KR20020050763A - Active antenna of mobile phone by using microstrip patch - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 IS-95C 및 차세대 IMT-2000 단말기의 능동안테나에 관한 것으로, 특히 능동안테나를 단말기 내부에 장착하여 콜 드롭(Call Drop)을 보상하고 차세대 단말기의 데이터 레이트(Data Rate)의 증가에 따른 이득(Gain)의 보상과 노이즈 제거 특성을 향상시켜 단말기의 성능을 개선하기에 적당하도록 한 마이크로스트립 패치를 이용한 능동안테나에 관한 것이다.The present invention relates to an active antenna of an IS-95C and a next generation IMT-2000 terminal, in particular, an active antenna is mounted inside the terminal to compensate for a call drop and to increase the data rate of the next generation terminal. The present invention relates to an active antenna using a microstrip patch, which is suitable for improving gain compensation and noise canceling characteristics, thereby improving performance of a terminal.
일반적으로 이동통신 시스템은, 사람, 자동차, 선박, 열차, 항공기 등 이동체를 대상으로 하는 통신 시스템으로, 이에는 이동전화(휴대전화, 차량전화), 항만전화, 항공기전화, 이동공중전화(열차, 유람선, 고속버스 등에 설치), 무선호출, 무선전화, 위성이동통신, 아마추어무선, 어업무선 등이 포함된다.In general, a mobile communication system is a communication system for a mobile device such as a person, a car, a ship, a train, an aircraft, and includes a mobile phone (mobile phone, a vehicle phone), a port phone, an aircraft phone, a mobile public phone (train, Cruise ships, express buses, etc.), radio calling, radiotelephony, satellite mobile communication, amateur radio, fishing service.
이러한 이동통신에는 아날로그 방식을 사용하는 AMPS(Advanced Mobile Phone Service) 시스템, 디지털 방식을 사용하는 CDMA(Code Division Multiple Access, 부호 분할 다원 접속) 및 TDMA(Time Division Multiple Access, 시분할 다원 접속) 시스템, FDMA(Frequency Division Multiple Access, 주파수 분할 다원 접속) 시스템 등이 있고, PCS(Personal Communication System, 개인휴대통신)와 IMT-2000(International Mobile Telecommunication in the year 2000, 범세계 이동통신) 등의 시스템이 사용되고 있다.These mobile communications include the Advanced Mobile Phone Service (AMPS) system using analog methods, Code Division Multiple Access (CDMA) and Time Division Multiple Access (TDMA) systems, and FDMA using digital methods. (Frequency Division Multiple Access) systems, and systems such as PCS (Personal Communication System) and IMT-2000 (International Mobile Telecommunication in the year 2000) are used. .
일반적인 이동통신 시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, AMPS 시스템의 서비스와 CDMA 시스템의 서비스를 선택적으로 또는 동시에 지원하여 가입자가 이동통신망을 통해 통신을 할 수 있도록 하는 단말장치인 단말기(10)와, 상기 단말기(10)와 함께 무선구간에서 IS-95에 정의된 프로토콜을 이용하여 통신을 수행하는 기지국(20)과, 상기 기지국(20)과 연결되고, 무선링크 및 유선링크를 제어하며, 가입자가 이동 중에도 통화의 지속성을 유지시키기 위한 핸드오프 기능을 수행하는 제어국(30)과, 상기 제어국(30)과 연결되고, 가입자의 통화로를 구성하고 타통신망과의 접속을 수행하는 교환기(40) 등으로 이루어진다.The general mobile communication system, as shown in Figure 1, and the terminal 10, which is a terminal device that allows the subscriber to communicate through the mobile communication network by selectively or simultaneously supporting the service of the AMPS system and the service of the CDMA system; The base station 20 performs communication using the protocol defined in IS-95 in the wireless section together with the terminal 10, and is connected to the base station 20, and controls a wireless link and a wired link. The control station 30 performs a handoff function for maintaining the continuity of the call even while moving, and the switch is connected to the control station 30 to configure a subscriber's call path and perform a connection with another communication network. 40).
