KR20010005988A - 무선 전화기내의 자기장을 감소시키기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

무선 전화기로부터의 자기장 방출이 시변 자기장에 민감한 장치들에 일으킬 수 있는 영향을 줄이기 위한 새로운 방법 및 장치를 설명한다. TDMA 시간 프레임보다 훨씬 더 큰 시상수를 가지며 송신기와 병렬로 연결되는 평활 커패시터를 추가함으로써 자기장 변화가 평활화된다. 이 외에도, 전류가 배터리를 통해 흐르는 경로와 반대경로로 거의 평행한 편에 전류를 흐르도록 하는 송신기에 직렬로 연결된 자기장 상쇄 루프에 의해 카운터-평형 자기장이 발생된다. 상기 자기장 상쇄 루프를 통해 흐르는 전류는, 배터리를 통해 흐르는 전류에 의해 발생된 자기장과 거의 동축이며 반대 극성인 자기장을 발생시키며, 배터리를 통해 흐르는 전류에 의해 발생된 자기장을 부분적으로 상쇄시킨다. 상기의 방법 및 장치를 이용함으로써, 전화기 외부의 시변 자기장의 크기를 효과적으로 줄일 수가 있다.

Description

무선 전화기내의 자기장을 감소시키기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR REDUCING MAGNETIC FIELDS IN RADIO TELEPHONES}

디지털 무선 전화기는 전 세계에 걸쳐 이용되며, 유럽의 GSM 시스템과 미국의 IS54 시스템, 그리고 일본의 PDC 시스템 등과 같은 셀룰러 시스템에 이용된다. 디지털 셀룰러 전화기는 간헐적으로 송신기를 이용하여 디지털 신호를 송신하며 수신기를 이용하여 디지털 신호를 수신한다. 상기의 송신기는 음성 또는 그 밖의 데이터를 기지국으로 송신하기 위해 반복되는 시간 프레임(frame)에서 짧은 타임 슬롯(time slot)동안 작동하며, 음성 또는 그 밖의 데이터를 기지국으로부터 수신하기 위해 상이한 타임 슬롯에서 작동하는 수신기와 번갈아 작동한다. 디지털 셀룰러 전화기는 일반적으로 이동을 손쉽게하기 위해서 배터리 충전방식이다.

디지털 셀룰러 전화기가 갖는 한 가지 문제점은 송신기가 수신기보다 배터리 전력소비가 더 높다는 것이다. 이는 배터리로부터 유도된 전류를 프레임 반복율로 순환하도록 한다. 이러한 순환 전류는 주변 장치들과 자기 결합을 일으킬 수 있는 시변 자기장을 발생시킨다. 이러한 자기 결합은 시변 자기장에 민감한 장치들의 최적의 동작을 저하시키거나 그렇지 않으면 방해할 수도 있다.

시변 자기장에 민감한 장치의 한 예가 "텔레-코일(tele-coil)"을 구비한 보청기이다. "텔레-코일"은, 전화기 스피커 근처에 놓여져 스피커에서부터 보청기로 음성 신호들을 결합시키는데 이용되는 유도성 장치이다. 간단히 말하면, 상기의 텔레-코일은 스피커의 자기장내에 놓여지는 픽-업 코일을 포함한다. 전자석에 보내진 전기적 신호들이 상기 스피커가 음성 신호들을 생성하도록 유도함에 따라, 그에 상응하는 자기장이 픽-업 코일에 결합된다. 이러한 자기장은 증폭되어 보청기의 스피커 또는 변환기(transducer)에 보내진다. 따라서, 텔레-코일은 청각적인 문제를 안고 있는 사람들이 전화기를 사용하는 것을 돕는다.

불행히도, 디지털 셀룰러 전화기와 보청기의 텔레-코일간에 발생하는 자기 결합은, 보청기에 잡음 또는 험(hum)을 발생시켜 보청기 이용자들의 전화기사용을 최적이하로 만들 수가 있다. 상기 잡음 또는 험은 배터리 송신기 전기 회로내에서 변화하는 전류 레벨에 의해 발생된 시변 자기장에 의해 최소한 부분적으로라도 유발된다. 험에 대한 이러한 문제는 송신기의 온(on)/오프(off) 사이클 시간이 음성 주파수 범위에 있을 때 특히 심각해진다.

