KR101082670B1

KR101082670B1 - 이동 전화용 안테나 다이버시티(ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ) 시스템

Info

Publication number: KR101082670B1
Application number: KR1020057018897A
Authority: KR
Inventors: 알린 트란
Original assignee: 교세라 가부시키가이샤
Priority date: 2003-04-03
Filing date: 2004-04-02
Publication date: 2011-11-15
Also published as: US20040198473A1; CA2519370A1; EP1611699B1; CA2519370C; US6924766B2; US7415295B2; KR20060016749A; US20050200538A1; WO2004091115A1; BRPI0408955A; JP2006524022A; EP1611699A1; CN1833373B; CN1833373A

Abstract

무선 통신 장치내에 방사된 전자기 통신을 다양화 하기 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 상기 방법은 무선 통신 장치 새시내부에 제 1 안테나 및 제 2 안테나를 장착하고, 상기 제 1 및 제 2 안테나에 의해 통신되는 전자기 송신선 전도 신호를 감지하며, 그리고 상기 송신선 전도 신호에 응답하여 상기 제 1 및 제 2 신호 사이에서 신호를 선택함을 포함한다. 본 발명 방법의 한 특징에 따라, 단일의 안테나가 아닌, 제 1 및 제 2 안테나가 결합된다.

본 발명의 한 특징에 따라, 송신선 전도 신호를 감지하는 것은 송신선 전도 신호 레벨을 감지함을 포함한다. 가령, 상기 안테나에 의해 반사된 송신된 신호의 송신선 전도 신호 파워 레벨이 감지된다. 본 발명의 다른 한 특징에 따라, 송신선 전도 신호 감지는 상기 제 1 및 제 2 안테나에서 수신된 방사된 신호를 감지함을 포함한다. 가령, 상기 송신선들에서의 방사된 신호 파워 레벨이 감지될 수 있다. 그러면, 안테나 선택은 상기 그와 같은 방사된 신호 송신선 전도 신호 파워 레벨에 응답하게 된다. 선택에 따라 상기 방사된 신호는 수신되며 디코딩된다. 다음에 상기 가장 적은 수의 해독 에러를 갖는 송신선 전도 신호를 공급하는 안테나가 선택된다.

Description

이동 전화용 안테나 다이버시티(ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ) 시스템{ANTENNA DIVERSITY SYSTEM FOR A MOBILE TELEPHONE RELATED APPLICATIONS}

본 발명은 2003년 4월 3일자, 미국 출원 번호 10/407,966호의 안테나의 전기 길이를 조정하기 위한 시스템 및 방법, 2003년 2월 21일자, 미국 출원 번호 10/371,792호의 마이크로전기기계시스템(MEMS: Micro Electro Mechanical System) 스위치 안테나, 2003년 2월 21일자, 미국 출원 번호 10/371,564호의 마이크로전기기계시스템(MEMS) 스위치 안테나 배열, 2002년 4월 4일자, 미국 출원 번호 10/117,628호의 강유전성 안테나 및 그 튜닝 방법, 2002년 4월 9일자, 미국 출원 번호 10/120,603호의 인버트-강유전성 안테나와 관련된 발명이다.

본 발명은 무선 통신 장치의 안테나에 관한 것이며, 구체적으로, 새시-내장형(chassis-embedded) 안테나를 사용하여 무선 통신 장치 전화기에 의해 통신되는 전자기 방사 신호를 다중화(diversify)하도록 하기 위한 시스템 및 방법에 대한 것이다.

무선 전화기와 같은 휴대용 무선 통신 장치의 크기는 계속해서 그 크기가 줄어들고 있으며, 그럼에도 그 기능은 더욱더 추가되어가고 있다. 결과적으로, 전화기 등의 크기를 줄이거나, 아니면 덜 바람직한 위치에 일정 부품들을 위치시키어 부품 또는 장치의 서브 시스템의 성능을 향상시켜야만 한다. 이러한 중요한 부품들 중 하나가 무선 통신 안테나이다. 이 안테나는 전화기 송수신기, 가령 전지구 위치 파악 시스템(GPS)에 연결될 수 있다.

무선 전화기는 다수의 각기 다른 주파수 대역으로 동작할 수 있다. 미국에서는, 약 850 메가헤르츠 (MHz)의 셀룰러 대역, 약 1900 MHz의 PCS (Personal Communication System) 대역이 사용된다. 그 밖의 다른 주파수 대역으로, 약 1800 MHz의 PCN (Personal Communication Network), 약 900 MHz의 GSM(Groupe Speciale Mobile) 시스템, 약 800 내지 1500 MHz의 JDC(Japanese Digital Cellular), 약 1575 MHz의 GPS 신호, 그리고 약 2400 MHz의 블루투쓰(Bluetooth)가 있다.

통상적으로, 휩(whip) 안테나(회초리 모양 안테나)를 사용함으로써 양호한 통신 결과가 달성되어 왔다. 무선 전화기를 예로 들어보면, 헬리컬 안테나와 휩 안테나 컴비네이션을 사용하는 것이 일반적이다. 휩 안테나가 수축된 상태인 대기 모드에서, 상기 무선 장치는 짧고 억센, 저이득의 헬리컬 코일을 사용하여 제어 채널 통신을 유지시키도록 한다. 트래픽 채널이 개시된 때(전화기가 울리는 때), 사용자는 보다 높은 이득의 휩 안테나로 안테나를 연장시킬 수 있다. 어떤 장치는 상기 헬리컬 안테나와 휩 안테나를 결합시키기도 한다. 다른 장치들은 상기 휩 안테나가 연장된 때 상기 헬리컬 안테나를 차단시키기도 한다. 그러나, 상기 휩 안테나는 상기 무선 전화기의 전반적인 폼 팩터를 증가시킨다.

회로 기판의 일부분(가령, dc 파워 버스)을 전자기 방사기(electromagnetic radiator)로서 이용하는 것이 알려져 있다. 이 같은 해결책에 의해, 새시 몸체로부터 안테나가 연장되어지는 문제가 해결된다. 이들 안테나는 작은 폼 팩터로 상대적으로 높은 성능을 제공할 수 있다.

