함된 가변 임피던스 소자들을 조절할 경우, 상기 각 임피던스 소자들에 제공되는 전압은 동일할 수도 있지만, 상이할 수도 있으므로, 내부적으로 상기 제어 신호에 대응되는 주파수 특성을 제공하기 위한 상기 가변 임피던스 소자들에 대한 제어 전압값들의 세트들이 메모리에 저장되었다가 검색되어 적용될 수도 있다. 혹은, 상기 제어부(55)가 단순히 각 가변 임피던스 소자들에 대한 전압을 제공하는 기능만 하고, 실질적인 제어 신호는 외부에서 제공하도록 구성할 수도 있다. 또 다른 방식으로, 상기 제어부(55)는 설정된 가변 임피던스 소자들에 대해서만 제어를 실시하고, 특정한 값으로 고정되어야 하는 가변 임피던스 소자들에 대해서는 고정된 전압이 제공되도록 구성(예를 들어, 스위치 설정 등)할 수도 있다.

도 8은 본 발명의 제 1실시예의 구성을 보인 것으로, 도시한 바와 같이 무선단의 구성에 가변 임피던스 소자인 제어 소자를 적용하고, 이를 제어부(69)로 제어하도록 한 구성이다. 여기서, 상기 제어부(69)에 제공되는 제어 신호에 대한 구성은 생략하였다.

먼저, 도시된 바와 같이 주기판(61) 상에 형성된 신호라인(62)에 능동 소자들 및 수동 소자들로 이루어진 능동 및 수동 소자부(63)가 연결되며, 상기 능동 및 수동 소자부(63)는 안테나 급전부(64)를 통해 안테나부(65)와 연결된다. 여기서 예로 든 안테나는 이동통신 단말기나 무선 전화기 등에 사용되는 PIFA(Planner Inverted-F Antenna)로서, 다른 구조의 안테나를 이용할 수도 있다. 상기 안테나부(65)와 상기 기판 사이에는 필터부(66)가 구성되어 있으며, 상기 각 소자들은 접지부(67)와 연결되어 있다. 경우에 따라서는 상기 안테나부(65)와 필터부(66)가 구성된 공간에 전력 증폭기까지도 구성 가능하다. 상기 구성은 상기 신호 라인(62)에 전류를 공급하면 상기 능동 및 수동 소자부(63)를 거쳐 안테나부(65)와 필터부(66)에 공급되는 구조로서, 전류원은 하나 혹은 그 이상이 될 수 있으며, 복수인 경우 각각 안테나부(65)와 필터부(66)에 각각 제공되며, 전력 증폭기가 구성되어 있는 경우 해당 전력 증폭기에도 개별 전류원이 연결된다.

상기 안테나부(65)와 접지부(67) 사이에 가변 임피던스 소자(편의를 위해, 이하 '제어 소자'라 칭함)(68)가 삽입되어 있다. 경우에 따라서는 상기 필터부(66)에도 제어 소자가 구성될 수 있다. 또한, 상기 능동 및 수동 소자부(63)에도 제어 소자가 구성되며, 제어부(69)가 상기 능동 및 수동 소자부(63)에 구성된 제어소자와 안테나부(65)에 연결된 제어 소자(68)를 한번에, 혹은 각각 제어한다.

예를 들어, 도시된 무선 모듈이 CDMA 대역에서 동작하는 안테나부(65)와 필터부(66)라고 가정할 경우, 능동 및 수동 소자부(63)에 포함된 제어 소자나 안테나부(65)에 연결된 제어 소자(68)의 임피던스를 변화시킬 경우 CDMA 대역과 GSM 대역을 모두 사용하도록 구성할 수도 있다. 이때, 상기 능동 및 수동 소자부(63)에 간단한 스위치를 부가하고, 상기 스위치의 조작에 따라 주파수의 특성이 가변 되도록 구성할 경우, 상기 제어부는 상기 스위치의 조작을 인지하여 상기 안테나부(65)에 연결된 제어 소자(68)를 조절하여 상기 스위치 조작에 따라 주파수 특성이 변화된 능동 및 수동 소자부(63)에 맞추어 안테나부(65)(만일, 필터부(66)에도 제어 소자가 구성된 경우 필터부(66)도 포함되고, 제어 소자를 포함하는 전력 증폭기를 구성한 경우 이 또한 포함)의 주파수 특성을 자동적으로 조절하도록 구성할 수도 있다. 즉, 능동 무선 모듈의 일부 무선 소자에 대한 주파수 특성을 변경하면 나머지 소자들도 자동적으로 주파수가 조정되도록(self tunning) 구성할 수 있는 것이다.

