KR20010088044A

KR20010088044A - 위성 이동통신단말기의 안테나 장치

Info

Publication number: KR20010088044A
Application number: KR1020000012037A
Authority: KR
Inventors: 김태희
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2001-09-26

Abstract

본 발명은 위성 이동통신단말기의 안테나장치에 관한 것으로, 특히, 보다 향상된 수신감도 및 잡음지수를 가지도록 하는 위성 이동통신단말기의 안테나 장치에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 안테나를 통해 송수신 되는 신호의 전달 경로를 분리하는 듀플렉서와, 수신되는 신호의 잡음비율을 낮추고 일정 대역 선택을 수행하는 저잡음 증폭기를 실장하며, 안테나 케이블로서 상기 이동통신단말기 본체와 송수신신호 및 동작 전원의 공급을 행하며, 상기 안테나 몸체의 일측 적소로 내장되어 상기 안테나와 접속되는 인쇄회로기판을 별도로 구비함을 특징으로 한다.

Description

위성 이동통신단말기의 안테나 장치{ACTIVE ANTENNA APPARATUS OF SATELITE PORTABLE PHONE}

본 발명은 위성 이동통신단말기의 안테나장치에 관한 것으로, 특히, 보다 향상된 수신감도 및 잡음지수를 가지도록 하는 위성 이동통신단말기의 안테나 장치에관한 것이다.

첨부된 도 1은 종래 널리 사용되는 형태의 위성 이동 통신단말기의 내부 구성으로, 특히, 안테나 부분 및 신호처리 부분에 있어서의 내부 구성을 보여주는 도면이다. 이는 단말기 본체(100) 내부로 삽입 및 돌출하도록 구성된 위성 안테나(130)와, 상기 안테나(130)를 본체의 신호 처리부로 연결시키는 안테나 케이블(126)과, 신호의 송수신 경로를 분리하는 듀플렉서(124), 수신 신호를 증폭하는 저잡음증폭기(122), 이를 처리하는 수신부(120), 그리고 송신되는 신호의 처리를 이루는 송신부(110)로 구성된다. 이러한 형태의 구성은, 즉 본체(100) 내부에 있어서신호 처리부가 구성되는 경우는 위성 이동통신단말기 뿐만 아니라 통상의 이동통신단말기에 있어서도 동일하다.

한편, 앞서 설명한 바와 같은 구성을 갖는, 위성 이동통신단말기의 경우 지상 이동통신시스템(PLMN)에 비해 수신감도 레벨과 수신신호 처리부의 잡음지수가 낮아 상대적으로 성능 구현에 여러 어려움이 있게 된다. 특히, 안테나와 단말기 본체를 연결하는 안테나 케이블에 따른 손실과, 단말기의 신호처리에 있어 필히 구비될 수밖에 없는 듀플렉서의 삽입 손실, 그리고 신호의 수신 처리에 있어 필히 구비되는 저잡음증폭기의 경우 그 잡음 지수가 외부 온도의 영향으로도 전체 잡음 지수에 영향을 주게 되며, 만일 외부 상황이나 내부의 매칭 손실에 의해 각 구성부들의 잡음지수 설계치가 초과되었을 경우, 단말기 자체의 수신감도를 만족시키지 못하는 문제까지도 낳게 된다.

결국, 위성 이동통신단말기의 경우, 신호의 수신처리를 위한 구성에 있어 앞서 말한 바와 같은 듀플렉서(124), 저잡음증폭기(122) 들은 수신 처리단 전체의 잡음지수에 결정적인 요인으로 작용하는데, 종래에 있어서는 이들을 위성 안테나(130)와 연결 할시 위성 안테나 케이블(126)의 후단으로 배치하도록 하여 설계함으로서, 안테나 케이블의 손실만큼의 잡음 지수가 저하되는 문제를 내포할 수밖에 없었다. 특히 보다 신호처리에 있어 잡음지수의 영향이 큰 위성 이동통신단말기에 있어서 그러한 문제는 제품의 신뢰성 문제까지도 나타나도록 한다.

따라서 본 발명의 목적은, 보다 향상된 수신감도 및 잡음지수를 가지도록 하는 위성 이동통신단말기의 안테나 장치를 구현함에 있다.

