KR102225836B1 - 안테나의 성능을 개선하기 위한 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

안테나의 성능을 개선하기 위한 방법이 개시된다. 상기 방법은 제1 안테나를 통하여 수신된 제1 밴드 신호 또는 제2 밴드 신호를 제1 트랜시버로 제공하는 동작, 제2 안테나를 통하여 제2 밴드 신호에 대한 제1 다이버시티 신호를 수신하여 컴바이너로 제공하는 동작, 제3 안테나를 통하여 제2 밴드 신호에 대한 제2 다이버시티 신호를 수신하여 컴바이너로 제공하는 동작, 및 컴바이너에서 제1 다이버시티 신호와 제2 다이버시티 신호를 결합하고, 결합된 신호를 제3 트랜시버로 제공하는 동작을 포함할 수 있다. 이 외에 명세서를 통해서 파악되는 다른 실시 예들이 가능하다.

Description

안테나의 성능을 개선하기 위한 방법 및 그 장치{Method and Apparatus for Improving the Performance of Antenna}

본 발명은 복수의 대역에서 통신하는 단말기 안테나의 성능을 개선하기 위한 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

무선 통신용 전자 장치는 우리 생활에서 가장 필수적인 전자 장치 중의 하나로 자리 잡아가고 있다. 특히 최근에는 통신 속도 및 데이터 처리 속도가 급격히 향상되고, 웹 서핑을 넘어서 사용자 보조(user assistance) 기능을 제공하는 스마트폰(smart phone)과 같은 단말기가 무선 통신용 전자 장치의 주류를 형성하고 있다.

무선 통신용 전자 장치는 무선 통신을 수행하기 위하여 필수적으로 안테나 장치를 구비한다. 상기 전자 장치에는 다이버시티 신호를 수신하기 위한 안테나가 구현될 수 있다. 그러나 최근의 스마트폰과 같은 전자 장치는, 전자 장치의 상단 이어잭(ear jack) 단자, 전면 카메라, 후면 카메라 데코(deco), 리시버(receiver), 전면 센서 등과 같은 제약 요소로 인해 다이버시티 방사 성능을 향상시키기 어렵다.

한편 통신 사업자는 LTE(Long Term Evolution) 서비스를 위해 소정의 주파수 대역을 할당 받는다. 이 과정에서, 또는 다양한 전략적/정책적인 이유로 인해 통신 사업자가 원래 사용하던 주파수 대역에 대한 조정이 이루어질 수 있다. 예를 들어, LTE B3(Band 3) 서비스를 위해 기존의 1700CH 주파수 대역(DL 10MHz)을 반납하고, 1350CH 주파수 대역(DL 20MHz)을 할당 받았다면, 통신 사업자가 LTE B3 서비스를 위해 사용하는 대역은 이전 대비 35MHz 더 낮은 주파수 대역으로 이동하게 된다.

그러나 이러한 경우, 새로 확장된 주파수 대역을 기존의 전자 장치에 탑재된 안테나의 방사 성능으로 커버하지 못하는 문제가 발생할 수 있다. 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1은 SHV-E330S 휴대 단말의 하단 안테나의 전압정재파비(Voltage Standing Wave Ratio, VSWR)를 나타낸다. 도시된 예시에서, 단말에 탑재된 안테나 시스템은 LTE B3와 WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) B1 주파수 대역을 지원할 수 있다. 즉, 안테나 시스템은 LTE B3 대역인 1800MHz와 WCDMA B1 대역인 2100MHz에 해당하는 넓은 공진 대역(broadband)을 확보하기 위해 설계된다. 그러나 단말 장치가 지원해야 하는 주파수 대역이 변경된 경우, 전술한 예시와 같이 기존대비 추가로 1350CH 대역을 커버하기 위해서는, 대역폭을 유지하면서 주파수 대역을 좌측으로 이동시키거나, 대역폭이 좌측으로 더 확장되어야 한다.

그러나 기존 대역을 유지하면서 대역폭을 좌측으로(상대적으로 낮은 주파수 대역으로) 더 확장시키는 것은 단말기 또는 안테나의 구조에 따라 사실상 불가능할 수 있다. 대역폭 자체를 좌측으로 이동시켜 LTE B3 1350CH TRP(Total Radiated Power) 방사 성능을 만족시키도록 하는 경우, WCDMA B1 TIS(Total Isotropic Sensitivity) 방사 성능의 저하가 예상된다.

이하에서 기술되는 본 발명의 다양한 실시 예들은, 이와 같은 문제 점을 해결하기 위하여 안테나의 방사 성능을 개선하는 방법 및 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 복수의 안테나를 포함하는 전자 장치를 이용하여 복수의 대역을 통신하는 방법은, 제1 안테나를 통하여 수신된 제1 밴드 신호 또는 제2 밴드 신호를 제1 트랜시버로 제공하는 동작, 제2 안테나를 통하여 상기 제2 밴드 신호에 대한 제1 다이버시티(diversity) 신호를 수신하여, 제2 트랜시버 및 컴바이너(combiner)와 연결된 신호 분배기(signal divider)를 통해 상기 컴바이너로 제공하는 동작, 제3 안테나를 통하여 상기 제2 밴드 신호에 대한 제2 다이버시티 신호를 수신하여 상기 컴바이너로 제공하는 동작, 및 상기 컴바이너에서 상기 제1 다이버시티 신호와 상기 제2 다이버시티 신호를 결합하고, 결합된 신호를 상기 제3 안테나와 연결된 제3 트랜시버로 제공하는 동작을 포함할 수 있다.

또한 상기 방법은 상기 신호 분배기와 상기 컴바이너 사이에 연결된 임피던스 매칭 유닛(Impedance Matching Unit, IMU)를 통해 상기 제2 밴드 신호에 대하여 임피던스가 정합되도록 할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 복수의 대역을 통신하기 위한 전자 장치용 안테나 시스템은, 제1 밴드 신호 또는 제2 밴드 신호를 수신하기 위한 제1 안테나 및 제1 트랜시버, 상기 제2 밴드 신호에 대한 제1 다이버시티 신호를 수신하기 위한 제2 안테나 및 제2 트랜시버, 상기 제2 밴드 신호에 대한 제2 다이버시티 신호를 수신하기 위한 제3 안테나 및 제3 트랜시버, 상기 제2 안테나와 상기 제2 트랜시버 사이에 연결된 신호 분배기, 및 상기 제3 안테나와 상기 제3 트랜시버 사이에 연결된 컴바이너를 포함할 수 있다. 또한 상기 신호 분배기는 상기 제1 다이버시티 신호를 상기 컴바이너로 전달하고, 상기 컴바이너는 상기 제1 다이버시티 신호와 상기 제2 다이버시티 신호를 결합하여 그 신호를 제3 트랜시버로 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 밴드 및 제2 밴드의 신호를 수신하기 위한 무선 통신용 전자 장치는, 프로세서, 복수 개의 안테나, 상기 복수 개의 안테나 각각에 대응하는 복수 개의 트랜시버, 상기 복수 개의 안테나 중 적어도 하나의 안테나에 의해 수신된 신호를 상기 복수 개의 트랜시버 중 적어도 하나 또는 컴바이너로 전달하기 위한 신호 분배기, 및 상기 제2 밴드 신호에 대한 적어도 두 개의 다이버시티 신호를 결합하기 위한 상기 컴바이너를 포함할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 복수의 안테나를 이용하여 복수의 대역을 통신하는 경우에 있어서, 안테나의 수신 감도 및 방사 성능을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 SHV-E330S 휴대 단말의 하단 안테나의 전압정재파비(VSWR)를 나타낸다.
도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 시스템을 나타낸다.
도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 시스템의 변형을 나타낸다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 B1과 B3 대역의 신호를 수신하기 위한 안테나 시스템의 예시를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 B3 DRX 안테나 공진점을 B1 주파수 대역으로 이동시킨 안테나 장치의 VSWR 측정 결과를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 시스템에 사용되는 컴바이너의 예시적인 회로를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 시스템을 LTE B3 대역에 대해서 검증한 결과를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 삽입 로스를 보상하기 위한 컴바이너를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 시스템을 포함하는 전자 장치의 예시적인 구조를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 결합된 다이버시티 신호를 생성하는 프로세스의 흐름도를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 시스템의 신호 처리 프로세스를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 시스템의 신호 처리의 구체적인 프로세스를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 시스템의 신호 처리프로세스의 또 다른 예시를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 및 제2 안테나의 신호처리를 나타낸다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명(present disclosure)을 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 본 명세서에 기재되어 있다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.

