KR101354606B1 - 안테나 커플러 - Google Patents

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토마스 막쉬
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로오데운트쉬바르츠게엠베하운트콤파니카게
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Abstract

본 발명에 따른 무선통신용 송신기 및/또는 수신기, 특히, 이동전화(4)를 테스트하기 위한 안테나 커플러는 상기 송신기 및/또는 수신기(4)용 홀딩요소(6)와, 각 안테나 소자의 최대 방사방향 또는 최대 감도방향이 공간에서 서로에 대해 다르게 지향되는 방식으로 배열된 다수의 안테나 소자(91,92,93)들을 구비한다.
Figure R1020097006420
안테나 커플러, 이동전화, 안테나 소자

Description

안테나 커플러{Antenna Coupler}
본 발명은 송신기 및/또는 수신기, 특히, 이동전화를 테스트하기 위한 안테나 커플러에 관한 것이다.
안테나 커플러는 송신기 및/또는 수신기, 특히, 이동전화를 테스트하는데 사용된다. 안테나 커플러는 이동전화의 완전한 최종 테스트를 허용하는데, 이는 이동전화, 특히 안테나 효율의 무선 특성들이 테스트되기 때문이다. 더욱이, 이동전화 테스트시, 이동전화의 복수의 특성 및/또는 파라미터들이 조사되고, 이는 송신기 테스트 및 수신기 테스트로 대략 구분될 수 있다. 예컨대, 송신기 테스트의 경우, 위상에러, 주파수 에러, 전력 및/또는 스펙트럼의 측정이 수행된다. 수신 테스트의 경우, 예컨대, 비트 오류율이 측정된다.
송신기 및/또는 수신기의 커플링은 안테나 커플러상에 형성된 안테나 소자를 통해 달성되고, 송신기 및/또는 수신기의 전체 송신 전력에 대한 수신 전력의 비율을 나타내는 커플링 인수(coupling factor)는 송신기 및/또는 수신기의 위치가 변하는 경우에도 가능한 한 변하지 않은 채로 있어야 한다. 이러한 종류의 안테나 커플러가 DE 101 29 408 A1에 공지되어 있다.
그러나, DE 101 29 408 A1에 개시된 안테나 커플러는 MIMO(multiple-in multiple-out) 시스템으로, 스마트 안테나 시스템으로, 또는 안테나 발산 방법에 따라 동작하는 다수의 안타나들을 형성한 안테나 장치로는 송신기 및/또는 수신기를 테스트하에 부적당한 것으로 입증되었다.
따라서, 본 발명은 특히 송신기 및/또는 수신기를 테스트하는데 적합하고 복잡한 방사특성 및/또는 수신특성을 갖는 안테나 커플러를 제공하는 목적을 기반으로 한다.
상기 목적은 본 발명에 따른 청구의 범위 제1항의 특징에 의해 달성된다. 이점적인 다른 특성들은 다시 청구항 1에 대한 종속항의 주제를 이룬다.
특히 복잡한 방사 특성 및/또는 수신 특성을 제공하는 송신기 또는 수신기를 테스트하기 위해, 안테나 커플러는 상기 안테나 커플러의 안테나 소자들의 최대 감도방향 또는 최대 방사방향이 공간에서 다르게 지향되는 방식으로 안테나 커플러상에 배열된 다수의 안테나 요소들을 구비한다. 더욱이, 안테나 커플러는 수신기 및/또는 송신기를 보유하기 위한 홀딩요소를 제공한다. 송신기 또는 수신기는 특히 이동전화로 설계되어 있다.
본 발명으로 달성된 이점들은 특히 MIMO 시스템으로 동작되고 다수의 안테나들이 예컨대 서로 선형 독립적으로 배열된 안테나 장치를 형성하는 송신기 및/또는 수신기의 속성들은 본 발명에 따른 안테나 커플러에 의해 매우 신뢰할 수 있게 완전한 장치(DUT)로서 분석될 수 있다는 것이다.