모든 사용자가 안테나 휩이 최고의 성능을 위해서는 연장되어야 한다는 사실을 이해하는 것은 아니기 때문에, 그리고 상기 휩은 포켓이나 지갑에서 돌출하게 되는 바람직하지 않은 폼 팩터를 발생시키기 때문에, 새시-내장형 안테나 유형이 연구되고 있다. 즉, 안테나는 휩, 패치, 또는 수정된 형태인지에 관계없이, 전화기의 새시 내부에 형성되거나, 새시로 둘러싸인다. 이 같은 접근법은 바람직한 전화기 폼 팩터를 발생시키지만, 안테나는, 사용자의 조작 및 그 밖의 다른 사용자에 의해 유도되는 부하 효과에 쉽게 영향을 받을 수 있다. 가령, 테이블 위에 올려 놓인 때 824 내지 894 메가헤르쯔(MHz)의 대역폭으로 동작하도록 튜닝된 안테나가 사용자 손에 있게 되는 때는 790 내지 830 MHz로 동작하도록 튜닝되는 것이 최적일 수 있다. 또한, 이러한 튜닝은, 사용자의 물리적 특성 그리고 사용자가 전화기를 어떻게 쥐고 동작시킬 것인가에 따라 달라질 수 있다. 따라서 사용자 조작의 영향에 대해 종래의 새시-내장형 안테나를 공장 튜닝(factory tuning)하는 것은 실용적이 않을 수 있다.
미국 특허원 2003/0013469A1호는 멀티 경로 환경에서 정보를 수신하고 송신하기위한 시스템 및 방법을 제공한다. 특히, 다수의 안테나를 갖는 무선 장치가 그 수신 또는 송신 특성에 따라 한 안테나를 선택한다. 미국 특허원 2004/0053582A1호는 시분할 다중 접근(TDMA) 시스템 및 안테나 수신 타임 슬롯 특성에 따라 안테나 스위칭을 제공하는 포터블 무선 장치를 제공한다. 미국 특허원 2002/0101377A1는 안테나가 무선 통신 장치내에 삽입되는 카드-이용 다양성 안테나 구조를 제공한다.

무선 통신 장치가 가령 사용자 조작의 영향으로 인해 새시-내장형 안테나의 튜닝 시, 성능 저하를 감지할 수 있다면 바람직할 것이다.

무선 통신 장치가 안테나 다이버시티(diversity)를 최대화할 수 있도록 새시-내장형 안테나 시스템을 사용한다면 바람직할 것이다.

무선 통신 장치의 새시-내장형 안테나 시스템이, 사용자 조작 또는 다른 안테나 디튜닝 수단의 영향에 대해 수정될 수 있다면 바람직할 것이다.

본 발명은 무선 통신 장치의 새시-내장형 안테나 시스템 및 방법으로서, 방사된 전자기 통신의 다이버시티를 개선하기 위한 것이다. 새시-내장형 또는 내부 안테나는 사용자 조작으로 인한 성능 저하에 더 취약하기 때문에, 시스템은 각각의 안테나를 통한 통신의 품질을 모니터링한 결과에 따라 선택될 수 있는 복수의 안테나를 이용한다.

따라서 무선 통신 장치에서 방사되는 전자기 통신을 다중화(diversify)하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은, 제 1 안테나와 제 2 안테나를 무선 통신 장치의 새시(chassis) 내부에 장착하는 단계와, 제 1 안테나와 제 2 안테나에 의해 통신되는 전자기 송신선 전도 신호(conducted electromagnetic transmission line signal)를 감지하는 단계와, 감지된 송신선 전도 신호에 따라 제 1 안테나와 제 2 안테나 중 안테나를 선택하는 단계를 포함한다. 본 발명의 방법의 일부 양태에서, 하나의 안테나가 선택되는 것이 아니라, 제 1 안테나와 제 2 안테나의 결합이 선택된다.

본 발명의 일부 양태에서, 송신선 전도 신호를 감지하는 단계는, 송신선 전도 신호의 파워 레벨을 감지하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 안테나에 의해 반사된 송신선 전도 신호의 파워 레벨이 감지된다. 본 발명의 또 다른 양태에서, 송신선 전도 신호를 감지하는 단계는, 송신선을 따라 전도되고 제 1 안테나와 제 2 안테나에서 수신된 방사 신호(radiated signal)를 감지하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 상기 송신선을 따라 전도되는 방사 신호의 파워 레벨이 감지될 수 있다. 그 후, 송신선 전도 신호의 파워 레벨에 따라 안테나가 선택된다. 또는, 방사 신호가 수신되고 디코딩된다. 그 후, 가장 적은 개수의 디코딩 에러를 갖는 송신선 전도 신호를 제공하는 안테나가 선택된다.

