KR101211009B1

KR101211009B1 - 적응적 안테나 매칭을 수행하는 이동통신 단말기 및 그제어방법

Info

Publication number: KR101211009B1
Application number: KR1020060038852A
Authority: KR
Inventors: 김도균
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2012-12-11
Also published as: KR20070106228A

Abstract

본 발명은 사용환경에 따라 규정된 SAR(Specific Absorption Rate) 허용기준을 만족하도록 적응적 안테나 매칭을 수행하는 이동통신 단말기 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 이동통신 단말기의 제어방법은, 송신되는 신호의 송신전력을 검출하여, 검출된 송신전력과 사용환경에 따라 규정된 SAR 허용기준에 기초하여 설정된 기준값을 비교하고, 그 비교 결과에 따라 가변 임피던스값을 갖는 매칭소자의 임피던스 값을 조절하여 안테나 매칭을 적응적으로 제어한다. 이에 의해, 이동통신 단말기의 사용환경에 따라 적응적으로 안테나 매칭이 수행되므로, 안정적인 SAR 특성이 나타나도록 제어할 수 있다.

이동통신 단말기, 안테나, 매칭, 버랙터 다이오드, SAR

Description

적응적 안테나 매칭을 수행하는 이동통신 단말기 및 그 제어방법{Mobile communication device capable of performing an adaptive antenna matching and control method thereof}

도 1은 일반적인 이동통신 단말기에서 안테나 매칭회로 부분을 나타낸 도면,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이동통신 단말기의 블럭도,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이동통신 단말기에서 안테나 매칭부를 보다 상세히 나타낸 도면,

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이동통신 단말기에서 안테나 매칭을 위한 제어방법의 설명에 제공되는 흐름도, 그리고

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이동통신 단말기의 블럭도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

110 : 송신전력 검출부 120 : 안테나 매칭부

130 : 무선 송수신부 140 : 주제어부

150 : 신호 변환부 160 : 메모리부

본 발명은 이동통신 단말기 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사용환경에 따라 규정된 SAR(Specific Absorption Rate) 허용기준을 만족하도록 적응적 안테나 매칭을 수행하는 이동통신 단말기 및 그 제어방법에 관한 것이다.

최근 핸드폰 등과 같은 이동통신 단말기의 사용이 급격하게 증가되면서, 이동통신 단말기가 방사(radiation)하는 전자파가 인체에 미치는 영향에 대한 관심도 높아지고 있다. 이에 따라, 이동통신 단말기를 사용하는 과정에서 인체에 흡수되는 단위 질량당 전자파 흡수전력, 즉 SAR(Specific Absorption Rate)에 대한 규격도 점차 강화되고 있다.

SAR의 측정단위는 W/㎏로서, 생체조직의 단위 질량당 흡수되는 에너지 율로 나타나며, SAR 측정치가 크면 인체에 나쁜 영향을 주게 되므로, 각국에서는 인체 머리 부분에 대한 SAR 허용기준이 기준치를 넘지 못하도록 규제하고 있다. 예컨대, 한국의 SAR 허용기준은 미국, 오스트레일리아, 캐나다와 동일한 1.6이며, 유럽과 일본은 이보다 높은 2.0을 기준치로 삼고 있다.

그런데, SAR 측정치는 이동통신 단말기의 안테나를 통해 방사하는 전자파의 세기, 즉 송신전력과 관계가 있으므로, 안테나 매칭을 통해 송신전력을 적정 수준으로 유지할 필요가 있다. 즉, 안테나의 임피던스 매칭(impedance matching)이 정확하게 이루어져, 최소 송신전력으로 최대 전송효율을 낼 수 있어야 한다.

도 1은 일반적인 이동통신 단말기에서 안테나의 임피던스 매칭을 위한 안테나 매칭회로 부분을 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 안테나(10)와 기저 대역 처리부로 송수신되는 무선신호를 처리하는 무선 송수신단(30) 사이에 안테나 매칭 회로(20)가 존재한다. 안테나 매칭회로(20)는 안테나(10)를 통해 일정 주파수 대역의 신호가 송수신될 때 최적의 송수신 상태를 유지하도록 제조시 설정된 고정 임피던스 값을 갖는 매칭소자들(Z1, Z2, Z3)로 구성된다.