보다 구체적으로는, 본 발명의 경우 위성 안테나와 신호의 수신 및 송신 처리부가 안테나 케이블로서 연결됨으로서 발생되는 안테나 케이블의 손실에 따른 잡음지수의 저하 문제를 해소하는 위성 이동통신단말기의 안테나 장치를 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 듀플렉서, 저잡음증폭기 등의 신호처리 부분을 별도의 인쇄회로기판으로 실장시키고, 별도의 안테나 케이블 없이 상기 인쇄회로기판을 위성 안테나와 직접적으로 접속 시키도록 구현하여, 신호의 수신 처리에 따른 잡음지수를 보다 향상시키도록 하며, 아울러, 더 나은 수신감도와 외부의 환경에 의해 야기되는 잡음지수의 변화량에 대한 마진을 확보하도록 하는 위성 이동통신단말기의 안테나 장치를 제안한다.

도 1은 종래 기술에 따른 위성 이동통신단말기에 있어서의 안테나 장치 구현 상태를 보여주는 도면.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 위성 이동통신단말기에 있어서의 안테나 장치 구현상태를 보여주는 도면.

도 3은 본 발명에 따른 위성 이동통신단말기의 안테나 장치의 내부 블록 구성도.

도 4는 본 발명의 실시에 따라 구현되는 안테나 삽입형 인쇄회로기판의 구성들 실장 상태를 보여주는 도면.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한 하기 설명에서는 구체적인 회로의 구성 소자 등과 같은 많은 특정(特定) 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 위성 이동통신단말기에 있어서의 안테나 장치 구현상태를 보여주는 도면이다. 도시된 상태로서 크게 알 수 있는 사실은 본 발명에 따른 안테나 장치의 경우, 무선신호의 수신처리를 행하는 일부분의 구성이 단말기 본체(200)와 별도로 구비되는 인쇄회로기판(225)으로 실장 되고, 상기 인쇄회로기판(225)은 위성 안테나(230) 내부 홀로 삽입 설치된다는 점이다. 이는 통상 위성 안테나의 경우 원통형으로 구현됨에 가능한 것으로, 그 원통의 내부 홀 하단 적소로 상기 인쇄회로기판(225)의 실장이 이루어진다. 그리고 상기 인쇄회로기판(225)의 경우 안테나 케이블(226)을 통해 본체의 수신부(220) 및송신부(210)와 연결된다.

도 3은 바로 상기 인쇄회로기판에 있어 구성되는 본 발명에 따른 위성 이동통신단말기의 안테나 장치의 내부 블록 구성도가 된다.

이를 참조하면, 매칭회로(310)는 안테나로부터 인가되는 신호가 단말기에 있어서 적절히 처리되도록 신호의 매칭을 이루도록 한다. 이는 임피던스 매칭을 통해 이루어진다. 통상은 50 Ohm으로서 매칭 된다. 수신되어 상기 매칭회로(310)에서 매칭된 신호는 수신(Rx)공진기(320)로 인가된다. 그리고 송신되는 신호의 경우 송신(Tx)공진기(330)로 인가되고, 이는 다시 상기 매칭회로(310)로 인가되어 신호의 송신에 적절하도록 신호의 매칭이 이루어진다. 상기 수신 공진기(320)와 송신 공진기(330)로서 앞서 설명한 듀플렉서의 구현이 이루어진다. 즉, 듀플렉서는 송신 및 수신 공진기(320, 330)로 구현되는 것이다. 상기 수신 공진기(320)를 통한 신호는 저잡음증폭기(340)로 인가되고, 상기 저잡음증폭기(340)에 의해 수신신호의 잡음비율이 일정 정도 낮아짐과 동시에 요구되는 수신대역의 선택이 이루어진다. 상기 저잡음증폭기(340)의 동작을 통해 수신감도의 증대가 이루어진다. 상기 저잡음증폭기(340)를 통해 잡음비율이 낮아지고 일정 대역에 한해서 선택된 수신 신호는 수신(Rx)커넥터(350)에 연결된 안테나 케이블을 통해 단말기 본체의 수신부로 전달된다. 한편 송신 신호는 단말기 본체로부터 발생되어 안테나케이블을 통해 송신(Tx)커넥터(355)로 전달되고, 이는 송신 공진기(330)로 인가된 후 매칭회로(310)에서 매칭되어 안테나를 통해 방사된다. 그리고 상기 저잡음 증폭기의 동작 전원은 상기 수신 커넥터(350)를 통해 단말기 본체로부터 절달 받는다. 상기 도 3에 있어서의 캐패시터 및 인덕턴스는 바로 인가되는 전원이 상기 저잡음증폭기에 전달되도록 하는 구성이다.