본 발명의 또 다른 양태는, 전자기 신호를 제 1 안테나를 통해 제 1 동작 주파수로 통신하는 단계와, 전자기 신호를 제 2 안테나를 통해 제 1 동작 주파수로 통신하는 단계를 포함한다. 하나의 양태에서, 제 1 안테나와 제 2 안테나는, 제 1 동작 주파수의 약 4분의 1 파장의 유효 거리만큼 이격되어 있어서, 공간 다이버시티(spatial diversity)를 만들 수 있다. 또 다른 양태에서, 제 1 안테나가 제 1 편파 방사 패턴(polarized radiation pattern)으로 방사하고, 제 2 안테나가, 상기 제 1 편파 방사 패턴과 직교하는 제 2 편파 방사 패턴으로 방사한다.
또한 본원발명은 무선 전화 안테나 다이버시티(diversity) 시스템을 제공하며, 상기 시스템은, 새시(chassis)와, 송수신기(transceiver)와, 제 1 송신선과, 제 2 송신선과, 상기 새시에 내장되며 제 1 송신선과 연결되어 있는 제 1 안테나와, 상기 새시에 내장되며 제 2 송신선과 연결되어 있는 제 2 안테나와, 상기 제 1 송신선으로 연결되는 입력, 상기 제 2 송신선으로 연결되는 입력, 상기 제 1 송신선 및 제 2 송신선을 통해 전도되는 송신선 전도 신호에 따라, 제어 신호를 제공하기 위한 출력을 포함하는 레귤레이터 회로(regulator circuit)와, 상기 송수신기, 상기 제 1 송신선 및 상기 제 2 송신선으로 연결되어 있고, 상기 레귤레이터 회로로부터 제어 신호를 수신하기 위한 입력을 가지며, 상기 제어 신호에 따라 상기 제 1 송신선과 제 2 송신선 중 하나로 상기 송수신기를 연결하는 스위치와, 상기 제 1 안테나와 상기 제 2 안테나로 연결되어 있으며, 상기 레귤레이터 회로로부터 제어 신호를 수신하기 위한 입력을 포함하는 교정 회로(correction circuit)를 포함한다. 상기 교정 회로는, 상기 제어 신호에 따라, 제 1 안테나와 제 2 안테나 중 하나 이상의 안테나에 의해 통신되는 송신선 전도 신호를 위상 편이(phase shift)시킴으로써, 그리고 상기 제 1 안테나와 제 2 안테나 중 하나 이상의 안테나의 안테나 전기 길이(electrical length)를 변경함으로써, 상기 제 1 안테나와 제 2 안테나 중 하나 이상의 안테나의 전자기 통신의 다이버시티(diversity)를 개선하도록 구성된다.

하기에서는 상기 설명된 방법 및 무선 전화 안테나 다이버시티(diversity) 시스템에 대한 상세한 사항을 첨부 도면을 참고하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 무선 전화 안테나 다이버시티(diversity) 시스템에 대한 개략적인 블록도.

도 2는 도 1에서의 본 발명의 시스템에 대한 변경을 설명하는 개략적인 블록도.

도 3은 안테나 공간 다이버시티(spatial diversity)를 특징으로 하는, 예시적 안테나 장착 장치를 도시하는 도면.

도 4는 안테나 극성 다이버시티(polarity diversity)를 특징으로 하는, 예시적 안테나 장착 장치를 도시하는 도면.

도 5는 도 1 내지 4에서의 새시(chassis)의 물리적 크기를 설명하는 도면.

도 6은 본 발명 시스템의 위상 편이 변형예를 설명하는 개략적 블록도.

도 7은 본 발명 시스템의 안테나 전기 길이 변형예를 설명하는 개략적 블록도.

도 8은 무선 전화 장치에서 방사된 전자기 통신을 다중화하기 위한 본 발명 방법을 설명하는 순서도.

도 1은 본 발명에 따르는 무선 전화기의 안테나 다이버시티(diversity) 시스템에 대한 개략적 블록도이다. 상기 시스템(100)은 새시(chassis, 102)(점선으로 도시됨)와, 제 1 송신선(104)과, 제 2 송신선(106)과, 상기 새시(102) 내부에 장착되는 제 1 안테나(108)를 포함하며, 상기 제 1 안테나의 한 송신선 포트가 상기 제 1 송신선(104)에 연결되어 있다. 제 2 안테나(110)가 새시(102) 내부에 장착되며, 상기 제 2 안테나의 한 송신선 포트가 상기 제 2 송신선(106)에 연결되어 있다.

삭제

레귤레이터 회로(regulator circuit, 112)가, 선(113)을 통해 상기 제 1 송신선(104)에 동작할 수 있도록 연결되는 입력과, 선(114)을 통하여 제 2 송신선(106)에 동작할 수 있도록 연결되는 입력을 가진다. 본원 명세서에서 사용된 바와 같이, “동작할 수 있도록 연결된”이란 간접적으로 연결되거나 중간 요소를 통하여 연결됨을 의미한다.

레귤레이터 회로(112)는 선(115)으로 연결되는 출력을 가지며, 상기 출력은 상기 제 1 송신선 및 제 2 송신선(104/106)을 따라 전도되는 전자기 송신선 전도 신호에 응답하여 제어 신호들을 공급하도록 한다. 스위치(116)는, 선(118)으로 연결되는 송수신기 연결 포트와, 제 1 송신선(104)으로 연결되어 있는 포트와, 제 2 송신선(106)으로 연결되어 있는 포트와, 레귤레이터 회로(112)로부터 선(115)을 통해 제어 신호를 받기 위한 입력을 가진다. 상기 스위치(116)는, 선(115)을 통한 제어 신호에 응답하여, 선(118)으로 연결되는 송수신기 포트를 제 1 송신선과 제 2 송신선(104/106)으로 선택적으로 연결한다.

본 발명의 시스템(100)의 한 양태에서, 상기 스위치(116)는 송수신기가 안테나들 중 하나로 연결되도록 하는, 문자 그대로, 스위치이다. 상기 시스템(100)의 또 다른 양태에서, 스위치는 컴바이너(combiner)로서 기능하기도 한다. 즉, 스위치(116)가 제 1 송신 포트와 제 2 송신 포트를 결합(상기 포트들로 들어가는, 또는 상기 포트들로부터 나가는 신호들을 결합)하고, 선(115)을 통한 제어 신호에 응답하여 결합된 포트를 송수신기 포트로 연결할 수 있다. 가령, 상기 스위치(116)는 종래의 3 dB 스플리터를 포함할 수 있다.

일반적으로 레귤레이터 회로(112)는 제 1 송신선 및 제 2 송신선(104/106)을 따라 전도되는 송신선 전도 신호(conducted transmission line signal)의 파워 레벨에 응답하여, 선(115)을 통해 제어 신호를 공급한다. 본 발명의 시스템(100)의 하나의 양태에서, 레귤레이터 회로(112)가 선(115)을 통해, 제 1 안테나 포트와 제 2 안테나 포트로부터 반사되는 송신선 전도 신호의 파워 레벨에 반응하는 제어 신호를 제공한다. 즉, 레귤레이터 회로(112)는 검출된 안테나 부정합(antenna mismatching)에 따라 안테나를 선택한다. 상기 안테나 부정합은 사용자 손에 의한 영향, 또는 안테나의 송신 주파수와 최적 튜닝 범위의 관계에 따른 것일 수 있다.