도 9는 외부 제어 신호에 의해 제어 소자의 특성을 변화시키는 방식을 설명하는 구성도로서, 도시한 바와 같이 직류 전원(71)으로부터 받은 전압을 제어부(70)가 외부 제어 신호를 근거로 일정한 전압으로 조절하여 RF 소자(72)에 포함되거나 연결된 제어소자(73)에 인가하면 상기 제어 소자(73)의 임피던스가 변화되어 상기 RF 소자(72)의 전체 임피던스가 변화되고, 그로 인해 주파수 특성이 변화된다. 도시된 경우는 예를 들어, 5V의 직류 전원을 이용할 경우 상기 제어부(70)가 0~5V의 전압을 생성하여 상기 제어소자(73)의 임피던스를 조절하는 방식을 보인 것으로, 상기 제어부(70)는 내부적으로 디지털-아날로그 변환 수단이나 전압 조절 수단, 혹은 스위칭 수단 등을 구비하여 전원 전압을 임의의 전압으로 변환할 수 있다.

도 10은 상기 도 8에 도시한 안테나의 공진점이 상기 안테나부(65)에 삽입된 제어소자(68)의 임피던스값(Z)에 따라 변화되는 것을 보인 것으로, 도시된 바와 같이, 제어소자의 임피던스 값이 변화함에 따라 공진점과 대역폭이 변화하는 것을 확인할 수 있다. 도시된 경우는 상기 안테나부에 삽입된 제어 소자의 임피던스 값을 4종류로 상이하게 제공한 경우이며, 이때 각 임피던스값(Z1~Z4)에 대한 안테나의 공진점과 대역폭이 크게 변화됨을 알 수 있다.

도 11은 본 발명의 제 2실시예를 보인 것으로, 이번에는 안테나부분에 복수의 제어 소자를 적용한 경우를 보인 것으로, 당연히 필터부와 다른 RF 소자들에도 복수의 제어 소자가 적용될 수 있다(미도시).

도시된 구성 역시 PIFA 안테나의 구조로, 상기 PIFA 안테나는 이중대역 안테나로 사용될 수 있다. 도시된 바와 같이 접지부(81)에 이격하여 안테나부(안테나 방사 구조물)(86)를 구성하고, 상기 접지부(81)와 안테나부(86)를 단락부(82)로 연결하며, 상기 안테나부(86)에 대한 급전부(84)외에 제 1제어소자(83) 및 제 2제어소자(85)를 상이한 위치에 구성한 것이다. 상기 제 1제어소자(83) 및 제 2제어소자(85)는 각각 안테나부(86)의 상이한 부분과 접지부(81) 사이에 삽입되며, 도시되지는 않았지만, 제어부가 각각 상기 제 1제어소자(83)와 제 2제어소자(85)에 직류 전압을 인가하여 임피던스를 조절하게 된다. 이때, 상기 제 1제어 소자(83)와 제 2제어 소자(85)는 상기 제어부의 제어에 따라서 전기적으로 개방에 해당하는 높은 임피던스를 제공할 수 있어야 한다. 또한, 필요한 경우 상기 제 1제어 소자(83)와 제 2제어 소자(85)는 전압에 대한 임피던스 가변치가 상이하게 구성될 수도 있다.

상기 안테나부(86)는 일반적으로 이중 대역특성을 가지는 PIFA 안테나로서, 이 중 낮은 대역과 높은 대역으로 사용될 경우에는 전류밀도가 높아지는 영역이 각각 상이하다. 즉, 낮은 주파수 대역으로 사용될 경우에는 제 1제어 소자(83)가 연결된 부분의 전류 밀도가 높아지고, 높은 주파수 대역으로 사용될 경우에는 제 2제어 소자(85)가 연결된 부분의 전류 밀도가 높아진다. 즉, 상기 각 제어 소자들(83, 85)은 상기 안테나부(86)가 사용될 주파수 대역에서 전류 밀도가 높은 부분에 각각 연결되어야 상기 제어 소자의 임피던스를 가변했을 경우 상기 안테나부(86)의 대역 변동폭이 커지게 된다.