본 명세서에 개시된 내용(disclosure) 중에서 “포함한다” 또는 “포함할 수 있다” 등의 표현은 개시된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 “또는” 등의 표현은 함께 나열된 단어들의 어떠한, 그리고 모든 조합을 포함한다. 예를 들어, “A 또는 B”는, A를 포함할 수도, B를 포함할 수도, 또는 A 와 B 모두를 포함할 수도 있다.

본 명세서에서 “제 1,”“제2,”“첫째,”또는“둘째,”등의 표현들은 본 발명의 다양한 구성요소들을 수식할 수 있지만, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 표현들은 해당 구성요소들의 순서 및/또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 상기 표현들은 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분 짓기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 사용자 기기와 제 2 사용자 기기는 모두 사용자 기기이며, 서로 다른 사용자 기기를 나타낸다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명에 따른 전자 장치는, 통신 기능이 포함된 장치일 수 있다. 예를 들면, 전자 장치는 스마트 폰(smartphone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 이동 전화기(mobile phone), 화상전화기, 전자북 리더기(e-book reader), 데스크톱 PC(desktop personal computer), 랩탑 PC(laptop personal computer), 넷북 컴퓨터(netbook computer), PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 모바일 의료기기, 카메라(camera), 또는 웨어러블 장치(wearable device)(예: 전자 안경과 같은 head-mounted-device(HMD), 전자 의복, 전자 팔찌, 전자 목걸이, 전자 앱세서리(appcessory), 전자 문신, 또는 스마트 와치(smartwatch))중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

어떤 실시 예들에 따르면, 전자 장치는 통신 기능을 갖춘 스마트 가전 제품(smart home appliance)일 수 있다. 스마트 가전 제품은, 예를 들자면, 전자 장치는 텔레비전, DVD(digital video disk) 플레이어, 오디오, 냉장고, 에어컨, 청소기, 오븐, 전자레인지, 세탁기, 공기 청정기, 셋톱 박스(set-top box), TV 박스(예를 들면, 삼성 HomeSyncTM, 애플TVTM, 또는 구글 TVTM), 게임 콘솔(game consoles), 전자 사전, 전자 키, 캠코더(camcorder), 또는 전자 액자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

어떤 실시 예들에 따르면, 전자 장치는 각종 의료기기(예: MRA(magnetic resonance angiography), MRI(magnetic resonance imaging), CT(computed tomography), 촬영기, 초음파기 등), 네비게이션(navigation) 장치, GPS 수신기(global positioning system receiver), EDR(event data recorder), FDR(flight data recorder), 자동차 인포테인먼트(infotainment) 장치, 선박용 전자 장비(예: 선박용 항법 장치 및 자이로 콤파스 등), 항공 전자기기(avionics), 보안 기기, 차량용 헤드 유닛, 산업용 또는 가정용 로봇, 금융 기관의 ATM(automatic teller’s machine) 또는 상점의 POS(point of sales) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

어떤 실시 예들에 따르면, 전자 장치는 통신 기능을 포함한 가구(furniture) 또는 건물/구조물의 일부, 전자 보드(electronic board), 전자 사인 입력장치(electronic signature receiving device), 프로젝터(projector), 또는 각종 계측기기(예: 수도, 전기, 가스, 또는 전파 계측 기기 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 전자 장치는 전술한 다양한 장치들 중 하나 또는 그 이상의 조합일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 전자 장치는 플렉서블 장치일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않음은 당업자에게 자명하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예에 따른 전자 장치에 대해서 살펴본다. 다양한 실시 예에서 이용되는 사용자라는 용어는 전자 장치를 사용하는 사람 또는 전자 장치를 사용하는 장치(예: 인공지능 전자 장치)를 지칭할 수 있다.

도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 시스템을 나타낸다.

도 2a를 참조하면, 안테나 시스템(100)은 제1 안테나(110)와 제1 트랜시버(transceiver)(112), 제2 안테나(120)와 제2 트랜시버(122), 제3 안테나(130)와 제3 트랜시버(132), 신호 분배기(140), 및 컴바이너(combiner)(150)를 포함할 수 있다.

제1 안테나(110)는 제1 트랜시버(112)와 연결된다. 제1 안테나(110)는 적어도 하나의 밴드 신호를 수신할 수 있다. 즉, 제1 안테나(110)는 제1 밴드 신호 또는 제2 밴드 신호를 수신할 수 있다. 여기서 밴드(band)는 WCDMA 및/또는 LTE 통신 등에서 사용될 수 있는 주파수 대역을 의미하며, 듀플렉스 모드(duplex mode)를 구분하지 않는다. 즉, 주파수 분할 이중통신(Frequency Division Duplex, FDD) 방식인지 시간 분할 이중통신(Time Division Duplex, TDD) 방식인지 구분하지 않고, 특정 주파수 대역에서의 통신은 해당 밴드를 이용하는 통신으로 이해될 수 있다.

예를 들어, 제1 안테나(110)는 B3(band 3, 1800MHz 대역) 또는 B1(band 1, 2100MHz 대역)의 신호를 수신할 수 있다. 다른 예시로서, 특히 중국의 경우, 제1 안테나(110)는 B39(1900MHz 대역) 및 B1의 신호를 수신하거나, B40(2300MHz 대역) 및 B1의 신호를 수신할 수 있다. 제1 안테나(110)에 의해 수신된 신호는 제1 트랜시버(112)로 전달될 수 있다.

제2 안테나(120)는 제2 밴드 신호에 대한 제1 다이버시티 신호를 수신하여 신호 분배기(140)로 제공할 수 있다. 또한 제3 안테나(130)는 제2 밴드에 대한 제2 다이버시티 신호를 수신하여 컴바이너(150)로 제공할 수 있다. 후술하겠지만, 제2 안테나(120)는 제1 밴드 신호에 대한 다이버시티 신호를 수신하고, 제3 안테나(130)는 제2 밴드 신호에 대한 다이버시티 신호를 수신하도록 설계될 수 있다. 다시 말하면, 예를 들어 제2 안테나(120)는, 상황에 따라 선택적으로 특정 신호를 수신할 수 있다.

통상적으로 다이버시티에 대한 넘버링은 안테나 장치를 기준으로 적용될 수 있다. 예를 들어, 제1 안테나(110)가 제1 밴드 신호를 메인으로 수신하고, 제2 안테나(120)와 제3 안테나(130)가 각각 제1 밴드 신호에 대한 다이버시티 신호를 수신하는 경우, 제2 안테나(120)에 의해 수신된 다이버시티 신호는 2nd 다이버시티 신호로, 제3 안테나(130)에 의해 수신된 다이버시티 신호는 3rd 다이버시티 신호로 정의될 수 있다. 즉, 1st 다이버시티 신호는 별도로 정의되지 않을 수 있다.