또는, 안테나 선택은, 안테나(108/110)에서 수신된 신호들의 세기에 기초하여 이뤄질 수 있다. 즉, 제 1 안테나(108)는 방사된 신호들을 수신하며, 제 1 송신선(104)을 따라 전도되는 송신선 전도 신호들을 공급한다. 제 2 안테나(110)는 방사된 신호들을 수신하며, 제 2 송신선(106)을 따라 전도되는 송신선 전도 신호들을 공급한다. 그 후, 본 발명의 시스템(100)은 제 1 파워 검출기(120)를 더 포함할 것이며, 상기 제 1 파워 검출기(120)의 입력은 라인(113a)을 통해 제 1 송신선(104)으로 연결되어 있으며, 송신선 전도 신호의 파워 레벨을 제공하기 위한 출력이 선(113b)을 통해 레귤레이터 회로(112)로 연결되어 있다. 마찬가지로, 제 2 파워 검출기(122)가 선(114a)을 통해 제 2 송신선(106)으로 연결되는 입력과, 선(114b)을 통해 레귤레이터 회로(112)로 연결되어 있어서 송신선 전도 신호의 파워 레벨을 제공할 수 있는 출력을 가질 것이다. 또는, 스위치와 송수신기 사이에 놓이는 하나의 파워 검출기가 2개의 송신선을 통과하는 신호들을 샘플링하도록 멀티플렉싱될 수 있다. 어느 방법이든, 레귤레이터 회로(112)가, 제 1 송신선에서 검출된 신호 파워 레벨과 제 2 송신선에서 검출된 신호 파워 레벨에 따르는 제어 신호를 선(115)을 통해 제공한다.

도 2는 도 1의 본 발명 시스템(100)의 변형예를 설명하는 개략적인 블록도이다. 상기에서 설명한 바와 같이, 상기 제 1 안테나(108)는 방사된 신호를 수신하며, 상기 제 1 송신선(104)을 따라 전도되는 송신선 전도 신호들을 제공한다. 상기 제 2 안테나(110)는 방사된 신호들을 수신하며, 제 2 송신선(106)을 따라 전도되는 송신선 전도 신호들을 제공한다. 수신기(200)는, 선(118)을 통하여 스위치 송수신기 포트로 연결되는 입력을 가짐으로써, 송신선 전도 신호들을 수신하고 디코딩한다. 상기 수신기(200)는 선(202)을 통하여 상기 레귤레이터(112)로 연결되어 있는 출력을 가짐으로써, 안테나 각각에 해당하는 디코딩된 신호의 에러 신호들을 제공한다. 그 후 상기 레귤레이터 회로(112)가, 각각의 안테나에 대한 디코딩 에러 신호에 따른 제어 신호를, 라인(115)을 통해 제공한다.

도 2의 시스템은 어떠한 특정한 변조 기법 또는 코딩 포맷도 배제하지 않는다. 또한, 상기 시스템(100)은 순방향 에러 정정(FEC:forward error correction) 기법을 사용하는 변조 기법과 함께 사용될 수 있다. 본 발명 시스템(100)의 또 다른 특징에 따르면, 상기 안테나 선택은 통신 파트너, 가령 무선 전화 베이스 스테이션에 의해 실행될 수 있다. 그 후, 상기 레귤레이터 회로는 수신기(200)에 의해 수신된 명령어에 따라 안테나 선택을 결정할 수 있다.

도 1 또는 도 2와 관련하여, 상기 제 1 안테나(108)는 제 1 전기 길이(electrical length)를 갖는 능동 소자를 포함하며, 상기 제 2 안테나(110)는 제 2 전기 길이를 갖는 능동 소자를 포함한다. 동일한 주파수로 통신할 수 있도록, 상기 제 1 전기 길이와 제 2 전기 길이가 서로 동일할 수 있다. 본 발명의 또 다른 양태에서, 서로 다른 주파수에서 통신하도록, 전기 길이들은 서로 상이하거나, 하나의 주파수 대역폭의 서로 다른 끝에서 통신하도록, 약간 오프셋될 수 있다. 능동 소자는 안테나 유형에 의해 정의된다. 예를 들자면, 쌍극 안테나(dipole antenna)는, 각각 동작 주파수의 유효 파장의 4분의 1 배수인 유효 전기 길이를 갖는 방사기(radiator)와 카운터포이즈(counterpoise)를 갖는 것이 일반적이다. 상기 전기 길이는 근접 유전체 물질에 따라 결정되는데, 이는 전도되는 신호의 파장이 전도 매체에 따라 달라지기 때문이다. 단극 안테나(monopole antenna)는, 각각 동작 주파수의 유효 파장의 4분의 1 배수인 유효 전기 길이를 갖는 지면 카운터포이즈와 방사기를 가질 것이다. 본 발명 시스템(100)은 새시(102)의 폼 팩터를 충족하는 어떠한 종래의 안테나의 경우에도 가능할 수 있으며, 본 발명은 어떠한 특정 안테나 스타일로 국한되지 않는다.

도 3은 안테나 공간 다이버시티(spatial diversity)를 특징으로 하는, 예시적 안테나 장착 장치를 도시한다. 본 발명의 한 특징에 따르면, 제 1 안테나(108)가 제 1 전기 길이(300)에 대응하는 제 1 동작 주파수를 가지며, 제 2 안테나(110)는 상기 제 1 전기 길이(300)와 동일한 제 2 전기 길이(302)에 대응하는 제 1 동작 주파수를 가진다. 새시(102)는 제 1 안테나(108)를 장착하기 위한 제 1 위치(304)와, 제 2 안테나를 장착하기 위한 제 2 위치(306)를 가진다. 상기 제 1 위치(304)와 제 2 위치(306)는, 상기 제 1 동작 주파수의 파장의 약 4분의 1의 유효 거리(308)만큼 이격되어 있다.