더욱이, 본 발명에 따른 안테나 커플러는 스마트 안테나 시스템으로 또는 안테나 발산 방법에 따라 작동되는 송신기 및/또는 수신기를 테스트하는데 적합하다.
게다가, 본 발명에 따른 안테나 커플러는 다르게 편광된 파들의 수신 및/또는 송신을 위해 설계되어 있고 특히 이동전화 또는 블루투스 장치로 설계된 송신기 및/또는 수신기를 테스트하는데 적합하다.
안테나 소자의 최대 감도방향의 다른 공간적 지향으로, 예컨대 MIMO 시스템의 송신기의 방사특성은 본 발명에 따른 안테나 커플러에 의해 송신기 테스트용으로 매우 정확하게 분석될 수 있다.
수신기 테스트를 위해, 안테나 커플러는 안테나 소자의 최대 방사방향의 다른 공간적 지향에 의해 다른 복사 다이어그램 구성을 생성한다. 안테나 커플러의 외부 연결을 통해, 수신기는 여러 다른 방향으로부터의 빔들과 동시에 노출될 수 있고, 다른 빔들은 동일하거나 다른 신호들을 전달할 수 있다. 한 빔이 유용한 신호를 전달하고 또 다른 빔이 간섭 신호를 전달하는 경우, 간섭신호의 방향선택적 억제와 결합하여 유용한 신호의 방향선택적 수신이 테스트될 수 있다. 다른 빔들로부터의 유용한 신호들의 식별이 MIMO 시스템의 본질이고 이 안테나 커플러에 의해 나타내질 수 있다. 즉, 이러한 종류의 안테나 커플러는 수신기 특성 및 방향수신 특성의 매우 정확한 테스트를 지원할 뿐만 아니라 마지막 예에서 나타낸 바와 같이, 수신기 및 MIMO 송신기/수신기의 프로토콜 테스트에도 또한 의미있다.
한가지 이점적인 발전에 따르면, 하나 이상의 안테나 소자들이 송신기 및/또는 수신기 쪽을 향한 최대 감도방향 및/또는 최대 복사방향으로 지향된다. 안테나 소자들은 편의상 서로 별개로 지향될 수 있다. 이를 위해, 안테나 커플러는 바람직하게는 지향장치를 제공한다.
한가지 편리한 다른 발전으로, 안테나 소자로부터 전송된 전력은 피딩(feeding)을 통해 각 안테나 소자에 별개로 조절될 수 있다.
한가지 다른 이점적인 발전에 따르면, 안테나 소자는 송신기 및/또는 수신기로부터 적절히 이격된 거리에서 안테나 커플러상에 각각 위치되어 있다.
테스트 목적에 따라, 송신기 및/또는 수신기와 안테나 커플러의 하나 이상의 안테나 소자들 간의 이격 거리는 λ/4(근거리장) 또는 λ배수(원거리장)이며, 여기서 λ는 각 안테나 소자에 의해 수신되거나 각각 방사된 파의 파장에 해당한다.
한가지 이점적인 발전에 따르면, 안테나 커플러의 다수의 안테나 소자들이 좌표계의 좌표축상에 형성되어 있고, 송신기 및/또는 수신기는 편의상 좌표 원점에 배열되어 있다.
한가지 이점적인 다른 발전에 따르면, 좌표축이 서로에 대해 직각으로 확장되어 있으므로, 상기 좌표계는 직각 좌표계이다.
특히 송신기 및/또는 수신기의 복사 특성 및/또는 수신 특성의 정확한 분석을 위해, 안테나 소자는 좌표계의 좌표축상의 양의 좌표축 방향과 또한 음의 좌표축 방향 모두에서 각각 형성되어 있다.
이점적인 실시예에 따르면, 안테나 커플러의 안테나 소자는 8면체의 코너에 배치되어 있고, 송신기 및/또는 수신기는 편의상 8면체의 중심 지점에 배치되어 있다.
한가지 이점적인 실시예에 따르면, 안테나 커플러의 안테나 소자는 막대 안테나, 루프 안테나, 야기(Yagi) 안테나로서 설계되거나 막대 안테나, 야기 안테나 및 루프 안테나가 혼합된 식으로 설계된다.