그러나 본 명세서에서는, 설명의 편의를 위하여 순차적으로 다이버시티 신호를 정의하여 사용한다. 즉, 제1 다이버시티(1st diversity)는 해당 밴드에서 첫 번째로 설명되는 다이버시티이며, 제2 다이버시티(2nd diversity)는 해당 밴드에서 두 번째로 설명되는 다이버시티이다. 만약 특정 밴드에 대하여 다이버시티를 구분할 필요가 없는 경우, 넘버링은 생략된다.

다시 도 2a를 참조하면, 제2 안테나(120)는 제2 밴드 신호에 대한 제1 다이버시티 신호를 수신하여 신호 분배기(140)로 제공할 수 있다. 신호 분배기(140)는 컴바이너(150)로 제2 밴드 신호에 대한 제1 다이버시티 신호를 제공할 수 있다.

신호 분배기(140)는 제2 안테나(120), 제2 트랜시버(122), 및 컴바이너(150)과 연결될 수 있다. 또한 신호 분배기(140)는 각각의 연결 구간 사이에 임피던스 정합을 위한 임피던스 매칭 유닛(Impedance Matching Unit, IMU (142, 144)을 포함할 수 있다. 도시된 예시에서, 안테나 시스템(100)은 신호 분배기(140)와 컴바이너(150) 사이의 연결 구간에 위치한 IMU(142)와 신호 분배기(140)와 제2 트랜시버(122) 사이의 연결 구간에 위치한 IMU(144)를 포함할 수 있다.

신호 분배기(140)는, 예를 들어, 스위치, 다이플렉서(diplexer), 스플릿터(splitter), 디멀티플렉서(di-multiplexer), 및 FEM(Front End Module) 중 적어도 한 가지 타입으로 구성될 수 있다.

컴바이너(150)는 제2 밴드 신호에 대한 제1 및 제2 다이버시티 신호를 결합하는 동작을 수행할 수 있다. 결합된 신호는 제3 트랜시버(132)로 제공될 수 있다. 제3 트랜시버(132)는 컴바이너(150)를 통해 제3 안테나(130)와 연결될 수 있다.

안테나 시스템(100)이 소정 조건 하에서 동작하는 경우, 예를 들어 방사 성능의 개선이 요구되지 않는 조건 하에서 동작하는 경우, 제2 안테나(120)는 단순히 제1 밴드에 대한 다이버시티 안테나(1st Band DRX ANT)로 동작할 수 있다. 동시에 제3 안테나(130)는 제2 밴드에 대한 다이버시티 안테나(2nd Band DRX ANT)로 이해될 수 있다. 이 경우 제2 안테나(120)는 제1 밴드 신호에 대한 다이버시티 신호를 수신하여 신호 분배기(140)를 통하여 제2 트랜시버(122)로 제공할 수 있다.

제2 안테나(120)는 제3 안테나(130)와 같이 제2 밴드에 대한 다이버시티 안테나로 동작할 수 있다. IMU(142)는 제2 안테나(120)의 공진점을 제2 밴드의 주파수로 이동시키는 역할을 수행할 수 있다. 제2 안테나(120)의 공진점을 제2 밴드의 주파수로 이동시킬 필요가 없는 경우, 제2 안테나(120)는 기본적으로 IMU(144)에 의한 임피던스 정합에 의해 제1 밴드의 다이버시티 신호를 수신할 수 있다. 제2 안테나(120)가 수신하는 신호가 변경되는 조건에 대해서는 후술한다.

IMU(142)는 신호 분배기(140)와 컴바이너(150) 사이에 위치하는데, 이렇게 함으로서 제2 안테나(120) 및 IMU(144)에 대한 수정 없이 공진점을 이동시킬 수 있고 컴바이너(150)의 특성과, 신호 분배기(140) 사이의 라인 임피던스 특성을 고려할 수 있다.

또한, 제2 안테나(120)에서 수신된 제2 밴드 신호에 대한 제1 다이버시티 신호와, 기존의 제2 밴드에 대한 다이버시티 안테나, 즉 제3 안테나(130)에서 수신된 제2 밴드 신호에 대한 제2 다이버시티 신호가 컴바이너(150)에 의해 결합될 수 있다.

도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 시스템의 변형을 나타낸다.

도 2b에 도시된 안테나 시스템(100’)은 도 2a에 도시된 안테나 시스템(100)에서 IMU(144)의 위치를 제2 안테나(120)와 신호 분배기(140) 사이로 이동시킨 구조를 갖는다. 이 경우, IMU(142)와 IMU(144)의 구조 또는 구성 소자의 임피던스 값이 변경될 수 있으며, 변경된 IMU(142, 144)는 도 2b에서 IMU(142', 144')로 이해될 수 있다. 이 외에도, 안테나 장치를 포함하여, 언급하지 않은 구성요소들의 변경이 수반될 수 있다.

통상적으로 임피던스 매칭 수단은 안테나 바로 다음에 위치하는 것이 바람직하다. 따라서, 도 2b와 같은 구조가 도 2a와 같은 구조에 비하여 선호될 수 있다. 그러나 단말 장치는 점점 슬림해져가는 추세인 반면, 지원하는 기능은 계속 증가하면서, 단말 장치 내부에 안테나를 구현하기 위한 공간은 보통 충분하지 않다. 따라서 안테나 특성 및 기구적인 제약 사항에 의해 도 2a와 같이, IMU는 제2 안테나(120)와 신호 분배기(140) 사이에 배치되지 않고 신호 분배기 다음 블록으로 배치될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 B1과 B3 대역의 신호를 수신하기 위한 안테나 시스템의 예시를 나타낸다. 도 3a는 B1 DRX 매칭을 위한 임피던스 매칭부가 밴드 스위치(240)와 패시브 컴바이너(passive combiner)(250) 사이의 연결 구간에 위치하는 안테나 시스템(200)을 나타낸다. 도 3b는 B1 DRX 매칭을 위한 임피던스 매칭부가 B3 다이버시티 안테나(B3 DRX ANT)(220)와 밴드 스위치(240) 사이의 연결 구간에 위치하는 안테나 시스템(200’)을 나타낸다. 즉 도 3a는 도 2a에, 도 3b는 도 2b에, 각각 대응되는 것으로 이해될 수 있다. 이하에서는 도 3a를 기준으로 설명한다. 그러나 이하의 설명은 도 3b의 구성요소에 대해서도 동일하거나 대응되는 방식으로 적용될 수 있다.

도 3a를 참조하면, 메인 안테나(210)는 B1 또는 B3 대역의 신호를 수신하여 메인 수신기(WCDMA/LTE B1 & B3 Primary Rx)(212)로 전송한다. B1 다이버시티 안테나(B1 DRX ANT)(230)는 B1 대역 신호에 대한 다이버시티 신호 DRX0를 수신하여 패시브 컴바이너(250)로 제공한다. B3 다이버시티 안테나(B3 DRX ANT)(220)는 통상적으로 B3 신호에 대한 다이버시티 신호(B3 DRX)를 수신하여 LTE B3 다이버시티 수신기(LTE B3 Diversity Rx)(222)로 제공한다. 도 3과 관련된 설명에 있어서, ‘수신기(Rx)’라 함은 도 2에서 언급한 송수신기(transreceiver)로 대체될 수 있다.