도 4는 본 발명의 실시에 따라 구현되는 안테나 삽입형 인쇄회로기판의 구성들 실장 상태를 보여주는 도면으로, 상기 도 3에 있어서 도시된 구성이 실제 인쇄회로기판 상에 부품상태로서 실장되는 상태를 보여주는 도면이다.

이를 참조하면, 별도의 인쇄회로기판 - 여기서 인쇄회로기판은 위성 안테나 홀 내부로 삽입될 수 있을 만큼의 크기로서 이루어진다. -에 앞서 설명한 매칭회로(310), 송신 및 수신 공진기(320, 330), 저잡음증폭기(340), 송신 및 수신 커넥터(350, 355), 안테나 커넥터가 부품형태로서 실장됨을 알 수 있다. 앞서 설명하였듯이 종래에 있어서 상기의 부품들은 단말기 본체에 실장되도록 되어 있었다.

앞서 설명한 바와 같은 본 발명의 경우, 안테나 다음단의 듀플렉서는 기존의 이동통신단말기에 있어서 사용되는 듀플렉서와 달리 매우 낮은 삽입손실을 갖도록 설계된다. 이는 송수신 신호의 경로를 분리하는 스위치의 역할을 한다. 그리고 상기 듀플렉서 다음단른 저잡음 증폭기가 구성되는데, 상기 저잡음 증폭기는 실시 상태에 따라 FET 또는 BJT로 설계된다. 상기 저잡음 증폭기에서 증폭된 신호는 수신 커넥터에 연결되는 안테나 케이블을 통해 단말기 본체로 전달된다.

한편, 본 발명의 실시에 따라 획득되는 전체 잡음지수를 하기의 형태로 계산해 볼 수 있다.

먼저, 안테나 케이블 삽입 손실을 0.6dB로 가정한다. 이러한 상태에서 상기 안테나 케이블이 종래 기술과 같이 안테나로부터 직접 연결되어 단말기 본체로 전달되는 경우의 잡음지수와, 본 발명의 실시에 따라 듀플렉서 및 저잡음 증폭기의 다음 단을 통해 단말기 본체와 연결되었을 경우의 잡음 지수를 각각 구분하여 하기 와 같이 계산할 수 있다.

먼저 신호 수신에 다른 수신부의 전체 잡음지수를 계산해보면,

전체 잡음지수

F_total= F1 + (F2-1)/G1 + (F3-1)/G1 + (F3-1)/G1G2

+ (F4-1)/G1G2G3 + .........(Fn-1)G1G2G3......Gn

이 된다.

이를 로그 스케일로 나타내면,

N.F = 10logF_total

이다.

여기서,

F_total; 전체 잡음지수

F1 ; 첫 번째 단의 잡음지수

F2 ; 두 번째 단의 잡음지수

F3 ; 세 번째 단의 잡음지수

F4 ; 네 번째 단의 잡음지수

Fn ; N번째 단의 잡음 지수

G1 ; 첫 번째 단의 전력이득

G2 ; 두 번째 단의 전력이득

G3 ; 세 번째 단의 전력이득

Gn ; n 번째 단의 전력 이득

이다.

한편 본 발명의 적용이 이루어지는, 위성 이동통신단말기에 있어서,

안테나 케이블 손실 ; 0.6dB

듀플렉서 삽입손실 ; 0.6dB

저잡음증폭기 잡음지수 ; 0.8dB

저잡음증폭기 전력이득 ; 22dB

RF 필터 삽입손실 ; 5dB

이라 가정하고,

안테나 케이블을 안테나 다음 단에 연결하였을 경우(종래 기술)와 안테나 케이블을 저잡음증폭기 다음단에 연결 하였을 경우(본 발명) 상기 식에 의해 다음과 같은 전체 잡음 지수의 차이가 발생함을 알 수 있다.