그래서 기지국(20)과 제어국(30) 및 교환기(40)를 통해 단말기(10)의 통화를 실현하게 된다.Thus, the base station 20, the control station 30 and the switch 40 to realize the call of the terminal 10.
이러한 이동통신 시스템에 사용되는 단말기(10)는 패시브 안테나(Passive Antenna)와 듀플렉서 사이의 매칭 회로(Matching Circuit)로 구성되어 있다.The terminal 10 used in the mobile communication system is composed of a matching circuit between a passive antenna and a duplexer.
도 2 는 종래 이동통신 단말기의 안테나의 블록구성도이다.2 is a block diagram of an antenna of a conventional mobile communication terminal.
그래서 종래의 PCS & 셀룰러에 장착하는 안테나는 안테나와 50오옴 매칭부(12)로 구성되어 있으며, 현재 사용되고 있는 안테나의 대부분은 나선형 안테나(Helical Antenna)와 휩(Whip)이 혼합된 형태를 사용하고 있다.Therefore, the antenna mounted on the conventional PCS & cellular is composed of an antenna and a 50 ohm matching unit 12, and most of the antennas currently used use a form of a mixture of a spiral antenna and a whip. have.
이런 형태의 안테나로 아주 미약한 신호(-106dBm)가 유입될 경우에 있어서, 안테나 자체가 패시브(Passive)이고 나선형 안테나(Helical Ant.)인 경우 RF 전류가 케이스에 흐르면 사용자의 손에 의해 흡수되는 약 -3dB 정도의 이득 손실을 가져오게 된다. 이에 따라 호(Call)가 끊어지게 되고, 설령 호가 걸린다 하더라도 바로 콜 드롭(Call drop)이 발생하는 경우가 생기게 된다.When a very weak signal (-106dBm) is introduced into this type of antenna, when the antenna itself is passive and a spiral antenna (Helical Ant), RF current is absorbed by the user's hand when flowing into the case. The gain loss is about -3dB. Accordingly, the call is disconnected, and even if a call is made, a call drop occurs immediately.
그래서 종래의 안테나를 사용하여 통신을 하고자 할 때는 많은 기지국을 설치하여 전력 제어를 수시로 해야 한다.So, if you want to communicate using a conventional antenna, you should install a lot of base stations to control power from time to time.
종래 PCS & 셀룰러에 장착하는 안테나는 패시브(Passive) 소자이기 때문에 유입되는 전력의 손실이 있게 되면 단말기가 동작할 수 있도록 기지국은 더 높은 신호 레벨을 단말기에 보내야 한다.Since the antenna mounted on the conventional PCS & cellular is a passive device, the base station should send a higher signal level to the terminal so that the terminal can operate when there is a loss of incoming power.
그러나, 종래 기술에 의할 경우 파워 세이빙(Power Saving)이란 점에서 문제가 있고, 또한 통신 시간에 있어서의 지연 문제가 있게 된다.However, according to the prior art, there is a problem in terms of power saving and a delay in communication time.
또한 매칭 회로의 구현시 현실적으로 칩의 선택에 있어서 한계가 있기 때문에 완전한 매칭이란 있을 수 없다. 따라서 이론상으로 되어 있는 단말기의 최소 입력 레벨의 신호가 안테나로 유입될 경우 호가 불안정하게 되는 문제점이 있었다.In addition, since there is a limit in chip selection in the implementation of the matching circuit, there is no perfect matching. Therefore, there is a problem that the call becomes unstable when the signal of the minimum input level of the terminal is theoretically introduced into the antenna.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 능동안테나를 단말기 내부에 장착하여 콜 드롭을 보상하고 차세대 단말기의 데이터 레이트의 증가에 따른 이득의 보상과 노이즈 제거 특성을 향상시켜 단말기의 성능을 개선할 수 있는 마이크로스트립 패치를 이용한 능동안테나를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a conventional problem, and the performance of the terminal is improved by mounting an active antenna inside the terminal to compensate for the call drop and to improve the gain compensation and noise reduction characteristics according to the data rate of the next generation terminal. It is an object of the present invention to provide an active antenna using a microstrip patch that can be improved.