B3 DRX ANT(220)가 B1 대역 신호에 대한 다이버시티 신호를 수신하도록 제어하는 명령에 의해, 밴드 스위치(240)는 B3 DRX ANT(220)가 B1 대역 신호에 대한 다이버시티 신호 DRX1을 수신하도록 할 수 있다. 만약 반대의 경우, 즉 B3 대역 신호에 대한 다이버시티 신호 B3 DRX를 수신하도록 하고자 하는 경우, 밴드 스위치(240)는 B1 DRX 매칭 유닛(242)과의 연결을 개방시켜 B3 DRX 매칭 유닛(242)에 의한 임피던스 정합이 일어나도록 할 수 있다. 밴드 스위치(240)는 프로세서, 특히 CP(communication processor) 또는 AP(application processor)의 명령에 의해 제어될 수 있다.

패시브 컴바이너(250)는 DRX0과 DRX1을 결합하여 DRX 신호를 생성하고, 이를 WCDMA/LTE B1 다이버시티 수신기(WCDMA/LTE B1 Diversity Rx)(232)로 제공할 수 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 예시는 다음과 같은 의미를 갖는다. B3와 B1 대역을 모두 지원할 것이 요구되는 휴대용 단말에 있어서, WCDMA 또는 LTE B1 대역의 안테나 방사 성능의 저하가 예상되는 경우, 안테나 매칭부를 변경하여 B3 DRX 안테나를 B1 DRX 안테나로 사용 가능하도록 하고, 이렇게 하여 획득된 DRX 신호들을 결합하여 트랜시버로 제공함으로써, B1 대역의 방사 성능을 개선할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 B3 DRX 안테나 공진점을 B1 주파수 대역으로 이동시킨 안테나 장치의 VSWR 측정 결과를 나타낸다.

도 4를 참조하면, 상단 그래프는 원래 안테나 장치의 VSWR 측정 결과를 나타내고, 하단 그래프는 B3 DRX 안테나의 공진점을 B1 주파수 대역으로 이동시킨 후 측정한 VSWR을 나타낸다. 최초 VSWR은 1.86GHz에서 공진점을 갖는다. 이는 Band 3에 해당한다. 이에 반하여 우측 그래프에서는 2.11GHz에서 공진점을 갖는다. 이는 Band 1에 해당한다. 불필요한 공진점들은 필터링을 통해 제거될 수 있다.

도 2와 도 3에서 이해되는 바와 같이, 공진점을 이동시키기 위한 안테나 자체의 대한 수정이 필요하지 않다. 즉, 안테나의 길이나 형태를 변경하거나, 지류 패턴 또는 커플링 패턴을 추가하는 등의 작업이 요구되지 않는다. 단지 IMU(142, 144) 구조 및/또는 시정수 변경이 요구된다. 이는 안테나 패턴을 변경할 필요가 없다는 점에서, 기존의 단말기 내부 구조를 유지하면서 회로 패턴 또는 사용되는 캐패시터, 인덕턴스 및/또는 저항 값의 변경을 통해 주파수 대역의 변화 및 방사 성능 개선의 효과를 가져 올 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 시스템에 사용되는 컴바이너의 예시적인 회로를 나타낸다.

도 5를 참조하면, 컴바이너(500)는 적어도 하나의 저항(R), 캐패시터(C), 및 인덕턴스(L)를 포함한다. 컴바이너(500)의 일단에는 안테나로부터 수신된 다이버시티 신호가 입력되는 단자가 적어도 2개 존재한다. 예를 들어, DRX0 단자(510)는 도 2에서 제3 안테나(130)에 의해 수신된 제2 밴드 신호에 대한 제2 다이버시티 신호가 입력되는 단자이거나, 도 3에서 B1 DRX ANT(230)에 의해 수신된 B1 대역 신호에 대한 다이버시티 신호 DRX0가 입력되는 단자일 수 있다. 또한 DRX1(520) 단자는, 도 2에서 제2 안테나(120)에 의해 수신된 제2 밴드 신호에 대한 제1 다이버시티 신호가 신호 분배기(140)을 통하여 입력되는 단자이거나, 도 3에서 B3 DRX ANT(220)에 의해 수신된 B1 대역 신호에 대한 다이버시티 신호 DRX1이 입력되는 단자일 수 있다.

컴바이너(500)의 또 다른 단에는 결합된 신호가 출력되는 단자가 존재한다. DRX 단자(530)는 도 2에서 결합된 신호가 제3 트랜시버(132)로 출력되는 단자이거나, 도 3에서 DRX가 WCDMA/LTE B1 다이버시티 수신기(232)로 출력되는 단자일 수 있다.

컴바이너(500)는 실장 면적이 작고, 단말의 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board, PCB)에 구현 가능한 RLC 패시브 구조일 수 있다. 입력신호 DRX0과 DRX1은 파워 컴바이닝(power combining)되어 DRX 단자로 출력될 수 있다. 이때 R1은 100Ω이고 C2는 C1의 두 배의 시정수 값을 가질 수 있다. 이와 같은 패시브 컴바이너를 이용한 안테나 시스템의 시뮬레이션 결과가 도 6에 도시된다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 시스템을 LTE B3 대역에 대해서 검증한 결과를 나타낸다. 검증은 ADS(Advanced Design System) Simulation Tool이 이용하여 수행되었으며, 도 6의 (a)는 도 5에 도시된 패시브 컴바이너(500)에 대응되는 예시 컴바이너, (b)는 삽입 로스(insertion loss), (c)는 커플링 로스(coupling loss), (d)는 리턴 로스(return loss)를 각각 나타낸다.

도 6을 참조하면, 커플링 로스와 리턴 로스의 특성은 매우 우수한 것을 알 수 있다. 그러나 컴바이너가 패시브 소자로 구성되기 때문에, 삽입 로스가 3~4dB 정도 발생하게 된다. 이와 같은 손실을 보상하기 위한 컴바이너가 도 7에 도시된다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 삽입 로스를 보상하기 위한 컴바이너를 나타낸다.

도 7을 참조하면, 패시브 컴바이너(750)에서 각 다이버시티 신호의 입력단 방향으로 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier, LNA)(730, 740)가 연결된다. 저잡음 증폭기 추가에 대한 SAW 필터(Surface Acoustic Wave Filter; 탄성표면파 필터)(710, 720)가 입력단과 저잡음 증폭기(730, 740) 사이에 연결된다. 또한 컴바이너(750)와 출력단 사이에도 SAW 필터(760)가 연결된다. 각각의 SAW 필터를 구분하기 위하여, 입력단에 위치한 SAW 필터는 pre-SAW 필터로, 출력단에 위치한 SAW 필터는 post-SAW 필터로 이해될 수 있다.

도 2 또는 도 3을 참조하면, 도 7에 도시된 저잡음 증폭기(730)는 제3 안테나(130, 230)와 연결된다. 저잡음 증폭기(740)는 신호 분배기(140) 또는 밴드 스위치(240)을 통해 제2 안테나(120, 220)와 연결된다. 즉, 저잡음 증폭기(730, 740)는 실질적으로 안테나 다음에 위치하는 첫 번째 블록이 되며, 수신된 제2 밴드 신호에 대한 제1, 제2 다이버시티 신호를 처리하기 적당한 레벨의 신호로 증폭한다. 저잡음 증폭기에 의한 신호 처리에 의해 전체 안테나 시스템의 수신 감도가 결정될 수 있기 때문에, 이 과정은 매우 중요하다. 제1 및/또는 제2 다이버시티 신호가 저잡음 증폭기를 통과하는 동작은 안테나 시스템이 탑재된 전자 장치의 프로세서에 의해 제어될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 시스템이 탑재된 전자 장치에 대해서는 도 8을 참조하여 설명한다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 시스템을 포함하는 전자 장치의 예시적인 구조를 나타낸다.