따라서, 무선 전화기로부터의 자기장 방출이 시변 자기장에 민감한 장치에 일으킬 수 있는 영향을 줄일 필요가 있다. 한 가지 방법은, 전화기를 통해 흐르는 전류를 매우 감소시킴으로써 발생한 자기장의 세기를 줄이는 것이다. 그러나, 이는 신호들의 적절한 송신에 필요한 출력 레벨에 근거하여 비현실적임에 틀림없다.

본 발명은 일반적으로 통신 장치의 자기장에 관한 것으로서, 특히 디지털 무선 전화기로부터의 자기장 방출이 시변(time-varying) 자기장에 민감한 장치에 일으킬 수 있는 영향을 줄이기 위한 방법에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 디지털 셀룰러 전화기의 간단한 블록도.

도 2는 송신에 대한 주요 출력 흐름의 간단한 블록도.

도 3은 송신 출력 회로의 전류 레벨을 시간상으로 나타낸 도표.

도 4는 자기장 상쇄 루프를 추가한 도 2의 블록도.

본 발명은, 새로운 접근법을 이용하여 디지털 무선 전화기로부터의 자기장 방출이 시변 자기장에 민감한 장치에 일으킬 수 있는 영향을 줄이기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 배터리-송신기 회로를 통해 흐르는 전류에 의해 발생된 고유의 자기장을 감소시키는 대신에, 평활(smoothing) 커패시터(capacitor)를 추가하여 자기장의 변화를 평활화하고, 배터리 가까이에 있는 자기장 상쇄 루프가 카운터-평형(balancing) 자기장을 발생시킨다. TDMA 시간 프레임보다 훨씬 긴 시상수를 갖는 상기 평활 커패시터가 송신기와 병렬로 연결된다. 상기 자기장 상쇄 루프는 송신기와 직렬로 연결되어, 전류가 배터리를 통해 흐르는 경로로부터 거의 반대편 경로, 그러나 대체로 평행면으로 전류가 흐르도록 한다. 자기장 상쇄 루프를 통해 흐르는 전류는, 배터리를 통해 흐르는 전류에 의해 발생된 자기장과 거의 같은 축이며 반대 극성을 갖는 자기장을 발생시킨다. 따라서, 상기 자기장 상쇄 루프의 자기장은, 전화기 외부의 시변 자기장의 실제 크기를 감소시키는 결과를 초래하여, 상기 배터리 자기장을 최소한 부분적으로라도 상쇄시킨다.

도면들을 참조하여 보면, 일반적인 디지털 셀룰러 전화기(10)의 간단한 블록도가 도 1에 도시되어 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 상기 셀룰러 전화기(10)는 유럽 GSM 시스템과, 미국 IS54 시스템, 및/또는 일본 PDC 시스템 등과 같은 TDMA 셀룰러 시스템에서 작동하는 유형이다. 상기 디지털 셀룰러 전화기(10)는, 통상적인 방식으로 상이한 타임 슬롯동안 기지국으로부터 신호를 수신하고 상기 기지국으로 신호를 송신하는 타임-듀플렉스(time-duplex) 전화기이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 디지털 셀룰러 전화기(10)는 일반적으로 안테나(12), 수화기(14), 송화기(16), 키보드(18), 표시장치(20), 컨트롤러(22), 수신기(24), 송신기, 송/수신 스위치(28), 그리고 배터리 팩(30)을 포함한다. 이러한 부품들의 구조 및 작동은 선행 기술분야에 잘 알려져 있어, 본 발명을 이해하는데는 중요하지 않다.