도 1 은 일반적인 이동통신 시스템의 블록구성도.1 is a block diagram of a general mobile communication system.
도 2 는 종래 이동통신 단말기의 안테나의 블록구성도.2 is a block diagram of an antenna of a conventional mobile communication terminal.
도 3 은 본 발명에 의한 마이크로스트립 패치를 이용한 능동안테나의 블록구성도.Figure 3 is a block diagram of an active antenna using a microstrip patch according to the present invention.
도 4 는 도 3 이 이동통신 단말기에 부착된 상태를 보인 블록구성도.4 is a block diagram illustrating a state in which FIG. 3 is attached to a mobile communication terminal.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
11 : 안테나12 : 매칭부11 antenna 12 matching unit
13 : 오옴부14 : RF부13: Ohm 14: RF
15 : 듀플렉서16 : LNA15 Duplexer 16: LNA
17 : RF 처리부18 : 믹서17: RF processing unit 18: mixer
19 : IF 처리부20 : 필터19: IF processing unit 20: filter
21 : 보코더60 : 능동안테나21: Vocoder 60: Active antenna
61 : 패치안테나 임피던스 62 : 능동안테나 게이트 임피던스61 patch antenna impedance 62 active antenna gate impedance
63 : 트랜지스터64 : 커패시터63 transistor: 64 capacitor
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 마이크로스트립 패치를 이용한이동통신 단말기의 능동안테나는 원하는 주파수대가 들어왔을 때 다른 주파수 성분은 방지하고 원하는 주파수대 성분만 받아들이는 패치안테나 임피던스와, 상기 안테나로부터 수신된 신호의 증폭레벨을 결정하기 위한 임피던스인 능동안테나 게이트 임피던스와, 상기 패치안테나 임피던스와 드레인 단자를 연결하고, 상기 능동안테나 게이트 임피던스와 게이트 단자를 연결하며, 그라운드와 소스 단자를 연결하여 주파수 성분을 증폭시키는 트랜지스터와, 상기 트랜지스터의 드레인 단자와 연결되어 DC 성분을 블록킹하고 RF 시그널을 통과시키는 커패시터를 포함하여 구성된 점에 그 특징이 있다.The active antenna of the mobile communication terminal using the microstrip patch according to the present invention for achieving the above object is a patch antenna impedance that prevents other frequency components and receives only a desired frequency band component when a desired frequency band is received, and received from the antenna. The active antenna gate impedance, which is an impedance for determining the amplification level of a signal, is connected to the patch antenna impedance and the drain terminal, the active antenna gate impedance is connected to the gate terminal, and the ground and source terminals are connected to amplify the frequency component. And a capacitor connected to the drain terminal of the transistor to block a DC component and pass an RF signal.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 의한 마이크로스트립 패치를 이용한 능동안테나의 블록구성도이고, 도 4는 도 3이 이동통신 단말기에 부착된 상태를 보인 블록구성도이다.3 is a block diagram of an active antenna using a microstrip patch according to the present invention, and FIG. 4 is a block diagram showing a state in which FIG. 3 is attached to a mobile communication terminal.
이에 도시된 바와 같이, 원하는 주파수대가 들어왔을 때 다른 주파수 성분은 방지하고 원하는 주파수대 성분만 받아들이는 패치안테나 임피던스(61)와, 안테나로부터 수신된 신호의 증폭레벨을 결정하기 위한 임피던스인 능동안테나 게이트 임피던스(62)와, 상기 패치안테나 임피던스와 드레인 단자를 연결하고, 상기 능동안테나 게이트 임피던스(62)와 게이트 단자를 연결하며, 그라운드와 소스 단자를 연결하여 주파수 성분을 증폭시키는 트랜지스터(63)와, 상기 트랜지스터(63)의 드레인 단자와 연결되어 DC(Direct Current, 직류) 성분을 블록킹하고 RF 시그널을 통과시키는 커패시터(64)를 포함하여 구성된다.As shown therein, the patch antenna impedance 61 prevents other frequency components when the desired frequency band is input and receives only the desired frequency band components, and the active antenna gate impedance which is an impedance for determining the amplification level of the signal received from the antenna. A transistor 63 connecting the patch antenna impedance and the drain terminal, the active antenna gate impedance 62 and the gate terminal, and a ground and a source terminal to amplify a frequency component; And a capacitor 64 connected to the drain terminal of the transistor 63 to block a direct current (DC) component and to pass an RF signal.