도 8을 참조하면, 전자 장치(800)는 프로세서(810), 메모리(820), 통신 모듈(830), 센서 모듈(840), 입력 모듈(850), 디스플레이(860), 인터페이스(870), 오디오 모듈(880), 전력 관리 모듈(Power Management Module, PMM)(890), 배터리(892), 및 SIM 카드(801)를 포함할 수 있다.

프로세서(810)는 하나 이상의 AP(application processor)(812) 및/또는 하나 이상의 CP(communication processor)(814)를 포함할 수 있다. 도 8에서는 AP(812) 및 CP(814)가 프로세서(810) 내에 포함된 것으로 도시되었으나, AP(812) 와 CP(814)는 서로 다른 IC 패키지들 내에 각각 포함될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, AP(812) 및 CP(814)는 하나의 IC 패키지 내에 포함될 수 있다.

AP(812)는 운영체제 또는 응용 프로그램을 구동하여 AP(812)에 연결된 다수의 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소들을 제어할 수 있고, 멀티미디어 데이터를 포함한 각종 데이터 처리 및 연산을 수행할 수 있다. AP(812)는, 예를 들면, SoC(system on chip)로 구현될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 프로세서(810)는 GPU(graphic processing unit)를 더 포함할 수 있다.

CP(814)는 전자 장치(800)와 네트워크로 연결된 다른 전자 장치들간의 통신에서 데이터 링크를 관리하고 통신 프로토콜을 변환하는 기능을 수행할 수 있다. CP(814)는 SoC로 구현될 수 있다. 일 실시 예에서, CP(814)는 멀티미디어 제어 기능의 적어도 일부를 수행할 수 있다. CP(814)는, 예를 들면, 가입자 식별 모듈(예: SIM 카드(801))을 이용하여 통신 네트워크 내에서 전자 장치의 구별 및 인증을 수행할 수 있다. 또한, CP(814)는 사용자에게 음성 통화, 영상 통화, 문자 메시지 또는 패킷 데이터(packet data) 등의 서비스들을 제공할 수 있다.

또한, CP(814)는 통신 모듈(830)의 데이터 송수신을 제어할 수 있다. 도 15에서는, CP(814), 전력 관리 모듈(890) 또는 메모리(820) 등의 구성요소들이 AP(812)와 별개의 구성요소로 도시되어 있으나, 일 실시 예에 따르면, AP(812)가 전술한 구성요소들의 적어도 일부(예: CP(814))를 포함하도록 구현될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, AP(812) 또는 CP(814)는 각각에 연결된 비휘발성 메모리 또는 다른 구성요소 중 적어도 하나로부터 수신한 명령 또는 데이터를 휘발성 메모리에 로드(load)하여 처리할 수 있다. 또한, AP(812) 또는 CP(814)는 다른 구성요소 중 적어도 하나로부터 수신하거나 다른 구성요소 중 적어도 하나에 의해 생성된 데이터를 비휘발성 메모리에 저장할 수 있다.

SIM 카드(801)는 가입자 식별 모듈을 포함하는 카드일 수 있으며, 전자 장치의 특정 위치에 형성된 슬롯에 삽입될 수 있다. SIM 카드(801)는 고유한 식별 정보(예: ICCID(integrated circuit card identifier)) 또는 가입자 정보(예: IMSI(international mobile subscriber identity))를 포함할 수 있다.

메모리(820)는 내장 메모리 및/또는 외장 메모리를 포함할 수 있다. 내장 메모리는, DRAM, SRAM, SDRAM 등과 같은 휘발성 메모리, 또는 OTPROM(one time programmable ROM), PROM, EPROM, EEPROM, mask ROM, flash ROM, NAND 플래시 메모리, NOR 플래시 메모리 등과 같은 비휘발성 메모리 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 내장 메모리는 SSD일 수 있다. 외장 메모리는 CF(compact flash) 카드, SD 카드, Micro-SD 카드, Mini-SD 카드, Xd 카드 또는 메모리 스틱(Memory Stick) 등과 같은 플래시 드라이브를 더 포함할 수 있다. 외장 메모리는 다양한 인터페이스를 통하여 전자 장치(800)와 기능적으로 연결될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 전자 장치(800)는 HDD와 같은 저장 장치(또는 저장 매체)를 더 포함할 수 있다.

통신 모듈(830)은 무선 통신 모듈(832) 및/또는 RF 모듈(834)을 포함할 수 있다. 무선 통신 모듈(832)은, 예를 들면, Wi-Fi, Bluetooth, GPS, 또는 NFC를 포함할 수 있다. 무선 통신 모듈(832)은 무선 주파수를 이용하여 무선 통신 기능을 제공할 수 있다. 또한 무선 통신 모듈(832)은 전자 장치(800)를 네트워크(예: Internet, LAN, WAN, telecommunication network, cellular network, satellite network 또는 POTS(plain old telephone service) 등)와 연결시키기 위한 네트워크 인터페이스(예: LAN card) 또는 모뎀 등을 포함할 수 있다.

RF 모듈(834)은 RF 신호의 송수신과 같은 데이터 통신을 담당할 수 있다. RF 모듈(834)은, 예를 들어 트랜시버, PAM(power amp module), 주파수 필터(frequency filter) 또는 LNA(low noise amplifier) 등을 포함할 수 있다. 또한, RF 모듈(834)은 무선 통신에서 자유 공간상의 전자파를 송수신하기 위한 부품, 예를 들면, 도체 또는 도선 등을 더 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 안테나 시스템은 RF 모듈(834)에 대응되거나, RF 모듈을 구성하는 적어도 일 부분에 해당할 수 있다.

센서 모듈(840)은 물리량을 계측하거나 전자 장치(800)의 작동 상태를 감지하여, 계측 또는 감지된 정보를 전기 신호로 변환할 수 있다. 센서 모듈(840)은 제스처 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 가속도 센서, 그립 센서, 근접 센서, 컬러 센서(예: RGB 센서), 생체 센서, 온/습도 센서, 조도 센서 또는 UV(ultra violet) 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 센서 모듈(840)은 후각 센서, EMG 센서(electromyography sensor), EEG 센서(electroencephalogram sensor), ECG 센서(electrocardiogram sensor), IR 센서, 홍채 센서 또는 지문 센서 등을 포함할 수 있다. 센서 모듈(840)은 적어도 하나 이상의 센서들을 제어하기 위한 제어 회로를 더 포함할 수 있다.

입력 모듈(850)은 터치 패널, (디지털) 펜 센서, 키(key) 또는 초음파 입력 장치를 포함할 수 있다. 터치 패널은, 예를 들면, 정전식, 감압식, 적외선 방식 또는 초음파 방식 중 적어도 하나의 방식으로 터치 입력을 인식할 수 있다. 또한, 상기 터치 패널은 제어 회로를 더 포함할 수도 있다. 정전식의 경우, 물리적 접촉 또는 근접 인식이 가능하다. 상기 터치 패널은 택타일 레이어(tactile layer)를 더 포함할 수도 있다. 이 경우, 상기 터치 패널은 사용자에게 촉각 반응을 제공할 수 있다.