디지털 전화기 배터리 팩(30)은 전기적으로 직렬로 배열된 복수의 각기 다른 배터리 셀들(도 2를 살펴보라)로 이루어지는 것이 일반적이다. 간단히 말하면, 다섯 개의 셀들(41, 42, 43, 44, 45)이 도 2에 나타나있지만, 어떤 수 든지 실제로 이용될 수가 있다. 상기 배터리 팩(30)은 음전극(34)과 양전극(32) 두 가지 모두를 갖는다. 이 외에도, 각각의 배터리 셀은 음전극(41a, 42a, 43a, 44a, 45a)과 양전극(41b, 42b, 43b, 44b, 45b)을 갖는다. 실제로, 한 셀의 양전극은 다음 셀의 음전극과 전기적으로 연결된다. 따라서, 도 2의 5개의 배터리 팩(30)을 통한 전류 경로는, 배터리 음전극(34)에서부터 제1배터리 셀의 음전극(41a)으로, 제1배터리 셀(41)을 통과하여, 제1배터리 셀의 양전극(41b), 제2배터리 셀의 음전극(42a)으로, 제2배터리 셀(42)을 통과하여 제2배터리 셀의 양전극(42b), 제3배터리 셀의 음전극(43a)으로 등등, 마지막 배터리 셀의 양전극(45b)과, 그 다음으로 상기 배터리 팩의 양전극(32)까지로 정해진다.

많은 셀룰러 전화기에 있어서, 상기 배터리 팩(30)은 상기 셀룰러 전화기(10)의 전체 물리적인 크기의 상당한 부분을 차지한다. 마찬가지로, 배터리 팩(30)을 통한 회선 경로는 상기 셀룰러 전화기(10)의 전체 물리적 크기의 상당한 부분을 차지한다.

명확히 하기 위해, 상기 송신기 출력 회로를 분리하여 도 2에 도시한다. 상기 송신기 출력 회로(50)는 양의 회선 경로(52)와 음의 회선 경로(54)로 서로 연결되어 있는 배터리 팩(30)과 송신기(26)를 포함한다. 송신하는 동안, 전류는 배터리 팩(30)에서부터 양의 회선 경로(52)를 거쳐 송신기(26)로 흘러 음의 회선 경로(54)를 거쳐 되돌아온다. 그러므로, 배터리 팩(30)과 양의 회선 경로(52)와 송신기와, 그리고 음의 회선 경로(54) 사이에 전기적인 회로 루프가 발생된다.

전류가 루프 형식의 전기적 회로를 통해 흐르면, 자기장이 발생한다. 자기장은 전류가 흐르는 방향과 오른손 법칙을 적용하여 결정되는 극성을 가지며 상기 루프에 수직 방향에 있다. 따라서, 그와 같은 회로 루프는 루프를 통해 흐르는 전류의 방향에 의존하는 두 개의 자기장 중 하나를 발생시킬 수 있다. 이 외에도, 한 회로가 다른 회로에 겹쳐있을 때와 같이, 축 방향으로 정열되어 물리적으로 평행한 방향으로 배치된 두 개의 동일한 회로들은, 두 회로들에 반대 방향으로 전류를 흐르게 함으로써 서로간의 자기장을 상쇄시킬 수가 있다.

회로를 통해 흐르는 전류가 주어진 주파수로 변화하면, 그에 상응하는 자기장도 마찬가지로 변할 것이다. 상기 전류가 여러 주파수로 이루어지면, 이들 주파수가 상기 자기장내에 나타날 것이다. 따라서, 많은 고조파를 수반하는 전류 프로파일(profile)을 가지는 전류는, 많은 고조파를 갖는 복잡한 자기장을 발생시킬 것이다.