한가지 편리한 다른 발전으로, 루프 안테나로 설계된 안테나 소자는 실질적으로 원형 링 형태이며 편의상 실질적으로 폐쇄 루프로 설계되어 있고, 루프의 피더 단부에 있는 급전점(feedpoint)과 루프의 피더 단부에 마주보고 배치된 루프 단부 간의 이격거리는 가능한 최소인 것이 바람직하다. 루프 소자로서 설계된 안테나 소자는 편의상 외부 도체와 내부 도체를 구비하고, 상기 내부 도체는 루프의 피더 단부 지역 및/또는 상기 피더 단부에 마주보고 배치된 루프 단부 지역에서 외부 도체로부터 밖으로 가이드되고, 전기가 흐르게 외부도체에 연결되어 있다. 한 이점적인 실시예에 따르면, 루프 안테나로서 설계된 안테나 소자는 예컨대 테플론으로 만들어진 홀더에 의해 보유된다.
한가지 이점적인 다른 실시에에 따르면, 루프 안테나로서 설계된 안테나 소자의 원주는 실질적으로 상기 안테나 소자를 통해 방사 및/또는 수신되는 파의 평균 파장(λ)에 해당한다.
루프 안테나로서 설계된 안테나 소자에 의해 방사 및/또는 수신되는 파의 편광방향은 편의상 조절될 수 있다. 이를 위해, 안테나 소자는 바람직하게는 루프에 의해 형성된 면에 수직하게 지향된 중심축 주위로 회전가능하게 장착된다.
편리한 다른 발전으로, 루프 안테나로서 설계된 안테나 소자는 바람직하게는 루프 안테나의 중심축이 송신기 및/또는 수신기를 향해 지향되는 식으로 좌표계의 좌표 원점에 형성된 송신기 및/또는 수신기에 대하여 지향되어 있다.
이점적인 다른 발전으로, 안테나 커플러의 각각의 안테나 소자들과 동일한 전자파의 안테나 커플러의 외부 접촉간의 연결이 사용자에게 알려져 있다.
송신기 및/또는 수신기를 홀딩요소에 고정시키기 위해, 홀딩요소는 바람직하게는 체결장치를 제공한다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 하기 도면을 참조로 더 자세히 설명되어 있다. 도면들은 다음과 같다:
도 1은 루프 안테나로서 설계된 안테나 소자들과 이동전화로서 설계된 송신기 및/또는 수신기를 갖는 안테나 커플러를 관통한 길이방향 단면을 개략 도시한 것이다.
도 2는 루프 안테나로서 설계된 안테나 소자들과 이동전화로서 설계된 송신기 및/또는 수신기를 갖는 안테나 커플러의 평면도를 개략 도시한 것이다.
도 3은 막대 안테나로서 설계된 안테나 소자들과 이동전화로서 설계된 송신기 및/또는 수신기를 갖는 안테나 커플러의 평면도를 개략 도시한 것이다.
도 4는 야기 안테나로서 설계된 안테나 소자들과 이동전화로서 설계된 송신기 및/또는 수신기를 갖는 안테나 커플러의 평면도를 개략 도시한 것이다.
상호 일치하는 구성요소들은 모든 도면에서 동일한 참조번호로 표시되어 있다.
도 1은 홀딩요소(6)에 보유되어 있고 체결장치(8)에 고정된 송신기 및/또는 수신기로서 설계된 이동전화(4)를 테스트하기 위한 안테너 커플러(2)를 관통하는 길이방향 단면을 개략 도시한 것이다. 도 1에 따른 예시적인 실시예에서, 안테나 커 플러(2)는 루프 안테나(10,12,14)로서 설계된 3개의 안테나 소자(91,92,93)를 구비한다.