디스플레이(860)는 패널, 홀로그램, 또는 프로젝터 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 패널은 LCD 또는 AM-OLED 등일 수 있다. 또한 패널은 유연하게(flexible), 투명하게(transparent) 또는 착용할 수 있게(wearable) 구현될 수 있다. 패널은 터치 패널과 하나의 모듈로 구성될 수도 있다. 홀로그램은 빛의 간섭을 이용하여 입체 영상을 허공에 보여줄 수 있다. 프로젝터는 스크린에 빛을 투사하여 영상을 표시할 수 있다. 스크린은 전자 장치(800)의 내부 또는 외부에 위치할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 디스플레이(860)는 패널, 홀로그램, 또는 프로젝터를 제어하기 위한 제어 회로를 더 포함할 수 있다.

인터페이스(870)는 HDMI, USB, 광통신(optical communication) 단자 또는 D-sub 단자를 포함할 수 있다. 또한 인터페이스(870)는 MHL(mobile high-definition link), SD card/MMC(multi-media card) 또는 IrDA(infrared data association)를 포함할 수 있다.

오디오 모듈(880)은 소리(sound)와 전기신호를 쌍방향으로 변환시킬 수 있다. 오디오 모듈(880)은 스피커, 리시버, 이어폰 또는 마이크 등을 통해 입력 또는 출력되는 소리 정보를 처리할 수 있다.

전력 관리 모듈(890)은 전자 장치(800)의 전력을 관리할 수 있다. 전력 관리 모듈(890)은 PMIC(power management integrated circuit), 충전 IC(charger integrated circuit) 또는 배터리 또는 연료 게이지(battery or fuel gauge)를 포함할 수 있다.

도 2 내지 도 7를 참조하여 설명한 안테나 시스템(100, 200) 및 그와 관련된 컴바이너(500, 750) 가 도 8에 도시된 전자 장치(800)에 적용될 수 있다.

예를 들어, 전자 장치(800)는 복수 개의 밴드 신호를 수신하기 위한 전자 장치일 수 있다. 이 경우, 전자 장치(800)는 통신 모듈(830)과 이를 제어하기 위한 프로세서(810)를 포함할 수 있다. 통신 모듈(830)은 복수 개의 안테나를 포함할 수 있는데, 예를 들어, 제1 밴드 또는 제2 밴드의 신호를 수신하기 위한 제1 안테나와, 제1 밴드 신호의 다이버시티 신호를 수신하기 위한 제2 안테나, 제2 밴드 신호의 다이버시티 신호를 수신하기 위한 제3 안테나를 포함할 수 있다. 또한 통신 모듈(830)은 각각의 안테나에 대응하는 트랜시버를 포함할 수 있다.

통신 모듈(830)은 복수 개의 안테나 중 적어도 하나의 안테나에 의해 수신된 신호를 복수 개의 트랜시버 중 대응하는 트랜시버로 전달하거나, 또는 컴바이너로 전달하기 위한 신호 분배기를 포함할 수 있다. 이 경우, 통신 모듈(830)은 컴바이너를 포함한다.

컴바이너는 특정 밴드 신호에 대한 적어도 두 개의 다이버시티 신호를 결합할 수 있다. 전술한 예시에서, 제3 안테나는 제2 밴드 신호의 다이버시티 신호를 수신한다. 제1 밴드 신호의 다이버시티 신호를 수신하는 제2 안테나는 제2 밴드 신호의 다이버시티 신호도 수신할 수 있다. 이와 같은 수신 밴드의 전환은 프로세서에 의해 제어될 수 있다. 보다 구체적으로, 프로세서(810)에 포함된 CP(814) 또는 AP(812)에 의해서 제어될 수 있다.

예를 들어, 단말의 안테나 장치가 B3와 B1에 해당하는 주파수 대역을 지원하는데, B1 대역에서 상대적으로 낮은 주파수 영역을 추가로 지원해야 하는 경우, 전체적인 공진점이 이동함에 따라 B1 주파수 대역에서 수신 감도가 저하될 수 있다. 따라서, 프로세서(810)는 제3 안테나에 의한 B1 다이버시티(B1 DRX0)의 RSRP(Reference Signal Received Power), 또는 SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)를 정기적, 비정기적, 또는 실시간으로 체크하여 미리 정해진 기준 값과 비교한다. 만약 미리 정해진 기준 값(threshold)보다 해당 파라미터의 값이 더 큰 경우, 즉 상대적으로 약전계 상황이 되는 경우, 프로세서(810)는 안테나 시스템을 제어하여 제2 안테나도 B1 다이버시티(B1 DRX1)를 수신하도록 할 수 있다. 컴바이너는 제2 안테나에 의해 수신되는 다이버시티와 제3 안테나에 의해 수신되는 다이버시티를 결합하고 결합된 신호(DRX)를 트랜시버로 제공하여, 안테나의 성능이 향상되도록 할 수 있다.

한편 안테나 시스템은 칩(chip) 구조를 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 트랜시버 중 적어도 2개 이상이 하나의 칩에 탑재될 수 있다. 칩에 포함되는 트랜시버 및 기타 구성요소는 전자 장치(800)의 내부 구조와 배터리(892)의 크기, SIM 카드(801) 실장 위치, 각종 센서 모듈(840)의 배치 및 그에 따른 안테나 수신 감도에 따라 결정될 수 있다.

또한 전술한 바와 같이, 통신 모듈(830)은 신호 분배기와 컴바이너 사이에 SAW 필터와 LNA 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 컴바이너와 트랜시버 사이에서 SAW 필터를 포함할 수 있다. SAW 필터에 의한 필터링 동작 및 LNA에 의한 증폭 동작은 프로세서(810), 구체적으로 CP(814) 또는 AP(812)에 의해 제어될 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 결합된 다이버시티 신호를 생성하는 프로세스의 흐름도를 나타낸다.

도 9를 참조하면, 프로세스는 S910에서 시작한다. 이하에서 설명하는 프로세스는 안테나 시스템(100, 100’, 200, 200’) 및 전자 장치(800)에서 수행될 수 있다. 물론 이하에서 설명하는 프로세스는 상기 프로세스를 수행하기 적절한 장치 또는 안테나 시스템에서 수행될 수 있으며, 상기의 예시로 한정하는 것은 아니다. 이하의 설명에 있어서, 전술한 내용과 중복/대응되는 부분의 설명은 생략될 수 있다.

S920에서 제1 밴드 또는 제2 밴드에 대한 신호가 수신된다. S920 단계는 제1 안테나에 의해 수행될 수 있다. S930에서 제2 밴드에 대한 제1 다이버시티 신호 및 제2 밴드에 대한 제2 다이버시티 신호가 수신된다. 제1 다이버시티 신호는 제2 안테나에 의해, 제2 다이버시티 신호는 제3 안테나에 의해 수신될 수 있다.

S940에서 수신된 제1 다이버시티 신호와 제2 다이버시티 신호가 결합된다. 결합 신호는 컴바이너에 의해 생성될 수 있다. 제2 밴드에 대하여 추가적인 다이버시티 신호를 수신하여 결합함으로써, 제2 밴드에 대한 안테나 성능이 향상되는 효과를 가져올 수 있다.

S950에서 결합된 신호가 트랜시버로 제공된다. 상기 트랜시버는 제3 안테나에 대응되는 트랜시버(즉, 제3 트랜시버)일 수 있다. 트랜시버로 제공된 신호는 복조되어 단말 장치에서 이용될 수 있다. S960에서 프로세스가 종료된다.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 시스템의 신호 처리 프로세스를 나타낸다.

도 10을 참조하면 제1 안테나(110), 제2 안테나(120), 제3 안테나(130) 및, 이에 각각 대응하는 제1 트랜시버(112), 제2 트랜시버(122), 제3 트랜시버(132) 사이의 신호 처리 프로세스가 도시된다. 즉, 도 10은 도 2에 도시된 안테나 시스템에 의한 신호 처리 프로세스에 대응될 수 있다.