도 4는 안테나 편파 다이버시티(polarity diversity)를 특징으로 하는, 예시적 안테나 장착 장치를 도시한다. 제 1 안테나(108)는 제 1 전기 길이(300)에 대응하는 제 1 동작 주파수를 가지며, 도면 부호(400)로 표현되는 제 1 편파 방사 패턴(polarized radiation pattern)을 가진다. 제 2 안테나(110)는 상기 제 1 전기 길이와 동일한 제 2 전기 길이(302)에 대응하는 제 1 동작 주파수를 가지며, 도면 부호(402)로 표현되는 제 2 편파 방사 패턴을 가진다. 상기 새시(102)는 상기 제 1 안테나(108)를 장착하기 위한 제 1 위치(404)와 상기 제 2 안테나(110)를 장착하기 위한 제 2 위치(406)를 가진다.

상기 제 1 편파 방사 패턴(400)은 상기 제 2 편파 방사 패턴(402)에 직교한다. 편파 패턴들이 반드시 서로 직교해야 하는 것은 아니나, 이와 같이 직교하게 되면 결국 보다 나은 다이버시티를 가질 수 있게 된다. 편파 패턴(polarization pattern)은 안테나의 유형과 새시 내 안테나의 위치에 따라 좌우된다.

도 5는 도 1 내지 4에서의 새시(102)의 물리적 크기를 설명하는 도면이다. 상기 새시는 4인치(길이), 2인치(폭), 그리고 1인치(두께)의 크기를 가진다. 선택에 따라서는, 상기 새시(102)가 8 입방 인치 이하의 크기를 가질 수도 있다. 도시된 도면에서는 벽돌 형태인 것으로 도시되긴 하였으나, 본 발명은 그와 같은 특정된 형태로 제한되지 않는다. 그리고 상기와 같이 벽돌 형태인 것이라도 내부 구성요소, 핸드그립, 디스플레이, 키보드, 그리고 외부 액세서리등과 같은 특징부를 수용하기 위해 변형시킬 수도 있다. 본 발명 시스템은 또한 이들 수정된 벽돌 형태 패키지로 가능해질 수도 있는 것이다.

도 6은 본 발명 시스템의 위상 편이 변형예를 도시하는 개략적 블록도이다. 제 1 위상 편이기(600)는 선(104a)을 통해 스위치(116)의 제 1 송신선 포트로 연결되는 입력과, 선(115a)을 통하여 상기 레귤레이터 회로(112)로부터의 제어 신호를 받기 위한 입력을 가진다. 상기 제 1 위상 편이기(600)는, 제어 신호에 응답하여, 제 1 안테나의 송신선 포트로 선택적으로 연결되는 복수의 차동 위상 출력을 가진다. 도시된 바와 같이, 상기 제 1 위상 편이기는 3개의 차동 위상 출력을 갖는데, 상기 3개의 차동 위상 출력은, 각각 대략 90도만큼씩 차이나면서, 각각 선(104b, 104c 및 104d)과 연결되어 있다. 상기의 기재에서 “대략”은 각기 제조업자에 따라 달라지는 생산 허용오차, 그리고 관심의 주파수가 단일 주파수가 아닌 주파수 대역폭이라는 사실에 기인되는 것이다. 본 발명은 특정 개수의 위상 편이기 출력 또는 특정 위상차로 한정되지 않는다.

마찬가지로, 제 2 위상 편이기(602)는 스위치의 제 2 송신선 포트로 연결되는 입력과, 선(115b)을 통하여 상기 레귤레이터 회로(112)로부터 제어 신호들을 받기 위한 입력을 가진다. 상기 제 2 위상 편이기(602)도 또한, 제어 신호에 응답하여, 상기 제 2 안테나(110)의 송신선 포트에 선택적으로 연결되는 복수의 차동 위상 출력을 가진다. 다시 말하지만, 3개의 차동 위상 출력(106b, 106c, 및 106d)이 예로서 도시되며, 이들은 대략 90도만큼씩 차이난다.

본 발명 시스템(100)은 위상 편이기(600 및 602)를 이용함으로써, 스위칭된 하나의 단일 안테나에 수신된 통신, 또는 안테나들에 수신되어 조합되는 통신을 개선할 수 있다. 가령, 디코딩 에러를 최소화하도록(도 2), 또는 수신된 신호 파워를 최대화하도록(도 1) 위상이 선택될 수 있다. 특별히 도시되지는 않았으나, 본 발명의 시스템(100)은, 스위치와 송수신기 사이에 단 하나의 위상 편이기만 갖고도 구현될 수 있다. 이러한 변형예는, 조합되는 경우가 아닌 안테나가 스위칭될 때 더 효율적일 것이다.

도 7은 본 발명의 시스템의 안테나의 전기 길이 변형예를 도시한다. 상기 시스템(100)은 제 1 안테나(108)를 포함하며, 상기 제 1 안테나(108)는 선(115c)을 통해 제어 신호를 수신하기 위한 입력과, 상기 제어 신호에 따르는 전기 길이를 갖는 능동 소자를 포함한다. 마찬가지로, 제 2 안테나(110)는 선(115d)을 통해 제어 신호를 수신하기 위한 입력과, 상기 제어 신호에 따르는 전기 길이를 갖는 능동 소자를 포함한다. 레귤레이터 회로(112)는 각각 선(115c)과 선(115d)을 통해 제 1 안테나와 제 2 안테나로 연결되는 출력을 가지며, 상기 출력은 제 1 송신선과 제 2 송신선을 따라 전도되는 송신선 전도 신호들에 응답하여 제어 신호를 제공한다. 상기에서 설명한 바와 같이, 레귤레이터 회로는 안테나에 의해 반사된 파워, 수신된 신호의 강도, 디코딩 에러율에 반응할 수 있다. 또한 앞서 설명된 바와 같이, 이러한 시스템의 변형예는 추가로, 위상 편이 요소를 더 포함할 수 있다.