각각의 루프 안테나(10,12,14)는 도 1에서 파선으로 표시된 내부 도체(16,18,20)와 상기 내부 도체(16,18,20)를 둘러싸고 상기 내부 도체(16,18,20)를 가리는 외부 도체(22,24,26)를 형성한다. 상기 외부 도체(22,24,26)는 원통형 케이스 식으로 상기 내부 도체(16,18,20)를 에워싼다. 도 1에 미도시된 유전체가 바람직하게는 내부 도체(16,18,20)와 외부 도체(22,24,26) 사이에 형성된다. 루프 안테나(10,12,14)는 실질적으로 공간적으로 폐쇄된 루프로서 형성되고, 도 1에서 루프 안테나(12,14)에만 볼 수 있는 루프의 피더 단부에서의 급전점(28,30)과 상기 급전점에 마주보게 배치된 루프 단부(32,34) 간의 이격거리가 가능한 최소가 되게 형성되어 있다. 루프 안테나(12,14)의 루프 단부(32,34)에서, 내부 도체(19,20)는 외부 도체(22,26)으로부터 밖으로 돌출되어 있다. 내부 도체(18,20)는 내부 도체(18,20)와 외부 도체(24,26) 사이에 전기적 접촉을 확립하도록 외부 도체상에서 루프의 피더 단부에 급전점 영역으로 가이드된다.
루프 안테나(10,12,14)는 바람직하게는 도 1에 미도시된 홀더에 의해 보유된다. 도 1에서는 루프 안테나(10)에 대해서만 표시된 루프 안테나(10)의 루프에 의해 형성된 면에 수직하게 배치된 중심축(4) 주위로 루프 안테나(10,12,14)의 회전 에 의해, 상기 루프 안테나(10,12,14)로부터 방사된 파들의 편광방향이 가변하고/하거나 다른 편광의 파들이 루프 안테나(10,12,14)를 통해 검출될 수 있다.
루프 안테나(10,12,14)들은 각각 안테나 베이스(42)에 결합되어 있고 상기 안테나 베이스는 신호라인(44)을 통해 측정 및 제어장치(46)에 연결되어 있다.
이점적인 방사 특성 및/또는 수신 특성을 달성하기 위해, 루프 안테나(10,12,14)의 원주는 실질적으로 각 경우 파들의 평균 파장(λ)에 해당하고, 상기 파장은 루프 안테나(10,12,14)에 의해 방사되거나 각각 수신된다.
이동전화(4)의 안테나 장치(50)로부터 방사된 전기장의 전기성분과 자기성분들은 루프 안테나(10,12,14)로서 설계된 3개의 안테나 소자들이 있는 도 1에 따른 예시적인 실시예에서 도시된 공간에서 다르게 지향된 최대 방사방향 및/또는 최대 감도방향을 갖는 다수의 안테나 소자들의 배열로 특히 정확하게 측정될 수 있다.
더욱이, 루프 안테나(10,12,14)로서 설계된 안테나 소자들의 경우, 루프 안테나(10,12,14)와 이동전화에서 MIMO 시스템의 구현을 위해 다수의 안테나들을 형성한 안테나 장치(50) 간의 결합 인수는 실질적으로 루프 안테나(10,12,14)에 대한 안테나 장치(50)의 정확한 기하학적 위치에 무관하므로, 안테나 커플러(2)상에 안테나 장치(50)을 구비한 이동전화(4)의 공간적으로 정확한 조절이 필요하지 않게 된다.
도 2는 또 다른 예시적인 실시예의 안테나 커플러(2)의 개략 평면도를 도시한 것이다. 루프 안테나(10,12,14,52,54,56)로서 설계된 안테나 소자는 실질적으로 8각형 코너에 배열되어 있다. 루프 안테나(10,12,14,52,54,56)의 8각형 배열의 도면에 의해, 직각 좌표계의 좌표축(x,y,z)은 도 2에서 점선으로 도시되어 있다. 루프 안테나(10,12,14,52,54,56)는 음의 좌표축 방향과 또한 양의 좌표축 방향의 좌표축(x,y,z)상에 위치되어 있고, 루프 안테나(10,12,14,52,54,56)의 루프에 의해 형성된 면에 수직하게 배치된 루프 안테나(10,12,14,52,54,56)의 중심축(40)은 좌표축(x,y,z)을 따라 뻗어 있고, 이동전화(4)가 위치되어 있는 좌표원점(58)에서 교차한다. 도 2에 도시된 예시적인 실시예에서, 이동전화(4)의 안테나 장치는 이동전화내에 일체로 되도록 설계되어 있고 따라서 도 2에서는 볼 수 없다.