S1010에서 제1 안테나(110)는 제1 밴드 또는 제2 밴드의 신호를 수신하고, S1020에서 수신된 신호를 제1 트랜시버로 제공한다.

S1030에서 제2 안테나(120)는 제2 밴드 신호에 대한 제1 다이버시티 신호를 수신한다. 동시에 S1040에서 제3 안테나(130)는 제2 밴드 신호에 대한 제2 다이버시티 신호를 수신한다. 이 경우, 신호 분배기와 컴바이너 사이에 연결된 IMU에 의해 제2 안테나의 제2 밴드에 대한 임피던스 정합이 이루어질 수 있다.

S1050에서 제2 안테나(120)가 수신한 제1 다이버시티 신호는 신호 분배기로 제공되고, S1060에서 신호 분배기는 제1 다이버시티 신호를 컴바이너로 제공한다. 동시에 제3 안테나(130)도 제2 다이버시티 신호를 컴바이너로 결합한다.

S1050에서, 수신된 신호가 컴바이너가 아닌 제2 트랜시버(122)로 제공될 수 있는데(점선 화살표), 관련된 예시가 도 13을 참조하여 후술된다.

S1070에서 제1 다이버시티 신호와 제2 다이버시티 신호가 결합되고, 결합된 신호가 제3 트랜시버(132)로 제공된다.

도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 시스템의 신호 처리의 구체적인 프로세스를 나타낸다. 도 11에 도시된 프로세스와 관련하여, 도 10에 대응되는 프로세스는 설명을 생략한다.

제2 안테나(120)에 대한 S1050 및 S1060에서 제1 다이버시티 신호를 신호 분배기를 통해 컴바이너로 제공하는 동작은, 제1 다이버시티 신호에 대하여 SAW 필터링(S1052) 및 저잡음 증폭(S1054) 중 적어도 하나의 동작을 더 수행할 수 있다. 예를 들어, 제1 다이버시티 신호에 대하여 SAW 필터링(S1052) 없이 저잡음 증폭(S1054)만이 적용될 수 있다.

제3 안테나(130)에 대한 S1060에서, 제2 다이버시티 신호를 컴바이너로 제공하는 동작에 대하여 전술한 것에 대응하는 SAW 필터링(S1042) 및/또는 저잡음 증폭(S1044)이 적용될 수 있다.

또한, 결합된 신호를 제3 트랜시버(132)로 제공하는 동작은, 결합된 신호에 대하여 SAW 필터링(S1072)을 수행하는 동작을 더 포함할 수 있다.

저잡음 증폭을 수행하기 위해 저잡음 증폭기(LNA)가 안테나 시스템에 추가되면, LNA 소모전류(약 10mA)만큼 전체 소모 전류가 증가된다. 또한, 제2 안테나와 제3 안테나가 각각 제1 밴드와 제2 밴드의 다이버시티 신호를 수신 가능하고, 제2 밴드의 수신 감도 향상을 위해 제2 안테나로 하여금 제2 밴드의 다이버시티 신호를 수신하게 할 필요가 없다고 판단되는 경우, 신호 분배기와 컴바이너로 연결되는 신호 경로를 제어하여 LNA에 의한 소모 전류의 증가를 최소화 하고 기존 안테나 경로(path)의 이용 시간을 증대시킬 수 있다. 이와 관련된 제어 프로세스가 도 12에 도시된다.

도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 신호처리 프로세스의 또 다른 예시를 나타낸다. 도 12에 도시된 프로세스는 안테나 시스템의 동작 상태를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 즉, 도 10에 도시된 프로세스가 수행되기 전에 도 12의 프로세스가 선행될 수 있다. 만약 도 12의 프로세스 수행 결과, 채널의 품질이 기준값 이상으로 판단되는 경우, S1230이 반복되면서 수행되는 동시에, 도 10에서 제2 안테나(120)는 S1050에서 점선으로 표시된 프로세스를 수행한다. 즉, 채널의 품질이 기준값 이상을 만족하는 경우, S1030에서 제2 안테나(120)는 제1 밴드의 다이버시티(Diversity for 1st Band)를 수신하고 S1050에서 이 신호를 신호 분배기로 전송하고, 신호 분배기는 다시 이 신호를 제2 트랜시버(122)로 전송할 수 있다.

물론, 도 10에 도시된 프로세스가 수행되는 중에도 도 12의 프로세스는 계속해서 수행될 수 있다. 도 12의 제어 프로세스를 임의로 종료시키지 않는 한, 도 12는 계속해서 통신 채널의 품질을 판단하고 그 결과에 기초하여 안테나 시스템의 동작 상태가 변경되도록 할 수 있다.

S1210에서 GPS, Bluetooth, Wi-Fi 안테나를 이용하는 경우, 또는 3rd 다이버시티 모드(제2 안테나를 통한 제2 밴드의 다이버시티 신호를 수신하는 모드)가 스위치 오프(switch off) 상태에 있다. S1220에서 안테나 시스템은 다이버시티 모드(기본 다이버시티 모드, 즉 제2 안테나가 제1 밴드의 다이버시티 신호를 수신하고 제3 안테나가 제2 밴드의 다이버시티 신호를 수신하는 모드로, 3rd 다이버시티 모드와는 구별된다) 또는 멀티플렉싱(multiplexing) 모드로 동작한다.

S1230에서 안테나 시스템은 제3 안테나가 수신하는 제2 밴드 신호에 대한 다이버시티 신호의 RSRP (Reference Signal Received Power), SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio), 및/또는 CQI(Channel Quality Indicator) 값을 판단한다.

여기서 RSRP는 LTE 통신에서 RB(Resource Block) 단위로 수신되는 기준 서브캐리어(Reference Subcarrier)의 평균 수신 신호 세기를 의미한다. RB는 LTE 통신에서 데이터 전송의 단위 유닛이며, 15kHz 서브캐리어 12개의 집합으로 구성된다. 따라서 RB는 180kHz의 대역폭을 갖는다. 또한 SINR은 신호 세기 대비 간섭과 잡음 세기 합의 비율을 의미한다. 또한 CQI는 무선통신 채널의 품질 상태를 숫자로 구분 및 색인화(indexing)하여 표현한 지표로서, 단말에서 기지국에 채널품질 상태를 알려줄 때 사용하는 지표를 의미한다.

S1240에서 채널 품질이 기준 값 이하인 경우, 3rd 다이버시티 모드를 스위치 온(switch on) 상태로 한다. 예를 들어 신호 분배기를 제어하여, 제2 안테나가 제2 밴드에 대하여 임피던스 정합되도록 하고, 제2 밴드의 다이버시티 신호를 수신하도록 한다. 도 12에 도시된 일련의 프로세스는 CP 또는 AP 중 적어도 하나의 프로세서에 의해 수행될 수 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 및 제2 안테나의 신호처리를 나타낸다. 도 13의 프로세스는 도 12에서, 3rd 다이버시티 모드가 스위치 오프 상태일 때 수행될 수 있다.

제1 안테나(110)는 도 10에 도시된 프로세스에 대응되는 동작을 수행한다. 제2 안테나(120)는 S1310에서 제1 밴드에 대한 다이버시티 신호를 수신한다. 이 경우, 제1 밴드 신호에 대하여 임피던스 정합이 이루어질 수 있다. 임피던스 정합을 위한 임피던스 매칭 유닛은 제2 안테나(120)와 신호 분배기 사이에 위치하거나, 신호 분배기와 제2 트랜시버(122) 사이에 위치할 수 있다.