디지털 셀룰러 전화기에 있어서, 송신 동안에 비교적 높은 전류 레벨이 송신기 출력회로(50)를 통해 흐르지만, 수신 동안에는 매우 낮은 전류 레벨(때로는 0일 수도 있음)이 동일한 회로(50)를 통해 흐른다. 일반적인 송신기 출력회로(50)에 대한 전류 레벨의 시변 특성이 도 3에 도시되어 있다. 송신 모드에 있는 동안, 즉 t₁에서 t₂동안, 전류 레벨은 하이(high)이다. 수신, 또는 비-송신 모드에 있는 동안, 즉 t₂에서 t₃동안, 전류 레벨은 로우(low)이거나 0이다. 도시한 바와 같이, 송신기 출력회로(50)에서의 전체 전류레벨 프로파일은 구형파 특성을 갖는다. 이를 주파수 용어로 해석하면, 상기의 구형파 모양은 상기 전류레벨내에 수많은 고조파가 있음을 의미한다. 따라서, 상기 송신기 출력 회로(50)에서 전류의 뚜렷한 온/오프(on/off) 프로파일은, 많은 고조파를 갖는 복잡한 자기장을 발생시키는 경향이 있다.

본 발명의 방법에 따라서, 상기 송신기 출력회로(50)내에 송신기(26)와 병렬로 커패시터(60)를 추가함으로써, 발생된 자기장이 시변 자기장에 민감한 장치에 끼치는 영향을 줄일 수 있다. 도 2는, 배터리 팩(30)과 송신기(26) 사이의 송신기 출력 회로에 연결된 커패시터(60)를 나타낸다. 이러한 커패시터(60)의 효과는, 상기 출력회로를 두 영역으로 분할하여, 송신기 출력회로(50)의 적어도 일부에 대한 전류레벨 프로파일의 뚜렷한 온/오프 특성을 평활화시키는 것이다. 배터리 팩(30)과 커패시터(60)를 포함하는 일부 송신기 출력회로(50)에 의해 얻어진 전류레벨이 도 3에 점선으로 나타나 있다. 상기 회로(50)의 다른 부분의 전류레벨은 실선으로 나타나 있다. 분명히 설명한 바와 같이, 커패시터(60)를 추가함으로써 뚜렷한 온/오프 프로파일의 적어도 일부를 평활화시킨다. 이러한 평활화는 자기장내에서 중요한 고조파의 발생을 줄일 수 있게 한다. 사용하는 커패시터(60)는 평활회로의 시상수가 TDMA 타임 슬롯 주기보다 더 길도록 정격을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 그 다음의 송신 타임 슬롯 전에 상기 전류 레벨이 어느 정도로만 떨어질 것이다.

시변 자기장에 민감한 장치에 끼치는 영향을 줄이기 위한 본 발명의 또 다른 접근법은, 배터리 팩(30)위에 자기장-상쇄 루프를 이용하는 것이다. 도 4는 이러한 접근법의 바람직한 실시예를 나타낸다. 이러한 접근법에 있어서, 자기장 상쇄 루프(70)는 마지막 배터리 셀(45)의 양전극(45b)과 배터리 팩의 양전극(32) 사이의 전기적 경로에 삽입된다. 이러한 자기장 상쇄 루프(70)는 배터리 팩의 배터리 셀들을 통하는 전류 경로와 반대의 물리적인 경로를 따른다. 확실히, 이러한 자기장-상쇄 루프(70)는 배터리 셀들(41, 42, 43, 44, 45)을 통해 지나가지는 않는다. 대신에, 바람직한 실시예에 있어서 상기의 자기장-상쇄 루프(70)는, 상기의 자기장-상쇄 루프가 배터리 셀들을 통과하는 전류경로와 같은 축이되도록, 배터리 팩(30)의 배터리 셀들(41, 42, 43, 44, 45)을 덮고있는 플렉시블(flexible) 면에 포함된다. 이러한 자기장-상쇄 루프가 배터리 팩의 보호 셸(shell)의 내부에 있는 것이 바람직하지만, 기계적인 패키징(packaging)에 대한 특수한 설명은 본 발명을 이해하는데 있어 중요하지가 않다.