다양한 안테나 유형의 전기 길이는, 마이크로전기기계시스템(MEMS: Micro Electro Mechanical System) 스위치를 이용하여 능동 소자(가령, 방사기)의 물리적 길이를 변경시킴으로써, 또는 강유전성 물질를 이용하여 능동 소자에 가깝도록 유전 상수를 변경시킴으로써, 수정될 수 있다. 그러나, 본 발명은 어떤 특정한 능동 소자의 전기 길이 변경 수단을 사용하는 것으로 한정되지 않는다.

상기 설명된 MEMS 및 강유전성 안테나에 대한 세부 사항들은 2003년 4월 3일자로 출원된 미국 특허 제 10/407,966호에서의 안테나 전기 길이를 조정하기 위한 시스템 및 방법(SYSTEM AND METHOD FOR REGULATING ANTENNA ELECTRICAL LENGTH)에서 더욱 설명되어 진다. 본원 명세서는 상기 출원 발명의 내용을 참조로서 인용한다.

비록 명시적으로 나타내진 않았으나, 본원 명세서의 도면 및 상세한 설명으로부터, 본원 발명은 복수의 송신선과, 새시에 내장된 복수의 안테나(각각의 안테나는 복수의 송신선들 중 해당하는 하나로 연결됨)를 포함할 수 있음을 예상할 수 있다. 그렇다면, 레귤레이터 회로는 복수의 송신선 각각으로 연결되어 있는 입력들을 가진다. 마찬가지로, 스위치도, 레귤레이터 회로로부터의 제어 신호에 따라 각각의 안테나를 송수신기 포트로 선택적으로 연결하기 위해, 각각의 안테나로 연결되는 포트를 가진다. 앞서 설명한 바와 같이, 레귤레이터 회로는 안테나에 의해 반사된 파워, 수신 신호의 강도, 디코딩 에러율에 반응할 수 있다. 또한 앞서 설명된 바와 같이, 시스템의 변형예는 위상 편이 요소 및/또는 수정될 수 있는 전기 길이를 갖는 안테나를 더 포함할 수 있다.

도 8은 무선 전화 장치에서 방사 전자기 통신을 다중화하기 위한 본 발명 방법을 설명하는 순서도이다. 명료함을 위해 비록 상기 방법이 번호를 매긴 순서로 도시되긴 하였으나, 명시적으로 언급되지 않는다면 이러한 번호 매김에 순서가 제한되는 것은 아니다. 이들 단계 중 일부는 생략될 수도 있으며, 동시에 실행될 수도 있고, 순서에 관계없이 실행될 수 있기도 하다. 상기 방법은 단계(800)에서 시작된다.

무선 전화 장치의 새시 내에 제 1 안테나와 제 2 안테나를 장착한다(단계(802)). 제 1 안테나와 제 2 안테나에 의해 통신되는 전자기 송신선 전도 신호들이 감지된다(단계(804)). 감지된 송신선 전도 신호에 따라, 제 1 안테나 또는 제 2 안테나를 선택한다(단계(806)). 본 발명의 하나의 양태에서, 단계(806)에서, 제 1 안테나와 제 2 안테나 중에서 선택하는 단계는 제 1 안테나와 제 2 안테나를 결합하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 한 양태에 따라, 단계(804)에서 송신선 전도 신호들을 감지하는 단계는 송신선 전도 신호의 파워 레벨들을 감지하는 단계를 포함한다. 본 발명의 한 양태에 따라, 단계(804)에서 상기 안테나에 의해 반사된 송신선 전도 신호들의 파워 레벨이 감지된다. 본 발명 방법의 다른 한 양태에 따라, 또 다른 단계를 포함할 수 있다. 단계(801)에서, 상기 제 1 안테나와 제 2 안테나를 통하여 통신되는 방사 신호들이 수신된다. 그 후, 단계(804)에서 송신선 전도 신호들을 감지하는 단계는, 상기 제 1 안테나와 제 2 안테나에서 수신되고 상기 송신선을 따라 전도되는 방사 신호들을 감지하는 것을 포함한다.

한 변형예에서, 단계(804)에서, 송신선들을 통해 전도되는 방사 신호들의 파워 레벨이 감지된다. 그 후, 감지된 송신선 전도 신호에 따라, 제 1 안테나와 제 2 안테나 중에서 안테나를 선택하는 단계(단계(806))는 방사 신호의 송신선 파워 레벨에 따라 안테나를 선택하는 단계를 포함한다.

또 다른 변형예에서, 송신선을 통해 전도되는 방사 신호를 감지하는 단계(단계(804))는 방사 신호를 수신하고 디코딩하는 단계를 포함한다.

그 후, 감지된 송신선 전도 신호에 따라, 제 1 안테나와 제 2 안테나를 선택하는 단계(단계(806))가 가장 적은 개수의 디코딩 에러를 갖는 송신선 전도 신호를 제공하는 안테나를 선택하는 단계를 포함한다.

본 발명의 하나의 양태에 따라, 단계(80la)에서, 방사 전자기 신호가 제 1 동작 주파수로 제 1 안테나를 통해 통신된다. 단계(801b)에서, 방사 전자기 신호가 제 1 동작 주파수로 제 2 안테나를 통해 통신된다. 그 후, 무선 전화기의 새시 내부의 제 1 안테나와 제 2 안테나를 장착하는 단계(단계(802))는, 제 1 동작 주파수의 파장의 약 4분의 1인 유효 거리만큼 제 1 안테나와 제 2 안테나를 이격시키는 단계를 포함한다. 상기에서 “약”이라는 것은 전기 장치를 생산할 때의 생산 허용오차로 인한 것이며, 근접한 유전체 재 형상의 전기 경로 변경으로 인한 것이고, 그리고 단지 대역의 일부만이 완전한 1/4 파장 관계일 수 있는 주파수 대역에서 통신이 수행된다는 사실에 기인하는 것이다. 통해 방사된 전자기 신호들을 통신한다. 또한 “유효 거리”는 사이에 위치하는 물질의 유전 상수의 영향을 고려하는, 안테나들 사이의 거리를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명의 또 하나의 양태에서, 단계(801b)에서, 방사 전자기 신호가, 제 1 동작 주파수와는 상이한 제 2 동작 주파수로 제 2 안테나를 통해 통신된다.