여기서 참조번호 11은 안테나이고, 16은 LNA(Low Noise Amplifier, 저잡음증폭부)이며, 17은 RF(Radio Frequency, 무선) 처리부이고, 18은 믹서이며, 19는 IF(Intermediate Frequency, 중간주파수) 처리부이고, 20은 BBA(BaseBand Analog pulse, 기저대 아날로그 펄스)인 필터이며, 21은 MSM(Mobile Station Modem)인 보코더이다.Here, reference numeral 11 is an antenna, 16 is a low noise amplifier (LNA), 17 is a radio frequency (RF) processor, 18 is a mixer, and 19 is an intermediate frequency (IF) processor. 20 is a BBA (BaseBand Analog pulse) filter and 21 is a MSM (Mobile Station Modem) vocoder.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 마이크로스트립 패치를 이용한 능동안테나의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the active antenna using a microstrip patch according to the present invention configured as described above in detail.
먼저 패치안테나의 제작은 다음과 같이 한다.First, the patch antenna is produced as follows.
PCS 또는 IMT-2000 주파수대의 마이크로스트립 패치안테나를 제작하기 위해서는 유전율이 놓은 기판을 사용하여 안테나 사이즈를 줄이고 베셀(Bessel) 함수 및 기타 여러 종류의 함수를 이용해서 해당 단말기의 패치안테나를 설계한다.In order to fabricate microstrip patch antennas in the PCS or IMT-2000 frequency bands, the antennas are reduced by using a dielectric constant substrate, and the patch antennas of the terminals are designed using the Bessel function and various other functions.
패치안테나 제작이 완성되면 능동안테나를 제작하기 위해, 도 1에서 보는 바와 같이 PCS 또는 IMT-2000 주파수대의 노이즈 특성(Noise Figure)이 좋고, 이득(Gain)이 높은 트랜지스터(63)를 선정하여 주파수대에 해당하는 트랜지스터(63)의 S-파라미터를 가지고 안정도(K)를 계산한다. 이때 트랜지스터는 HEMT(High Electron Mobility Transistor, 고전자 이동도 트랜지스터) or GaAs FET를 사용할 수 있다. 그리고 안정도 K는 "K < 1"로 한다.When fabrication of the patch antenna is completed, in order to fabricate the active antenna, as shown in FIG. 1, the transistor 63 having a good noise figure and a high gain is selected in the frequency band as shown in FIG. 1. Stability K is calculated using the S-parameters of the corresponding transistor 63. At this time, the transistor may use a HEMT (High Electron Mobility Transistor) or GaAs FET. And stability K shall be "K <1".
따라서 2포트 오실레이터(2 Port Oscillator)를 설계한다.Therefore, design a 2 port oscillator.
한편 단말기(10)에 능동안테나를 부착할 경우의 동작은 다음과 같다.On the other hand, the operation in the case of attaching the active antenna to the terminal 10 is as follows.
미소한 전력 레벨의 PCS 또는 IMT-2000 주파수가 안테나를 통해 패치안테나에 유입되면 패치안테나는 능동 안테나의 드레인의 임피던스로 작용한다. 그리고2Port 발진기로 동작하도록 능동소자의 게이트에 적당한 임피던스를 구현하면 패치안테나에서 수신한 미소한 신호가 증폭되어 높은 레벨의 신호가 만들어진다.When a small power level PCS or IMT-2000 frequency enters the patch antenna through the antenna, the patch antenna acts as the impedance of the drain of the active antenna. Implementing the proper impedance in the gate of the active element to operate as a 2Port oscillator amplifies the small signal received from the patch antenna to produce a high level signal.