도 12는 도 11에 도시한 구성에서 상기 제 1제어 소자(83)와 제 2제어 소자(85)의 임피던스를 상기 제어 소자들(83, 85)이 전기적으로 개방된 것으로 간주할 만큼 높인 경우로서, 상기 안테나부(86)의 고유 임피던스 특성을 보인 것이다. 도시된 바와 같이 엽대역이면서 이중대역인 해당 안테나1n(86)의 특성을 확인할 수 있을 것이다.

도 13은 도 11에 도시한 구성에서 상기 제 1제어 소자(83)의 임피던스를 가변시키고, 제 2제어 소자(85)는 전기적으로 개방 상태를 유지하도록 한 경우로서, 도시한 바와 같이 도 12에서 대단히 협대역이었던 저주파수 대역이 대폭 늘어난 것을 확인할 수 있다.

도 14는 도 11에 도시한 구성에서 상기 제 2제어 소자(85)의 임피던스를 가변시키고, 제 1제어 소자(83)는 전기적으로 개방 상태를 유지하도록 한 경우로서, 도시한 바와 같이 도 12에서 비교적 협대역이었던 고주파수 대역이 대폭 늘어난 것을 확인할 수 있다.

도 15는 제어 소자를 적용하여 구성한 필터 회로의 예를 보인 것으로, 도시한 바와 같이 인덕터와 커패시터로 이루어진 LC 공진 회로로 구성한 대역 통과 필터에서, 일부 커패시터를 가변 커패시터(C4)로 대체한 후 상기 가변 커패시터를 제어소자로 활용하여 필터의 주파수 특성을 가변할 수 있도록 구성한 것이다.

도시된 경우에는 하나의 가변 커패시터(C4)를 이용하였으나, 필요에 따라서는 다른 커패시터들(C1, C3) 대신에 전압에 의해 임피던스가 변화되는 가변 커패시터를 적용함으로써, 더 다양한 필터의 특성 변화를 얻을 수 있다.

도 16은 상기 도 15의 회로에서 가변 커패시터(C4)에 전압을 인가하여 임피던스를 변경할 경우의 필터 특성 변화를 보인 것으로, 상기 가변 커패시터(C4)의 임피던스 조절에 의해 4개 위치의 경계 주파수들을 얻을 수 있었다. 즉, 상기 가변 커패시터(C4)의 임피던스를 조절함으로써, 대역 통과 특성이 1.46GHz-1.66GHz 대역에서부터 1.52GHz-1.72GHz 대역까지 정밀하게 조절될 수 있다는 것을 알 수 있다.

전술한 바와 같이 전압에 의해 임피던스가 조절될 수 있는 제어 소자들을 무선단 중에서 일부 구성 요소들(안테나, 필터, 전력 증폭기, 매칭 등)에 적용하거나 추가하여 모듈을 구성한 후 이들에 전압을 제공하여 임피던스를 가변시키는 제어부를 함께 혹은 별도 구성함으로써, 상기 제어부에 적절한 제어 신호를 제공하여 상기 모듈의 주파수 특성을 조절거나, 혹은 상기 제어부가 임의의 모듈 구성 요소에 대한 주파수 특성 변화를 검출하여 모듈의 나머지 구성 요소들의 주파수 특성을 자동 튜닝하도록 할 수 있다. 따라서, 소형 모듈을 이용하더라도 다중대역 혹은 광대역 무선 통신을 위한 무선단의 구성이 가능해진다. 특히, 상기 능동형 무선 모듈은 상기 제어부에 제어 신호를 제공하거나 무선 모듈을 구성하는 소자들의 주파수를 변경하기 위한 제어 신호(예를 들어 스위치 조작을 위한 신호)를 제공하기 위한 신호 라인들을 인터페이스로 노출하면서 상기 능동형 무선 모듈을 감싸는 보호 구조물을 더 구성함으로써, 독립적인 단일 모듈을 구현할 수 있고, 만일 제어부가 생략 되는 능동형 무선 모듈을 구성할 경우, 상기 무선 모듈 구성에 포함되는 제어소자의 제어 신호 라인들을 인터페이스로 노출하면서 상기 모듈을 감싸는 보호 구조물을 더 구성하여 단일 모듈을 구현할 수 있다.