본 발명의 다른 한 양태에 따라, 방사 전자기 신호가 제 1 동작 주파수에서 제 1 안테나를 통해 통신되는 단계(단계(801a))는 제 1 편파 방사 패턴으로 방사되는 단계를 포함한다. 방사 전자기 신호가 제 1 동작 주파수에서 제 2 안테나를 통해 통신되는 단계(단계(801b))는, 상기 제 1 편파 방사 패턴과 직교하는 제 2 편파 방사 패턴으로 방사되는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 한 양태에 따라, 무선 전화 장치의 새시 내부에 제 1 안테나 및 제 2 안테나를 장착하는 단계(단계(802))는, 4인치×2인치×1인치의 크기를 갖는 새시에 제 1 안테나와 제 2 안테나를 장착하는 단계를 포함한다.
본 발명의 방법의 한 양태는 추가적인 단계를 더 포함한다. 단계(808)에서, 감지된 송신선 전도 신호에 따라, 제 1 안테나에 의해 통신되는 송신선 전도 신호가 위상 편이된다. 단계(810)에서, 감지된 송신선 전도 신호에 따라, 제 2 안테나에 의해 통신되는 송신선 전도 신호가 위상 편이된다. 본 발명의 또 하나의 양태에 따르는 방법은 추가적인 단계를 더 포함하며, 상기 추가적인 단계는 단계(808 및 810)와 결합될 수도 있고, 결합되지 않을 수도 있다. 단계(812)는 감지된 송신선 전도 신호에 반응하여, 제 1 안테나와 제 2 안테나의 전기 길이를 변경시키는 단계이다.

본 발명의 일부 양태에서, 제 1 안테나와 제 2 안테나를 무선 전화 장치의 새시 내부에 장착하는 단계(단계(802))는, 상기 새시 내부에 복수의 안테나를 장착하는 단계를 포함한다. 제 1 안테나와 제 2 안테나에 의해 통신되는 전자기 송신선 전도 신호를 감지하는 단계(804)는 상기 복수의 안테나에 의해 통신되는 송신선 전도 신호를 감지하는 단계를 포함한다. 그 후, 제 1 안테나와 제 2 안테나 중에서 안테나를 선택하는 단계(단계(806))는 감지된 복수의 송신선 전도 신호들에 따라, 복수의 안테나 중에서 안테나를 선택하는 단계를 포함한다.

지금까지, 선택적으로 연결된 새시-내장형 안테나의 사용을 통해, 방사되는 전자기 통신을 다중화(diversify)하는 시스템과 방법이 제공되었다. 본 발명이 무선 전화기의 맥락에서 제공되었지만, 본 발명은 더 넓은 적용 범위를 가짐을 이해해야 한다.

또한 비록 안테나, 스위치, 위상 편이, 그리고 레귤레이터 회로의 특정한 장치배열이 설명되었으나, 이와 다른 선택적 장치 또는 회로의 결합이 본 발명을 가능하게 하도록 사용될 수 있기도 하다.

Claims

제 1 안테나와 제 2 안테나가 내장된 무선 통신 장치에서 전자기 통신을 관리하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은

상기 제 1 안테나와 제 2 안테나에 의해 통신되는 송신선 전도 신호(conducted transmission line signal)를 감지하는 단계와,

감지된 송신선 전도 신호에 따라, 제 1 안테나와 제 2 안테나 중 안테나를 선택하는 단계와,

감지된 송신선 전도 신호에 따라 선택된 안테나의 전자기 통신의 다이버시티(diversity)를 개선하는 단계

를 포함하며,

상기 선택된 안테나의 전자기 통신의 다이버시티를 개선하는 단계는,

제 1 안테나와 제 2 안테나 중 선택된 안테나에 의해 통신되는 송신선 전도 신호를 위상 편이(phase shift)시키는 단계와,

상기 선택된 안테나의 전기 길이(electrical length)를 변경하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 통신을 관리하기 위한 방법.
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제 1 항에 있어서, 상기 방법은

전자기 신호를 제 1 안테나를 통해 제 1 동작 주파수로 송신하는 단계와,

전자기 신호를 제 2 안테나를 통해, 상기 제 1 동작 주파수와 상이한 제 2 동작 주파수로 송신하는 단계

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 통신을 관리하기 위한 방법.
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무선 전화 안테나 다이버시티(diversity) 시스템에 있어서, 상기 시스템은

새시(chassis);

송수신기(transceiver);

제 1 송신선;

제 2 송신선;

상기 새시에 내장되며 제 1 송신선과 연결되어 있는 제 1 안테나;

상기 새시에 내장되며 제 2 송신선과 연결되어 있는 제 2 안테나;

상기 제 1 송신선으로 연결되는 입력과, 상기 제 2 송신선으로 연결되는 입력과, 상기 제 1 송신선 및 제 2 송신선을 통해 전도되는 송신선 전도 신호에 따라, 제어 신호를 제공하기 위한 출력을 포함하는 레귤레이터 회로(regulator circuit);

상기 송수신기, 상기 제 1 송신선 및 상기 제 2 송신선으로 연결되어 있고, 상기 레귤레이터 회로로부터 제어 신호를 수신하기 위한 입력을 가지며, 상기 제어 신호에 따라 상기 제 1 송신선과 제 2 송신선 중 하나로 상기 송수신기를 연결하는 스위치; 및

상기 제 1 안테나와 상기 제 2 안테나로 연결되어 있으며, 상기 레귤레이터 회로로부터 제어 신호를 수신하기 위한 입력을 포함하는 교정 회로(correction circuit)