그러나, 이와 같이 고정된 임피던스 값을 갖는 매칭소자들(Z1, Z2, Z3)을 사용하는 경우, 안테나 매칭회로(20)의 전체 임피던스 값이 고정되므로, 특정 주파수 대역의 사용환경에서는 우수한 특성을 가질 수 있지만, 전체적인 주파수 대역에서는 편차가 발생할 수 있다. 따라서, 사용환경의 변화 등에 따라 송신전력이 증감하여 불안정한 SAR 특성을 갖게 된다.

또한, 시장경쟁력 강화를 위해 하나의 마더(mother) 모델에서 여러 종류의 CA(country adaptaion) 모델이 분기되는 방식으로 이동통신 단말기가 제조되는 경우, 설계시 고려된 특정 국가의 사용환경에서는 최적의 방사와 SAR 허용기준을 만족할 수 있으나, 상용 채널(주파수)이 다른 사용환경에서는 SAR 허용기준을 벗어나게 된다. 즉, 기존 이동통신 단말기의 안테나 매칭회로는 특정 주파수 대역에 최적화되도록 고정된 임피던스 값을 갖는 매칭소자를 사용하여 설계되므로, 설계시 고려되지 않은 주파수 대역에서는 안테나의 임피던스 매칭이 이루어지지 않아 송신전력이 증가하게 되고, 이에 의해 예상치 못한 SAR 특성이 발생할 수 있으다. 따라서, 사용환경에 따라, 안테나 매칭회로의 전체 임피던스 값을 조절하기 위해 안테나 매칭 회로를 재설계해야만 한다.

따라서, 본 발명의 목적은, 사용환경에 따라 적응적으로 안테나 매칭을 수행 하여 사용환경이 변화하더라도 SAR 허용기준을 만족할 수 있도록 제어되는 이동통신 단말기 및 그 제어방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이동통신 단말기의 제어방법은,송신되는 신호의 송신전력을 검출하는 단계, 상기 검출된 송신전력과 사용환경에 따라 기설정된 기준값을 비교하는 단계, 및 상기 비교 결과에 따라 임피던스 값을 가변하여 안테나 매칭을 수행하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 기준값은, 상기 사용환경에 따라 규정된 SAR(Specific Absorption Rate) 허용기준에 기초하여 설정되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 이동통신 단말기는, 송신되는 신호의 송신전력을 검출하는 송신전력 검출부, 상기 검출된 송신전력과 사용환경에 따라 기설정된 기준값을 비교한 결과에 따라 제어신호를 생성하는 주제어부, 및 상기 제어신호에 대응하는 임피던스 값의 변경에 의해 안테나 매칭을 수행하는 안테나 매칭부를 포함한다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이동통신 단말기는, 송신되는 신호의 송신전력을 검출하는 송신전력 검출부, 상기 검출된 송신전력과 사용환경에 따라 기설정된 기준값을 비교한 결과에 따라 제어신호를 생성하는주제어부, 상기 제어신호에 따라 상기 송신전력의 크기를 제어하는 송신전력 AGC부, 및 상기 송신전력 AGC부의 제어에 따라 임피던스 값이 가변되어 안테나 매칭을 수행하는 안테나 매칭부를 포함한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이동통신 단말기의 블럭도이다. 도 2를 참조하면, 본 이동통신 단말기는 송신전력 검출부(110), 안테나 매칭부(120), 무선 송수신단(130), 주제어부(140), 신호 변환부(150), 및 메모리부(160)를 포함한다.