상기 보호 구조물을 이용한 구성의 경우, 제어부를 내장한 구성에서는 외부 제어 신호를 상기 제어부에 인가하는 것으로 상기 능동형 무선 모듈의 주파수 특성을 용이하게 변경할 수 있으며, 제어부를 내장하지 않은 구성에서는 다양한 제어 소자들을 미리 구성해 둔 후 필요하지 않은 제어 소자들은 모듈 외부에서 고정된 전압을 인가하여 해당 제어 소자를 전기적으로 개방되도록 하거나(안테나에 삽입된 제어 소자의 경우), 고정된 임피던스를 가지도록 하여(모든 제어 소자에 적용 가능) 기본적인 초기 구성을 실시한 후 필요한 제어 소자들만 외부 제어 수단을 이용하여 적절한 전압을 인가함으로써 해당 능동형 무선 모듈의 주파수 특성을 가변할 수 있다. 즉, 높은 범용성을 가질 수 있어 다양한 무선 단말기에 적용할 수 있으며, 무선단 개발을 위한 비용과 시간도 줄어들게 된다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 능동형 무선 모듈은 고유한 대역 특성을 가지는 안테나와 무선 회로 소자들에 전기적으로 특성이 변경되는 제어 소자를 배치하면서 하나의 모듈로 구성하고, 외부 제어에 의해 상기 모듈의 제어 소자의 특성을 가변시키는 제어부를 더 구성함으로써, 외부 제어 신호로 상기 모듈을 제어하여 다중 대역이나 광대역을 지원하면서도 장착 공간은 최소화할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시예에 따른 능동형 무선 모듈은 안테나와 필터 및 전력 증폭기에 전압에 의해 특성이 가변되는 제어 소자들을 구성하여 이들을 모듈화하고, 상기 모듈의 각 제어 소자들에 외부 제어 신호에 따른 전압을 인가하여 상기 모듈이 원하는 대역에 적합한 특성을 가지도록 함으로써, 상기 외부 제어 신호에 따라 원하는 대역에 대한 특성을 가지는 무선단을 단일 모듈 구성을 통해 실현하고, 상기 모듈을 범용화하여 단말기의 무선 단 설계 용이성을 높일 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시예에 따른 능동형 무선 모듈은 안테나와 필터 및 전력 증폭기에 전압에 따라 임피던스 특성이 변화되는 제어 소자들을 각 부의 특성에 맞는 위치에 적어도 하나 이상 구성하고, 외부 제어 신호에 따라 상기 각 제어 소자들에 적절한 직류 전압을 인가하는 것으로 원하는 주파수 특성을 용이하게 설정할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시예에 따른 능동형 무선 모듈은 안테나와 필터 및 전력 증폭기들 중 적어도 하나의 무선 소자에 대해서, 적어도 하나 이상의 제어 소자를 상이한 위치에 적용하여 범용화된 모듈을 구성함으로써, 제어가 필요하지 않은 제어 소자는 높은 임피던스나 고정된 임피던스로 설정하고, 제어가 필요한 제어 소자만 제어하여 원하는 대역 변화를 실시하여 필요한 용도에 맞추어 최소한의 제어 신호만으로 원하는 복수 대역이나 광대역을 커버할 수 있는 효과가 있다.