를 포함하며,

상기 교정 회로는, 상기 제어 신호에 따라, 제 1 안테나와 제 2 안테나 중 하나 이상의 안테나에 의해 통신되는 송신선 전도 신호를 위상 편이(phase shift)시킴으로써, 그리고 상기 제 1 안테나와 제 2 안테나 중 하나 이상의 안테나의 안테나 전기 길이(electrical length)를 변경함으로써, 상기 제 1 안테나와 제 2 안테나 중 하나 이상의 안테나의 전자기 통신의 다이버시티(diversity)를 개선하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 전화 안테나 다이버시티 시스템.
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제 16 항에 있어서, 상기 제 1 안테나는 제 1 전기 길이를 갖는 제 1 능동 소자를 포함하며, 상기 제 2 안테나는 제 2 전기 길이를 갖는 제 2 능동 소자를 포함하고,

상기 교정 회로는 상기 제 1 전기 길이와 제 2 전기 길이 중 한 가지 이상을 수정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 전화 안테나 다이버시티 시스템.
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제 16 항에 있어서, 상기 교정 회로는

제 1 송신선 상에 위치하며, 레귤레이터 회로로부터 제어 신호를 수신하기 위한 입력과, 상기 제어 신호에 따라, 제 1 안테나로 선택적으로 연결되는 복수의 차동 위상 출력(phase differentiated output)을 포함하는 제 1 위상 편이기(phase shifter)와,

제 2 송신선 상에 위치하며, 레귤레이터 회로로부터 제어 신호를 수신하기 위한 입력과, 상기 제어 신호에 따라, 제 2 안테나로 선택적으로 연결되는 복수의 차동 위상 출력을 포함하는 제 2 위상 편이기

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전화 안테나 다이버시티 시스템.
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제 1 항에 있어서, 상기 제 1 안테나와 제 2 안테나에 의해 통신되는 송신선 전도 신호를 감지하는 단계는, 안테나 부정합(antenna mismatching)을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 통신을 관리하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 안테나와 제 2 안테나에 의해 통신되는 송신선 전도 신호를 감지하는 단계는,

제 1 안테나와 제 2 안테나를 통해 통신되는 방사 신호(radiated signal)를 수신하는 단계와,

수신된 방사 신호를 디코딩(decoding)하는 단계와,

디코딩된 신호 중 어느 것이 가장 적은 개수의 디코딩 에러(decoding error)를 갖는지를 판단하는 단계

를 포함하며,

상기 제 1 안테나와 제 2 안테나 중 선택된 안테나에 의해 통신되는 송신선 전도 신호를 위상 편이(phase shift)시키는 단계는, 디코딩 에러를 최소로 발생시키는 위상을 위상 편이 값으로 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 통신을 관리하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 안테나와 제 2 안테나에 의해 통신되는 송신선 전도 신호를 감지하는 단계는, 제 1 안테나와 제 2 안테나에 의해 수신된 방사 신호(radiated signal)의 파워(power)를 검출하는 단계를 포함하며,

상기 제 1 안테나와 제 2 안테나 중 선택된 안테나에 의해 통신되는 송신선 전도 신호를 위상 편이(phase shift)시키는 단계는, 수신된 방사 신호의 파워를 최대화하는 위상을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 통신을 관리하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 선택된 안테나의 전기 길이(electrical length)를 변경시키는 단계는, 마이크로전기기계시스템(MEMS: Micro Electro Mechanical System) 스위치를 이용하여 상기 선택된 안테나의 능동 소자의 물리적 길이를 변경시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 통신을 관리하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 선택된 안테나의 전기 길이(electrical length)를 변경시키는 단계는, 상기 선택된 안테나의 능동 소자에 근접한 강유전성 물질의 유전 상수를 변경시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 통신을 관리하기 위한 방법.
제 16 항에 있어서, 상기 무선 전화 안테나 다이버시티 시스템은

안테나 부정합 검출기(antenna mismatching detector)

를 더 포함하며,

상기 레귤레이터 회로는, 상기 안테나 부정합 검출기로 연결되어 있는 입력을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전화 안테나 다이버시티 시스템.
제 26 항에 있어서,

상기 레귤레이터 회로는, 제 1 안테나와 제 2 안테나를 통해 통신되는 방사 신호(radiated signal)를 수신하고, 수신된 방사 신호들을 디코딩하며, 디코딩된 신호 중 어느 것이 가장 적은 개수의 디코딩 에러(decoding error)를 갖는지를 판단하도록 구성되며,

교정 회로는, 디코딩 에러를 최소화하는 위상을 선택하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 전화 안테나 다이버시티 시스템.
제 26 항에 있어서,

상기 레귤레이터 회로는 제 1 송신선과 제 2 송신선을 통해 수신된 방사 신호의 파워를 검출하도록 구성되고,

상기 교정 회로는 수신된 방사 신호의 파워를 최대화하는 위상을 선택하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 전화 안테나 다이버시티 시스템.
제 16 항에 있어서,

상기 교정 회로는, 전자기 신호를 제 1 안테나를 통해 제 1 동작 주파수로 송신하며, 전자기 신호를 제 2 안테나를 통해, 상기 제 1 동작 주파수와는 상이한 제 2 동작 주파수로 송신하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 전화 안테나 다이버시티 시스템.
제 22 항에 있어서,

상기 교정 회로는, 제 1 안테나와 제 2 안테나 중 하나 이상의 안테나의 능동 소자의 물리적 길이를 변경시키도록 구성되는 마이크로전기기계시스템(MEMS: Micro Electro Mechanical System) 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전화 안테나 다이버시티 시스템.
제 22 항에 있어서,

상기 교정 회로는, 제 1 능동 소자에 근접한 제 1 강유전성 물질와 제 2 능동 소자에 근접한 제 2 강유전성 물질을 더 포함하며,

상기 교정 회로는 제 1 강유전성 물질과 제 2 강유전성 물질 중 하나 이상의 물질의 유전 상수를 변경시키도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 전화 안테나 다이버시티 시스템.