송신전력 검출부(110)는 안테나(100)를 통해 송신되는 신호에 대한 송신전력을 검출하고, 이를 A/D 변환한 디지털 신호를 주제어부(140)에 전달한다. 이때, 송신전력은 안테나(100)를 통해 송신 신호가 방사되기 직전의 위치에서 검출하는 것이 바람직하지만, 실시형태에 따라서는 이동통신 단말기 내의 다양한 위치에서 송신전력을 검출할 수 있다.

안테나 매칭부(120)는 가변 임퍼던스 값을 갖는 매칭소자를 사용하여 전체 임피던스 값이 변경가능하도록 구성되어, 사용환경에 따라 전체 임피던스 값을 가변하여 안테나 매칭을 수행한다. 무선 송수신부(130)는 안테나(100)에서 송수신 신호를 분리해 주는 듀플렉서(131), 듀플렉서(131)를 통해 수신되는 신호를 기저대역 신호로 변환하여 주제어부(140)에 전달하는 RF/IF 수신부(133), 및 주제어부(140)에서 생성한 기저대역 신호를 이동통신망을 통해 송신가능한 신호로 변환하는 RF/IF 송신부(135)를 포함한다.

주제어부(140)는 이동통신 단말기의 전반적인 동작을 제어하며, 특히 송신전력 검출부(110)에서 전달된 신호를 이동통신 단말기가 동작하는 사용환경에 따라 규정된 SAR 허용기준에 기초하여 설정된 기준값과 비교한 결과에 따라, 안테나 매칭을 위한 제어신호를 출력한다.

신호 변환부(150)는 주제어부(140)에서 출력되는 제어신호를 신호 변환하여 안테나 매칭부(120)에 전달하고, 이에 따라 안테나 매칭부(120)의 전체 임피던스 값이 가변된다. 그리고, 메모리부(160)는 이동통신 단말기의 동작 제어를 위한 프로그램 및 데이터가 저장되며, 특히 주제어부(140)에서 제어신호 생성을 위해 사용되는 기준값들이 저장된다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이동통신 단말기에서 안테나 매칭부를 보다 상세히 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 안테나 매칭부(120)는, 고정된 임피던스 값을 갖는 매칭소자들(Z11, Z12, Z13), 및 매칭소자들(Z11, Z12, Z13)과 접지전원 사이에 접속된 배럭터 다이오드(Varactor Diodes)(V1)를 포함한다.

버랙터 다이오드(V1)는 역방향으로 바이어스된 PN 접합의 가변 리액터(Variable reactor)로서, 역 바이어스 전압의 크기에 따라 정전용량 (Capacitance)이 변화된다. 이때, 버랙터 다이오드와 공급 전압 사이에는 역관계가 성립하여, 역 바이어스 전압이 작으면 정전용량은 커지고, 역 바이어스 전압이 크면 정전용량은 작아진다. 버랙터 다이오드(V1)에 공급되는 역 바이어스 전압의 크기에 따라 버랙터 다이오드(V1)의 정전용량의 변화되어, 안테나 매칭부(120)의 전체 임피던스 값이 가변된다.

이와 같은 구성에서, 송신전력 검출부(110)를 통해 안테나(100)로 방사되는 신호에 대한 송신전력을 검출하고, 주제어부(140)는 검출된 송신전력과 사용환경에 따라 SAR 허용기준을 만족하도록 설정된 기준값의 비교 결과에 따라 제어신호를 출력한다. 주제어부(140)는 GPIO(General Purpose Input/Output) 등의 단자를 통해 비교 결과에 대응하는 펄스 신호를 출력할 수 있고, 신호 변환부(150)는 이 신호를 DC 신호로 변환하여 버랙터 다이오드(V1)의 역전압으로 제공한다. 이에 따라, 버랙터 다이오드(V1)의 정전용량이 가변되어 안테나 매칭부(120)의 전체 임피던스값이 변화되는 과정이 반복적으로 수행되어 안테나 매칭이 이루어진다. 안테나 매칭부(120)에서 전체 임피던스 값이 가변되어, 안테나 매칭이 이루어지면, 보다 작은 송신전력으로 신호를 전송할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이동통신 단말기에서 안테나 매칭을 위한 제어방법의 설명에 제공되는 흐름도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 먼저 송신전력 검출부(110)는 송신되는 신호에 대한 송신출력을 검출한다(S300). 송신전력 검출부(110)는 검출한 송신전력을 디지털 신호로 변환하여 주제어부(140)에 전달한다. 주제어부(140)는 사용환경에 따라 규정된 SAR 허용기준을 만족하며, 송신전력과 비교가능한 단위로 설정된 기준값을 검출된 송신전력과 비교한다(S310).