각 루프 안테나(10,12,14,52,54,56)는 이동전화(4)에 대해 실질적으로 λ/4 간격거리로 배열되어 있다. 더욱이, 루프 안테나(10,12,14,52,54,56)는 연결라인들(48)을 통해 안테나 베이스(42)로 가이드되고, 각각은 동일한 전기적 길이(electrical length)를 형성한다.
도 3은 다른 예시적인 실시예에서 막대 안테나(60,62,64) 및 이동전화(4)로서 설계된 하나의 송신기 및/또는 수신기로 설계된 3개의 안테나 소자들을 갖는 안테나 커플러의 개략적인 평면도를 도시한 것이다. 이동전화(4)는 홀딩요소(6)내에 보유되고 일체형 안테나 장치를 포함하며 상기 안테나 장치는 도 3에서 볼 수 없다.
막대 안테나(60,62,64)로 설계된 안테나 소자는 좌표원점(58)에 위치된 이동전화(4)를 향해 막대 안테나(60,62,64)의 막대의 각 횡방향 축으로 지향되어 있고, 도 3에 점선으로 나타낸 최대 방사방향은 직각 좌표계의 좌표축(x,y,z)을 따라 뻗 어 있다. 이동전화(4), 특히, 이동전화내에 통합된 안테나 장치와 각 막대 안테나(60,62,64)간의 이격거리는 서로 일치하고 실질적으로 상기 막대 안테나(60,62,64)에 의해 송신 및/또는 수신된 파의 평균 파장의 λ/4이다.
막대 안테나(60,62,64)는 각각 동일한 전기적 길이를 형성하는 연결라인(48)을 통해 안테나 베이스(42)로 가이드된다.
도 4는 다른 예시적인 실시예에서 야기 안테나(66,68,70)와 이동전화(4)로 설계된 송신기 및/또는 수신기로서 설계된 3개의 안테나 소자들과 안테나 커플러(2)의 개략적인 평면도를 도시한 것이다. 이동전화(4)는 홀딩요소(6)에 보유되고, 일체형 안테나 장치를 포함하며, 상기 안테나 장치는 도 4에 볼 수 없다.
도 3에 따른 예시적인 실시예의 경우에서와 같이, 도 4에 따른 예시적인 실시예에서 야기 안테나(66,68,70)는 이동전화(4)가 좌표원점(58)에 배치된 직각 좌표계의 좌표축(x,y,z)에 제공되어 있고 각각 이동전화(4)에 대해 동일한 이격거리를 두고 있다. 이에 대해, 야기 안테나(66,68,.70)의 메인 로브(main lobe)(72,74,76)는 각각 이동전화(4)를 향한 방향으로 향해 있다.
야기 안테나(66,68,.70)는 동일한 전기적 길이를 형성하는 연결라인(48)을 통해 안테나 베이스(42)로 가이드 된다.
본 발명은 도시된 예시적인 실시예에 특히 예시적인 실시예에 도시된 안테나 커플러의 안테나 소자 배열 및 이동전화로서 설계된 송신기 및/또는 수신기에 국한되지 않는다. 몇몇 상황하에서, 안테나 소자는 x,y,z축을 따라 변위될 수 있거나 x,y,z축에 수직한 축 주위로 회전될 수 있다. 상술한 특징 및 도면에 표현된 특징 들 모두는 필요에 따라 서로 조합될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 포함됨.

Claims (17)

  1. 송신기 또는 수신기(4)용 홀딩요소(6)와,
    안테나 소자(91,92,93)의 최대 방사방향 또는 각 최대 감도방향이 공간에서 서로에 대해 다르게 지향되는 방식으로 배열된 다수의 안테나 소자(91,92,93)들과,
    서로 별개로 안테나 소자들(91-93)을 지향하기 위한 지향 장치를 구비하는 송신기 또는 수신기(4) 테스트용 안테나 커플러.