먼저, 안테나 케이블을 안테나 다음 단에 연결하였을 경우(종래 기술),

F_total= 10^(0.6/10)+ {(10^(0.6/10)-1)/10^(-0.6/10)}

+ {(10^(0.8/10)-1)/(10^(-0.6/10)* 10^(-0.6/10))}

+{10^(5/10)-1)/(10^(-0.6/10)* 10^(-0.6/10)* 10^(22/10))} = 1.6

N.F_total= 10log(F_{total) =}2.04dB

이 된다.

반면, 안테나 케이블을 저잡음증폭기 다음단에 연결하였을 경우(본 발명),

F_total= 10^(0.6/10)+ {(10^(0.6/10)-1)/10^(-0.6/10)}

+ {(10^(0.6/10)-1)/(10^(-0.6/10)* 10^(22/10))}

+{10^(5/10)-1)/(10^(-0.6/10)* 10^(22/10)* 10^(-0.6/10))} = 1.399

N.F_total= 10log(F_{total) =}1.46dB

이 된다.

결국, 본 발명의 실시에 따라 종래 기술에 따른 전체 잡음지수 보다 약 0.58dB의 이득이 발생함을 알 수 있다.

이러한 이득은, 본 발명의 적용되는 위성 이동통신단말기의 링크 버짓에서 요구되는 전체 수신기 잡음지수가 2.36dB임을 고려할 때 상당히 향상된 이득이 됨을 알 수 있다. 그리고 그러한 이득의 차이로서 위성 이동통신단말기의 성능 향상이 결정적으로 이루어질 수 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. 그리고, 도 3에 도시된 구체적 회로도는 본 발명의 구체적 실시를 보여주는 것일 뿐, 상기 도면상에 도시되지 않은 동일 기능 수행을 이루는 다른 소자 및 장치들로 대체되어 사용될 수가 있다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 위성 이동통신단말기에 있어서 전체 잡음지수를 줄이도록 하는 효과가 발생되며, 이로 인하여 온도나 기타 외부 환경의 변화에 의해 발생되는 수신감도의 저하를 어느 정도 보상할 수 있는 수신부 전체의 잡음지수 마진을 확보하는 이점이 있도록 한다.

Claims

위성 이동통신단말기의 안테나 장치에 있어서,

안테나를 통해 송수신 되는 신호의 전달 경로를 분리하는 듀플렉서와, 수신되는 신호의 잡음비율을 낮추고 일정 대역 선택을 수행하는 저잡음 증폭기를 실장하며, 안테나 케이블로서 상기 이동통신단말기 본체와 송수신신호 및 동작 전원의 공급을 행하며, 상기 안테나 몸체의 일측 적소로 내장되어 상기 안테나와 접속되는 인쇄회로기판을 별도로 구비함을 특징으로 하는 위성 이동통신단말기의 안테나 장치.
위성 이동통신단말기의 안테나장치에 있어서,

안테나를 연결하는 안테나 커넥터와, 송수신되는 신호의 듀플렉싱을 수행하는 송신 및 수신 유전체 공진기와, 상기 수신 유전체 공진기에서 출력되는 신호를 증폭하여 출력하는 저잡음증폭기와, 상기 저잡음 증폭기의 출력을 단말기 본체로 전달하고 상기 저잡음증폭기의 동작 전원의 공급을 받는 수신 커넥터와 상기 단말기 본체에서 출력되는 신호를 상기 송신 유전체 공진기로 전달하는 송신 커넥터와, 상기 안테나와 상기 송신 및 수신 유전체 공진기 간의 신호 매칭을 수행하는 매칭회로를 실장하고 있으며,

상기 위성 이동통신단말기 본체와 분리되어 위성 안테나 몸체 홀 내부로 삽입되는 안테나 인쇄회로기판과;

상기 인쇄회로기판의 송/수신 커넥터와 상기 단말기 본체의 신호 처리부의 신호 경로 및 동작 전원 공급 경로를 연결하는 케이블로 이루어짐을 특징으로 하는 위성 이동통신단말기의 안테나 장치.