배터리 셀들(41, 42, 43, 44, 45)에 평행한 면에 이러한 자기장-상쇄 루프(70)를 포함시키는 것은, 각각의 배터리 셀들을 통해 흐르는 전류에 의해 발생된 자기장이 자기장-상쇄 루프(70)를 통해 흐르는 동일한 전류에 의해 발생된 자기장에 의해 모두 또는 일부 상쇄되도록 한다. 상기의 자기장-상쇄 루프(70)에 의해 발생된 자기장이 배터리 셀들(41, 42, 43, 44, 45)을 통해 흐르는 전류에 의해 발생된 자기장과 반대 극성이기 때문에, 상기 두 개의 자기장은 서로 이상적으로 상쇄된다. 실제적으로, 상기의 상쇄는 많은 변수들로 인해 완벽하지는 않지만, 자기장 세기에 있어서 거의 10 dB 정도의 감소가 이루어진다.

본 발명의 바람직한 실시예는 자기장-상쇄 루프(70)와 평활 커패시터(60)를 모두 포함한다. 이러한 실시예의 한 예가, 직렬로 연결된 5개의 1.5V 배터리 셀과, 1000 ㎌ 의 평활 커패시터(60), 그리고 배터리 팩 케이싱(casing) 내부의 얇고 구부리기 쉬운 플라스틱 면에서 도 4에 나타난 단일선 형태의 자기장 상쇄 루프(70)를 이용하여 제품화되고 있다.

전술한 것으로 미루어보아 , 본 발명이 디지털 셀룰러 전화기의 자기장을 감소시키는 방법을 제공한다는 것이 명백하다. 이러한 방법은 특히, 상기의 전화기 작동이 보청기와 같은 시변 자기장에 민감한 장치들 근처에 일으킬 수 있는 부정적인 영향을 줄이는데 유용하다.

앞의 설명은, 디지털 무선 전화기들과 보청기에 미치는 상기 전화기들의 영향에 본 발명을 적용하는 것에 초점을 맞추고 있다. 그러나, 본 발명은 매우 다양한 무선 전화기들 및 상기 전화기들이 시변 자기장에 민감한 그 밖의 장치들에 미치는 영향에도 적용이 가능하며, 그리고 그러한 적용은 본 발명의 범위에 포함된다는 것을 알아두어야 한다.

물론, 본 발명의 취지와 기본 특성을 벗어나지 않고, 여기에 설명한 것과 다른 특정 방법으로 본 발명을 실행할 수도 있다. 그러므로, 본 발명의 실시예는 모든 점에서, 제한적인 것이 아니라 설명적인 것으로 그리고, 덧붙인 특허 청구 범위의 의미와 해당 범위에 수반되는 모든 변화를 본 발명에 포함시키고자 하는 것으로 여겨진다.

Claims (17)

1. 송신기와 양전극과 음전극을 갖는 배터리를 포함하는 무선 전화기의 자기장 방출을 완화시키기 위한 방법에 있어서, 상기 배터리의 상기 음전극과 상기 양전극 사이에 상기 송신기와 병렬로 평활 커패시터를 전기적으로 연결시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전화기의 자기장 방출을 완화하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 무선 전화기는 TDMA 시간 프레임에서의 타임 슬롯동안 송신하며, 상기 커패시터는 상기 TDMA 시간 프레임보다 훨씬 더 큰 시상수를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 양전극과 음전극을 갖는 배터리를 포함하는 무선 전화기의 자기장 방출을 완화시키기 위한 방법에 있어서, 배터리 전류에 의해 발생된 자기장을 최소한 부분적으로라도 상쇄시키기 위해, 상기 배터리를 통해 흐르는 전류에 의해 발생된 자기장과 거의 동축이며 반대 극성인 자기장을 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전화기의 자기장 방출을 완화하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 발생 단계는 상기 배터리를 통해 흐르는 상기 전류 경로와 거의 반대 경로이지만 다른 면으로 전류가 흐르게 하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 배터리가 복수의 배터리 셀들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제3항에 있어서, 상기 무선 전화기는 상기 배터리에 연결된 송신기를 포함하며, 평활 커패시터를 상기 음전극과 상기 양전극 사이에 상기 송신기와는 병렬로 전기적으로 연결시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 무선 전화기는 TDMA 시간 프레임에서의 타임 슬롯 동안 송신하고, 상기 커패시터는 상기 TDMA 시간 프레임보다 훨씬 더 큰 시상수를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제3항에 있어서, 상기 무선 전화기가 디지털 셀룰러 전화기인 것을 특징으로 하는 방법.
9. 송신기와 양전극과 음전극을 갖는 배터리를 포함하는 무선 전화기로부터 방출되는 자기장을 완화시키기 위한 방법에 있어서,