검출된 송신전력이 기준값 이하이면 안테나 매칭부(120)의 전체 임피던스값을 변화시키지 않고 종료한다. 그러나, 검출된 송신전력이 기준값을 초과하는 경우, 주제어부(140)는 제어신호를 출력하여 안테나 매칭부(120)의 배렉터 다이오드(V1)의 정전용량을 가변시킴으로써, 안테나 매칭부(120)의 전체 임피턴스 값을 조절한다(S320).

이와 같은 과정은, 검출된 송신전력이 기준값 이하가 될 때까지 반복적으로 수행되어, 안테나 매칭이 이루어진다. 따라서, 이동통신 단말기가 동작하는 사용환경에 따라 적응적으로 안테나 매칭이 이루어지도록 하여, 임피던스 매칭이 되지 않아 발생할 수 있는 과도한 송신출력을 제한할 수 있고, 이에 따라 규정된 SAR 허 용기준을 벗어나지 않도록 제어할 수 있다. 또한, 다양한 사용환경에서 적응적으로 안테나 매칭을 수행하여, 갑작스러운 송신전력의 변동에도 안정적인 SAR 특성이 나타나도록 제어된다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이동통신 단말기의 블럭도이다. 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 이동통신 단말기는, 송신 전력의 세기를 자동으로 조절하는 송신전력 AGC(Automatic Gain Control)부(250)의 제어에 따라 안테나 매칭부(220)의 전체 임피던스 값이 조절되도록 구성된다.

즉, 송신전력 검출부(210), 무선 송수신부(230), 주제어부(240 등의 기능 및 구성은 기본적으로 도 2에서 설명한 바와 같다. 다만, 본 실시예에서는 안테나 매칭부(220)가 송신전력 AGC부(210)의 제어에 의해 전체 임피던스 값이 조절되는 방식을 사용한다는 점에서, 전술한 실시예와 차이점이 있다. 본 실시예에서, 버랙터 다이오드가 안테나 매칭부(220)의 매칭소자로 사용되는 경우, 송신전력 AGC부(250)의 출력신호에 따라 버랙터 다이오드의 역 바이어스 전압이 변화될 수 있도록 하는 회로가 추가되어야 하지만, 일반적인 이동통신 단말기에서 사용되는 송신전력 제어 과정을 이용할 수 있다. 즉, 기존에 이동통신 단말기에서 사용하는 송신전력 제어 프로그램을 크게 수정하지 않고 이용할 수 있다는 이점이 있다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능하며, 이러한 변형실시들도 본 발명의 기술적 사상이 나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 사용환경에 따라 적응적으로 안테나 매칭을 수행함으로써, 상용 주파수 대역 어디서나 만족할 만한 안정적인 SAR 특성을 얻을 수 있다. 따라서, 사용환경이 변화하더라도 SAR 허용기준을 만족시키기 위해 안테나 매칭을 위한 회로 구성을 변경할 필요가 없게 된다. 따라서, 하나의 마더(moother) 모델에서 분기된 CA모델의 경우에도 안테나 매칭을 위한 회로 변경없이 그대로 사용할 수 있다.