Claims

안테나 및 매칭부를 포함하는 제 1계층과;

상기 제 1계층과 주파수 특성이 대응되는 필터를 포함하는 제 2계층과;

상기 제 1 및 제 2계층과 주파수 특성이 대응되는 전력 증폭부를 포함하는 제 3계층과;

상기 제 1 내지 제 3계층 중 적어도 한 계층에 구성된 소자와 직병렬 연결되거나 해당 소자 대신 대체 구성되는 하나 이상의 전압제어 가변 임피던스 소자와;

외부 제어 신호에 따라 생성한 출력 전압을 상기 전압제어 가변 임피던스 소자에 인가하여 상기 가변 임피던스 소자가 포함된 계층의 대역 특성을 변경하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 무선 모듈.
제 1항에 있어서, 상기 제어부는 외부 제어 신호에 따라 상기 하나 이상의 전압제어 가변 임피던스 소자에 각각 상이한 전압을 제공하는 것을 특징으로 하는 능동형 무선 모듈.
제 1항에 있어서, 상기 전압제어 가변 임피던스 소자는 인가되는 직류 전압에 따라 임피던스가 가변되는 가변 커패시터와 바랙터 다이오드(Varactor Diode)를 포함하는 소자들 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 능동형 무선 모듈.
제 1항에 있어서, 상기 전압제어 가변 임피던스 소자는 상기 각 계층 중 적어도 한 계층에서는 복수로 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 무선 모듈.
제 1항에 있어서, 상기 전압제어 가변 임피던스 소자는 상기 제 1계층의 안테나를 이루는 안테나 방사체와 접지 사이에서 하나 이상 삽입되는 것을 특징으로 하는 능동형 무선 모듈.
제 5항에 있어서, 상기 전압제어 가변 임피던스 소자는 기 설정된 사용 주파수 대역에서 송수신시 전류 밀도가 가장 높아지는 안테나 방사체 부분과 접지 사이에 삽입되는 것을 특징으로 하는 능동형 무선 모듈.
제 5항에 있어서, 상기 전압제어 가변 임피던스 소자는 상기 제어부의 제어에 의해 적어도 전기적으로 개방에 대응되는 임피던스를 제공하는 것을 특징으로 하는 능동형 무선 모듈.
제 1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 각 계층 중 어느 한 계층의 주파수 특성 변화를 검출하여 이를 외부 제어 신호로 간주한 후 해당 제어 신호에 따라 기 설정된 정보를 근거로 나머지 계층의 가변 임피던스 소자에 가하는 전압을 변경하여 상기 나머지 계층의 주파수 특성을 상기 주파수 특성 변화가 검출된 계층의 주파수 특성에 맞추어 자동적으로 변화시키는 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 능동형 무선 모듈.
신호라인 및 접지가 형성된 기판상에 배치되며, 적어도 하나 이상의 제 1 전압제어 가변 임피던스 소자를 구성원으로 하는 무선 신호 처리 회로가 구성된 무선 회로부와;

상기 기판과 이격되어 형성되며 상기 무선 회로부와 연결되는 필터링 회로가 구성된 필터부와;

상기 필터부와 이격되어 형성되며 상기 기판의 신호 라인과는 안테나 급전부를 통해 상기 필터부를 거쳐 연결되는 안테나부와;

상기 필터부에 필터링 회로 소자로서 적용되거나 상기 안테나부와 접지 사이에 연결되는 제 2 전압제어 가변 임피던스 소자와;

외부 제어 신호에 의해 가변 전압을 생성하여 해당 전압을 상기 제 1 및 제 2 전압제어 가변 임피던스 소자에 제공하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 무선 모듈.
제 9항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전압제어 가변 임피던스 소자는 가변 커패시터 또는 바렉터 다이오드인 것을 특징으로 하는 능동형 무선 모듈.
제 9항에 있어서, 상기 제어부는 외부 제어 신호에 따라 상기 제1 및 제 2 전압제어 가변 임피던스 소자들에 대해 각각 상이한 전압을 제공하는 것을 특징으로 하는 능동형 무선 모듈.
제 9항에 있어서, 상기 무선 회로부는 외부 제어 신호에 따라 주파수 특성을 가변하는 스위치부를 더 포함하며,