따라서 기지국에서 전송하는 전력 레벨이 작다 할지라도 해당주파수의 미소한 전력레벨을 안테나가 감지만 하면 전력 레벨을 증폭하여 줌으로 인해 단말기의 콜 드롭(Call drop)을 막을 수 있다.Therefore, even if the power level transmitted from the base station is small, it is possible to prevent the call drop of the terminal by amplifying the power level only when the antenna detects the minute power level of the corresponding frequency.
또한 충분한 전력 레벨을 가지고 있으므로 바로 뒷단의 LNA(16)에 많은 도움이 된다. 즉, 단말기 전체의 시스템 노이즈 레벨은 LNA(16)에 의해서 결정되는 데 능동안테나를 사용하면 이득(Gain) 보다는 노이즈 모양(Noise Figure)이 낮은 LNA(16)를 선택할 수 있다. 이로 인해 단말기 시스템 전반에 있어 이득과 시스템 전반의 잡음제거 특성이 개선된다.It also has enough power level, which is very helpful for the LNA 16 just behind. That is, the system noise level of the entire terminal is determined by the LNA 16. When the active antenna is used, the LNA 16 whose noise figure is lower than the gain can be selected. This improves gain and system-wide noise rejection across the terminal system.
이처럼 본 발명은 능동안테나를 단말기 내부에 장착하여 콜 드롭을 보상하고 차세대 단말기의 데이터 레이트의 증가에 따른 이득의 보상과 노이즈 제거 특성을 향상시켜 단말기의 성능을 개선하게 되는 것이다.As such, the present invention improves the performance of the terminal by compensating for the call drop by installing the active antenna inside the terminal and improving the compensation of noise and noise reduction characteristics according to the increase of the data rate of the next generation terminal.
이상으로 본 발명의 마이크로스트립 패치를 이용한 능동안테나에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다. 따라서 본 발명의 실시예는 특허청구범위에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.As described above, a preferred embodiment of an active antenna using a microstrip patch of the present invention has been described, but the present invention is not limited to such an embodiment, and has a general knowledge in the art to which the present invention pertains. It includes all changes which are easily changed by the user and deemed to be equal. Therefore, the embodiments of the present invention do not limit the scope of the present invention as defined by the claims.
본 발명에 의하면, 능동안테나를 단말기 내부에 장착하여 콜 드롭을 보상하고 차세대 단말기의 데이터 레이트의 증가에 따른 이득의 보상과 노이즈 제거 특성을 향상시켜 단말기의 성능을 개선할 수 있는 효과가 있게 된다.According to the present invention, the active antenna is mounted inside the terminal to compensate for the call drop, and the performance of the terminal can be improved by improving the compensation of the gain and the noise removing characteristic according to the increase of the data rate of the next generation terminal.
또한 IS-95C 또는 IMT-2000 단말의 데이터 레이트의 증가에 따라 현재 단말 시스템에 사용되고 있는 디바이스(IC 류)는 이득(Gain)의 부족으로 인해 사용할 수 없는 상태를 유발할 수 있는 점이 있는데, 능동안테나를 사용하여 내부에 장착하면 이득(Gain)의 보상은 물론 시스템 전반의 잡음제거 특성을 향상시켜 기존의 디바이스를 사용할 수 있는 장점이 있게 된다.In addition, as the data rate of the IS-95C or IMT-2000 terminal increases, devices (ICs) currently used in the terminal system may cause an unusable state due to a lack of gain. When used internally, they can be used to compensate for gain and improve system-wide noise rejection.
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR100657999B1 (en) * | 2004-11-05 | 2006-12-14 | (주)에이스안테나 | Antenna module for receiving broadcasting frequency |
| CN113823895A (en) * | 2021-08-25 | 2021-12-21 | 超讯通信股份有限公司 | Active integrated antenna and communication equipment |
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