  2. 제 1 항에 있어서,
    하나 이상의 안테나 소자들이 송신기 또는 수신기 방향으로 최대 감도방향 또는 최대 방사방향을 가지며 지향되는 것을 특징으로 하는 안테나 커플러.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나 소자(91-93)로부터 방사된 전력은 각 안테나 소자(91,92,93)에 대해 별개로 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 안테나 커플러.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나 소자(91-93)는 송신기 또는 수신기(4)에 대해 가변거리에 각각 위치될 수 있는 것을 특징으로 하는 안테나 커플러.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 각각의 안테나 소자(91-93)와 송신기 또는 수신기(4) 간의 이격거리는 λ/4이고, 여기서 λ는 안테나 소자에 의해 수신되거나 안테나 소자로부터 방사된 파의 평균파장에 해당하는 것을 특징으로 하는 안테나 커플러.
  6. 제 1 항에 있어서,
    다수의 안테나 소자들이 좌표계의 좌표축들(x,y,z)에 배치되며, 송신기 또는 수신기(4)는 좌표계의 좌표원점(58)에 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나 커플러.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 좌표축(x,y,z)은 좌표계내에서 서로에 대해 직각으로 지향되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나 커플러.
  8. 제 6 항에 있어서,
    안테나 소자(10,52;12,54;14,56)는 각 경우 양의 좌표축 방향 또는 음의 좌표축 방향으로 좌표축(x,y,z) 중 하나에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나 커플러.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나 소자는 8면체의 코너에 배열되어 있고, 홀딩요소(6)는 상기 8면체의 중심에 송신기 또는 수신기를 배치시키고 있는 것을 특징으로 하는 안테나 커플러.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나 소자는 막대 안테나(60,62,64) 또는 야기 안테나(Yagi antenna)(66,68,70) 또는 루프 안테나(10,12,14,52,54,56)로서 설계되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나 커플러.
  11. 제 10 항에 있어서,
    루프 안테나(10,12,14,52,54,56)로서 설계된 안테나 소자의 루프는 원형 링 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 안테나 커플러.
  12. 제 11 항에 있어서,
    루프 안테나(10,12,14,52,54,56)로서 설계된 상기 안테나 소자의 루프의 원주는 상기 안테나 소자를 통해 수신되거나 각각 방사되는 파의 평균 파장(λ)에 해당하는 것을 특징으로 하는 안테나 커플러.
  13. 제 10 항에 있어서,
    루프 안테나(10,12,14,52,54,56)로서 설계된 적어도 하나의 안테나 소자는 상기 안테나 소자를 통해 수신되거나 각각 방사되는 파의 편광방향의 조절을 위해 루프 안테나의 루프에 의해 형성된 면에 수직하게 지향된 중심축(40) 주위로 회전가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 안테나 커플러.
  14. 제 13 항에 있어서,
    루프 안테나(10,12,14,52,54,56)로서 설계된 적어도 하나의 안테나 소자는 상기 루프 안테나(10,12,14,52,54,56)의 중심축(40)이 좌표계의 좌표축(x,y,z) 중 하나를 따라 뻗어 있도록 상기 좌표계의 좌표원점(58)에 홀딩요소(6)에 의해 배치된 송신기 또는 수신기(4)에 대해 지향되는 것을 특징으로 하는 안테나 커플러.
  15. 제 1 항에 있어서,
    각각의 안테나 소자에 형성된 급전점(28,30)과 안테나 커플러(2)의 안테나 베이스(42) 간의 각 연결라인(48)은 동일한 전기적 길이를 형성하는 것을 특징으로 하는 안테나 커플러.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홀딩요소(6)는 송신기 또는 수신기를 고정하기 위한 체결장치를 제공하는 것을 특징으로 하는 안테나 커플러.
  17. 삭제
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