S1320에서 수신된 다이버시티 신호를 신호 분배기로 전송한다. 신호 분배기는 다시 이 신호를 제2 트랜시버(122)로 전송한다.

아래의 표는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방법을 실제 구현하여 측정한 결과를 나타낸다. 초기값은 종래 방식의 단말 성능이고, 개선 값은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단말 성능이다. 저잡음 증폭기가 추가되면서 컴바이너의 삽입 손실이 대부분 보상되어 0.2dB 정도의 컨덕션(conduction) 감도 손실만이 나타나는 것을 알 수 있다. 기존 DRX ANT 성능인 DRX TIS는 -83.7dBm이나, 컴바이닝(combining) 성능인 DRX0+DRX1 TIS는 약 -86.7dBm으로 측정되어 약 3dB의 개선 효과가 있다. PRX TIS는 동일하므로, SISO/MIMO(Single Input Single Output/Multi Input Multi Output) 성능의 비교 결과, SISO TIS는 약 1.2dB, MIMO TIS는 약 3.1dB의 개선 효과를 가진다.

ANT	초기값	개선값	delta	비고
DRX	-99.1	-98.9	-0.2	동등
PRX TIS	-87.3	-87.4	0.1	동등
DRX0 TIS	-83.7	-83.4	-0.3	동등
DRX0+DRX1 TIS		-86.7	3.0	향상
SISO TIS	-90.1	-91.3	1.2	향상
MIMO TIS	-85.6	-88.7	3.1	향상

본 명세서를 통해 개시된 모든 실시 예들과 조건부 예시들은, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자가 독자가 본 발명의 원리와 개념을 이해하도록 돕기 위한 의도로 기술된 것으로, 당업자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (20)

1. 복수의 안테나를 포함하는 전자 장치를 이용하여 복수의 대역을 통신하는 방법에 있어서,
   제1 안테나를 통하여 수신된 제1 밴드 신호 또는 제2 밴드 신호를 제1 트랜시버로 제공하는 동작;
   제2 안테나를 통하여 상기 제2 밴드 신호에 대한 제1 다이버시티(diversity) 신호를 수신하여, 제2 트랜시버 및 컴바이너(combiner)와 연결된 신호 분배기(signal divider)를 통해 상기 컴바이너로 제공하는 동작;
   제3 안테나를 통하여 상기 제2 밴드 신호에 대한 제2 다이버시티 신호를 수신하여 상기 컴바이너로 제공하는 동작; 및
   상기 컴바이너에서, 상기 제1 다이버시티 신호와 상기 제2 다이버시티 신호를 결합하고, 결합된 신호를 상기 제3 안테나와 연결된 제3 트랜시버로 제공하는 동작을 포함하는 통신 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 신호 분배기와 상기 컴바이너 사이에 연결된 임피던스 매칭 유닛(Impedance Matching Unit, IMU)를 통해 상기 제2 밴드 신호에 대하여 임피던스가 정합되도록 하는 통신 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 전자 장치가 미리 정해진 조건을 만족하는 경우, 상기 제2 안테나를 통하여 상기 제1 밴드 신호에 대한 다이버시티 신호를 수신하는 동작;
   상기 제1 밴드 신호에 대한 다이버시티 신호를 상기 신호 분배기를 통하여 상기 제2 트랜시버로 제공하는 동작을 수행하는 통신 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제2 안테나와 상기 신호 분배기 사이 또는 상기 신호 분배기와 상기 제2 트랜시버 사이에 연결된 임피던스 매칭 유닛을 통해 상기 제1 밴드 신호에 대하여 임피던스가 정합되도록 하는 통신 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 다이버시티 신호를 상기 신호 분배기를 통해 컴바이너로 제공하는 동작은, 상기 제1 다이버시티 신호에 대하여 SAW(Surface Acoustic Wave) 필터링 및 저잡음(low noise) 증폭 중 적어도 하나를 수행하는 동작을 포함하는 통신 방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제2 다이버시티 신호를 상기 컴바이너로 제공하는 동작은, 상기 제2 다이버시티 신호에 대하여 SAW 필터링 및 저잡음 증폭 중 적어도 하나를 수행하는 동작을 포함하는 통신 방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 결합된 신호를 상기 제3 트랜시버로 제공하는 동작은, 상기 결합된 신호에 대하여 SAW 필터링을 수행하는 동작을 더 포함하는 통신 방법.
8. 제1항에 있어서,
   상기 제1 다이버시티 신호를 상기 신호 분배기를 통해 상기 컴바이너로 제공하는 동작은, 상기 전자 장치가 수신하는 수신 신호의 품질이 미리 정해진 기준 이하인 경우에 수행되는 통신 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 미리 정해진 기준은 상기 수신 신호에 대한 RSRP(Reference Signal Received Power), SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio), 및 CQI(Channel Quality Indicator) 중 적어도 하나에 대한 기준 값을 포함하는 통신 방법.
   
10. 복수의 대역을 통신하기 위한 전자 장치용 안테나 시스템에 있어서,
    제1 밴드 신호 또는 제2 밴드 신호를 수신하기 위한 제1 안테나 및 제1 트랜시버;
    상기 제2 밴드 신호에 대한 제1 다이버시티 신호를 수신하기 위한 제2 안테나 및 제2 트랜시버;
    상기 제2 밴드 신호에 대한 제2 다이버시티 신호를 수신하기 위한 제3 안테나 및 제3 트랜시버;
    상기 제2 안테나와 상기 제2 트랜시버 사이에 연결된 신호 분배기; 및
    상기 제3 안테나와 상기 제3 트랜시버 사이에 연결된 컴바이너를 포함하고,
    상기 신호 분배기는 상기 제1 다이버시티 신호를 상기 컴바이너로 전달하고,
    상기 컴바이너는 상기 제1 다이버시티 신호와 상기 제2 다이버시티 신호를 결합하고, 결합된 신호를 제3 트랜시버로 제공하는 안테나 시스템.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 다이버시티 신호에 대하여 임피던스가 정합되도록, 상기 신호 분배기와 상기 컴바이너 사이의 연결 구간에 제1 임피던스 매칭부를 포함하고,
    상기 제2 안테나와 상기 신호 분배기 사이의 연결 구간 또는 상기 신호 분배기와 상기 제2 트랜시버 사이의 연결 구간에 제2 임피던스 매칭부를 더 포함하는 안테나 시스템.
12. 제10항에 있어서,
    상기 전자 장치가 미리 정해진 조건을 만족하는 경우, 상기 제2 안테나는 상기 제1 밴드 신호에 대한 다이버시티 신호를 수신하고,
    상기 신호 분배기는 상기 수신된 제1 밴드에 대한 다이버시티 신호를 상기 제2 트랜시버로 제공하는 안테나 시스템.
13. 제10항에 있어서,
    상기 신호 분배기와 상기 컴바이너 사이의 연결 구간에 SAW 필터 및 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier, LNA) 중 적어도 하나를 포함하는 안테나 시스템.
14. 제10항에 있어서,
    상기 컴바이너와 상기 제3 트랜시버 사이의 연결 구간에 SAW 필터를 포함하는 안테나 시스템.
15. 제10항에 있어서,
    상기 신호 분배기는, 스위치, 다이플렉서(diplexer), 스플릿터(splitter), 디멀티플렉서(di-multiplexer), 및 FEM(Front End Module) 중 적어도 하나를 포함하는 안테나 시스템.
    
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