   a) 상기 배터리에 평행한 면에 자기장 상쇄 루프를 형성하는 단계와; 그리고

   b) 송신기가 활성화되면 상기 배터리를 통해 흐르는 전류와 반대 방향으로 상기 자기장 상쇄 루프를 통해 전류를 흐르게 하기 위해서, 상기 양전극과 상기 송신기에 직렬로 상기 자기장 상쇄 루프를 전기적으로 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 자기장 상쇄 루프의 전류 경로가 상기 배터리의 전류 경로와 반대 방향인 것을 특징으로 하는 방법.
11. 송신기와 양전극과 음전극을 갖는 배터리를 포함하는 상기 셀룰러 전화기의 자기장 방출을 완화시키기 위한 방법에 있어서,

    a) 배터리를 통해 전류가 흐르는 경로와 반대이지만 다른 면에서 전류를 흐르게 함으로써; 상기 배터리를 통해 흐르는 전류에 의해 발생된 자기장과 거의 동축이며 반대 극성인 자기장을 발생시키는 단계와;

    b) 상기 송신기를 상기 배터리에 전기적으로 연결시키는 단계와; 그리고

    c) 상기 송신기와 병렬로 상기 음전극과 상기 양전극 사이에 평활 커패시터를 전기적으로 연결시키는 단계를 포함하고,

    상기 전화기가 TDMA 시간 프레임에서의 타임 슬롯동안 송신하고, 상기 커패시터는 상기 TDMA 시간 프레임보다 훨씬 더 큰 시상수를 가지며, 상기 배터리가 복수의 배터리 셀들을 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 셀룰러 전화기의 자기장 방출을 완화하는 방법.
12. a) 배터리와;

    b) 양의 전류경로와 음의 전류경로를 거쳐 상기 배터리에 전기적으로 연결된 송신기와; 그리고

    c) 상기 양의 전류경로와 상기 음의 전류경로에 상기 송신기와는 병렬로 전기적으로 연결된 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전화기.
13. 제12항에 있어서, 상기 무선 전화기가 TDMA 시간 프레임에서의 타임 슬롯에서 송신하고, 상기 커패시터는 TDMA 시간 프레임보다 훨씬 더 큰 시상수를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
14. 제12항에 있어서, 상기 배터리가 복수의 배터리 셀들을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
15. a) 배터리와;

    b) 양의 전류경로와 음의 전류경로를 통해 상기 배터리에 전기적으로 연결된 송신기와; 그리고

    c) 상기 배터리를 통해 흐르는 전류에 의해 발생된 자기장과 거의 동축이며 반대 극성인 자기장을 발생시키도록, 전기적으로 상기 배터리와 상기 음의 전류경로 사이에 직렬로 연결되어 배치된 자기장 상쇄 루프를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전화기.
16. 제15항에 있어서, 상기 송신기와는 병렬로 상기 양의 전류경로와 상기 음의 전류경로에 전기적으로 연결된 평활 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
17. a) 배터리와;

    b) 양의 전류경로와 음의 전류경로를 통해 상기 배터리에 전기적으로 연결된 송신기와;

    c) 전기적으로 상기 배터리와 상기 양의 전류경로 사이에 직렬로 연결된 자기장 상쇄 루프와; 그리고

    d) 상기 송신기와는 병렬로 상기 양의 전류경로와 상기 음의 전류경로에 전기적으로 연결되고, 상기 TDMA 시간 프레임보다 훨씬 더 큰 시상수를 갖는 커패시터를 구비하는 것을 특징으로 하는 TDMA 시간 프레임 환경에서 작동하기 위한 무선 전화기.