상기 제어부는 상기 스위치부의 신호를 외부 제어 신호로 간주하여 상기 무선 회로부의 주파수 특성 변경에 따라 상기 제 1 및 제 2 전압제어 가변 임피던스 소자들 중 적어도 하나에 제공하는 전압을 달리하여 상기 필터부와 안테나부의 주파수 특성을 상기 무선 회로부의 주파수 특성에 일치시키는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 무선 모듈.
제 9항에 있어서, 상기 제 2 전압제어 가변 임피던스 소자는 상기 필터부에 필터링 회로 소자로서 적용되는 제 1소자와 상기 안테나부와 접지 사이에 연결되는 제 2소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 무선 모듈.
제 9항에 있어서, 상기 무선 회로부는 가변 임피던스 소자를 포함하는 전력 증폭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 무선 모듈.
제 9항에 있어서, 상기 제어부는 상기 외부 제어 신호에 따라 상기 제 1 및 제 2 전압제어 가변 임피던스 소자들에 기 설정된 단일 전압값 혹은 상이한 전압값의 세트를 제공하여 대역폭과 공진점을 기 설정된 값으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 능동형 무선 모듈.
제 9항에 있어서, 상기 제어부는 상기 외부 제어 신호에 따라 기 설정된 전압들을 상기 제 1 및 제 2 전압제어 가변 임피던스 소자들에 선택적으로 인가하는 복수의 스위치들를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 무선 모듈.
제 9항에 있어서, 상기 제 2 전압제어 가변 임피던스 소자는 상기 필터부와 안테나부 각각에 복수로 구성되며, 각각 전압에 대한 임피던스 가변치가 상이하게 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 무선 모듈.
제 17항에 있어서, 상기 안테나부에 복수로 연결되는 제 2 전압제어 가변 임피던스 소자는 사용시 전류 밀도가 가장 높은 사용 대역별 안테나 부분들과 접지 사이에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 능동형 무선 모듈.
제 17항에 있어서, 상기 필터부에 복수로 연결되는 제 2 전압제어 가변 임피던스 소자는 상기 필터부에 사용되는 커패시터를 대체하는 것을 특징으로 하는 능동형 무선 모듈.
제 17항에 있어서, 상기 제 2 전압제어 가변 임픽던스 소자는 상기 제어부에 의한 전압에 따라 전기적으로 개방에 대응되는 임피던스를 제공하는 것을 특징으로 하는 능동형 무선 모듈.
신호라인이 형성된 기판상에 배치되며, 전압에 의해 임피던스가 가변되는 소자를 적어도 하나 이상 구성 소자로 하는 무선 회로가 구성된 무선 회로부와;

상기 무선 회로부와 연결되며 전압에 의해 임피던스가 가변되는 소자를 적어도 하나 이상 구성 소자로 하는 필터 회로부와;

상기 필터 회로부와 연결되어 구성되는 안테나 방사체와 상기 방사체의 일부 영역과 접지 사이에 삽입되며 전압에 의해 임피던스가 가변되는 소자를 포함하는 안테나부와;

상기 각 임피던스 가변 소자들에 외부에서 제공되는 전압을 제공하기 위해 상기 각 임피던스 가변 소자들과 전기적으로 연결된 전극들을 구비한 외부 연결 전극부를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 무선 모듈.
제 21항에 있어서, 상기 외부 연결 전극부는 인터페이스 수단으로서 외부에 노출하면서 그 외의 구성들은 노출시키지 않는 보호 구조물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 무선 모듈.
접지 기판과;

상기 접지 기판과 이격되어 배치되는 다중 대역 안테나 방사체와;

상기 다중 대역 안테나 방사체와 상기 접지 기판을 연결하는 단락부와;

상기 다중 대역 안테나 방사체와 연결되어 신호를 주고 받는 급전부와;

상기 다중 대역 안테나 방사체의 사용 대역에 따라 사용시 전류밀도가 가장 높아지는 상기 다중 대역 안테나 방사체의 대역별 영역들 중 적어도 하나의 영역과 접지 사이에 배치되며 전압에 의해 임피던스가 가변되는 하나 이상의 임피던스 가변 소자와;

상기 급전부와 연결되며, 대역 통과 회로 구성 중 일부로 전압에 의해 임피던스가 가변되는 소자를 이용한 대역 통과 필터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 무선 모듈.
제 23항에 있어서, 상기 임피던스 가변 소자들에 외부 제어 신호에 따라 가변적인 직류 전압을 인가하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 무선 모듈.
제 23항에 있어서, 상기 임피던스 가변 소자들을 제어하는 신호 선로 및 전극을 인터페이스 수단으로서 노출하면서 상기 구성들을 보호하는 보호 구조물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 무선 모듈.