Claims

안테나를 통해 송신되는 신호의 송신전력을 검출하는 단계;

상기 검출된 송신전력과, 동작 주파수 대역에 따라 기 설정된 기준값을 서로 비교하는 단계;

상기 비교 결과, 상기 검출된 송신전력이 상기 기준값을 초과하는 경우, 안테나 매칭부의 임피던스 값을 가변하여 안테나 매칭을 수행하는 단계; 및

상기 검출된 송신전력이 상기 기준값 이하인 경우, 현재의 임피던스 값이 유지되도록 안테나 매칭을 종료하는 단계를 포함하고,

상기 송신전력은 안테나를 통해 송신신호가 방사되기 직전의 위치인 상기 안테나 매칭부와 안테나 사이에서 검출되는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기의 제어방법.
제1항에 있어서,

상기 기준값은, 상기 동작 주파수 대역에 따라 규정된 SAR(Specific Absorption Rate) 허용기준에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기의 제어방법.
제1항에 있어서,

상기 안테나 매칭을 수행하는 단계는, 상기 비교 결과에 따라 상기 안테나 매칭을 위해 매칭소자로 사용되는 배랙터 다이오드의 정전용량을 조절하여 상기 임피던스 값을 가변하는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기의 제어방법.
안테나를 통해 송신되는 신호의 송신전력을 검출하는 송신전력 검출부;

상기 검출된 송신전력과 동작 주파수 대역에 따라 기 설정된 기준값을 비교한 결과에 따라 제어신호를 생성하는 주제어부;

상기 제어신호에 대응하는 임피던스 값의 변경에 의해 안테나 매칭을 수행하는 안테나 매칭부;를 포함하고,

상기 주제어부는, 상기 검출된 송신전력이 상기 기준값을 초과하는 경우, 상기 안테나 매칭부의 임피던스 값을 가변하여 안테나 매칭이 수행되도록 제어하고, 상기 검출된 송신전력이 상기 기준값 이하인 경우, 상기 안테나 매칭부의 임피던스 값이 유지되도록 제어하며,

상기 송신전력 검출부는, 상기 안테나를 통해 방사되기 직전 위치의 송신전력을 검출하기 위해, 상기 안테나 매칭부와 안테나 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기.
제4항에 있어서,

상기 기준값은, 상기 동작 주파수 대역에 따라 규정된 SAR(Specific Absorption Rate) 허용기준에 기초하여 설정되는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기.
제4항에 있어서,

상기 기준값을 저장하는 메모리부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기.
제4항에 있어서,

상기 안테나 매칭부는, 적어도 하나의 매칭소자; 및

상기 적어도 하나의 매칭소자에 접속되어, 상기 제어신호에 대응하여 정전용량이 가변되는 배럭터 다이오드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기.
제7항에 있어서,

상기 제어신호를 DC 전압으로 변환하여, 상기 배럭터 다이오드의 역전압으로 제공하는 신호변환부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기.
안테나를 통해 송신되는 신호의 송신전력을 검출하는 송신전력 검출부;

상기 검출된 송신전력과 동작 주파수 대역에 따라 기 설정된 기준값을 비교한 결과에 따라 제어신호를 생성하는 주제어부;

상기 제어신호에 따라 상기 송신전력의 크기를 제어하는 송신전력 AGC부; 및

상기 송신전력 AGC부의 제어에 따라, 임피던스 값이 가변되어 안테나 매칭을 수행하는 안테나 매칭부;를 포함하고,

상기 주제어부는, 상기 검출된 송신전력이 상기 기준값을 초과하는 경우, 상기 안테나 매칭부의 임피던스 값을 가변하여 안테나 매칭이 수행되도록 제어하고, 상기 검출된 송신전력이 상기 기준값 이하인 경우, 상기 안테나 매칭부의 임피던스 값이 유지되도록 제어하며,

상기 송신전력 검출부는, 상기 안테나를 통해 방사되기 직전 위치의 송신전력을 검출하기 위해, 상기 안테나 매칭부와 안테나 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기.
제9항에 있어서,

상기 동작 주파수 대역에 따라 규정된 SAR(Specific Absorption Rate) 허용 기준에 기초하여 설정된 상기 기준값을 저장하는 메모리부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신 단말기.