KR200200819Y1 - 이동 통신 단말기의 전자파 경고 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 이동통신 단말기의 전자파 경고 장치에 관한 것으로서, 변화하는 RF 입력 또는 출력 신호를 추출하는 수단, 상기 RF 신호 추출 수단에 의해 추출된 신호로부터 정진폭 신호를 검출하는 검출기, 상기 검출 신호가 소정의 기준 신호 보다 크면 턴온되는 스위칭 수단, 및 상기 스위칭 수단으로부터 턴온 신호가 출력되면 경고를 행하는 경고수단을 포함함으로써, 유해한 전자파가 출력되는 시간인 RF 신호의 전력 레벨이 일정 이상일 때에 이동통신 단말기 사용자에게 경고를 함으로써, 간단한 구성을 추가함에 의해 단말기 사용자가 통화 환경에 적합하도록 통화 시간을 선택적으로 조절하도록 함으로써, 인체의 유해한 전자파의 영향을 줄이는 것이 가능하며, 아울러 단말기의 배터리 수명을 늘리는 것이 가능한 장점이 있다.

Description

이동 통신 단말기의 전자파 경고 장치{APPARATUS FOR WARNING MICRO WAVES FROM A TERMINAL OF MOBILE COMMUNICATION}

본 고안은 이동 통신 단말기의 전자파 경고 장치에 관한 것으로서, 특히, 이동 통신 단말기의 출력 레벨이 소정치 이상으로 되었을 때에 경고를 행함으로써 인체에 미치는 유해한 효과를 차단하는 것과 배터리 사용 수명을 연장하는 것이 가능한 전자파 경고 장치에 관한 것이다.

최근의 이동 통신 단말기의 급격한 보급과 함께, 그것이 발하는 근접전파의 인체에 대한 영향이 여러 경로를 통하여 인체에 좋지 않은 영향을 주고 있다는 우려를 자아내고 있다. 따라서, 전파의 인체 방호에 관해서는 선진국을 시작으로 세계 각국에서 전자파에 관한 여러 가지 안전 기준이 제안 혹은 권고되고 있다.

한편, 이동 통신 단말기의 출력레벨은, CDMA 혹은 다른 전송방식에서 기지국과 단말기 사이의 가변적인 거리, 다중경로, 셰도우 페이딩 등에 적응하기 위해 변화하게 된다. 예를들면, 사용자가 기지국으로부터 멀리 떨어진 위치에 있거나 높은 산에 둘러싸여 있을 때, 또는 건물 안이나 지하에 있을 때에는 이동통신 단말기의 출력 레벨이 높아야 한다.

최근, 'Cellular Data Group'사에 의해 단말기의 출력 전력의 확률 분포가 도 1과 같이 발표되었는데, 고출력 증폭기의 최대출력이 1 W (30 dBm)정도인 경우, 실제로 대부분은 1 mW (0 dBm) 근처에서 출력되고, 높은 출력 (20 dBm 이상) 이 출력되는 경우는 극소수의 시간 (전체 사용 시간의 1 - 2 % 정도) 인 것으로 나타났다.

그러나, 'Jianqing Wang' 등의 논문 'FDTD Computation of Temperature Rise in the Human Head for Portable Telephone' (IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY TECHNIQUES, VOL. 47, NO.8 AUGUST 1999, pp.1530)에 발표된 바 있는, 휴대용 전화기 사용시간에 따르는 인체에 미치는 영향에 의하면, 이상의 높은 출력이 출력되고 있는, 다시 말하면 송신환경이 좋지 않은 상황하에서 통화를 할 때에 인체에 심각한 영향을 미친다는 것이 알려져 있다.

도 2a 및 도 2b는, 이동통신 단말기를 높은 출력 (각각, 0.6 W 및 0.27 W 이상 이상) 으로 송신을 할 때에 이동통신 단말기의 사용시간에 따르는 인체의 두부(頭部)의 온도상승 곡선을 나타내고 있는 바, 도 2a 및 2b는 각각, 900 MHz 및 1.5 GHz 의 주파수 대를 사용되는 경우의 귀 및 뇌의 온도 상승 곡선을 나타낸다. 도면에서 PE 및 NE 는 각각, 보통 상태에서 (Normal Ear) 및 이동통신 단말기를 귀에 바짝 갖다댄 상태에서 (Pressed Ear) 의 온도 상승 곡선을 나타낸다. 예를들면, 900 MHz대의 주파수를 사용하는 이동통신 단말기를 귀에 바짝 갖다대고 높은 출력으로 송신을 행하면서 통화를 할 때에, 800 초, 즉 약 13분 정도가 되면 귀부분의 온도가 0.18 ℃ 정도 상승하여 인체에 악영향을 주게 된다. 이것으로 볼 때 높은 출력으로 이동통신 단말기를 사용하는 시간이 늘어남에 따라 인체에 미치는 부작용은 치명적인 것임을 알 수 있다.

그리고, 이러한 데이터를 분석해보면, 인간에게 해로운 영향을 미치는 고출력 증폭기의 높은 출력신호는 전체 확률 분포에서 일부분에 지나지 않는 것을 알 수 있다.

따라서, 이와 같이 고출력 증폭기에서 출력되는 인체에 유해한 전력 신호 레벨은 전체 통화시간의 일부분에 지나지 않기 때문에 이 일부분의 시간대만 피하면 이동통신 단말기가 인체에 미치는 악영향을 크게 억제할 수 있다.

그러나, 종래의 이동통신 단말기 사용자는 지금 자신이 사용하는 이동통신 단말기가 고출력 상태인지 아닌지를 알 수 없기 때문에 통화 환경에 효과적으로 대처하지 못하는 문제점이 있었다.

본 고안은 이러한 점에 착안하여 개발된 것으로서, 고출력 증폭기에서 출력되는 인체에 유해한 전력 신호 레벨에 있는 전력 레벨을 검출해서, 일정 레벨 이상으로 출력되고 있을 때에, 발광소자 혹은 스피커를 통하여 단말기 사용자에게 경고를 함으로써, 단말기 사용자가 그러한 환경하에서는 통화시간을 줄이도록 유도함에 의해, 전자파의 인체 피폭시간을 줄여 결국 이동통신 단말기가 인체에 미치는 유해한 효과를 효과적으로 차단할 수 있다.

한편, 도 1에서와 같이 단말기의 출력레벨이 다양하게 분포되어 있는데 반하여, 동작점은 고출력이 나올 때를 기준으로 A급 혹은 AB급으로 동작이 되도록 설계 되어져 있다. 이 경우, 낮은 출력신호가 출력될 때 소모되는 DC전력은 매우 높으므로 전체적인 배터리 효율이 낮은 것을 알 수 있다.

그리고, 이러한 배터리의 비효율성을 극복하기 위한 고효율 파워 증폭기에 관한 것으로, 'Gary Hanington' 등의 논문 'High-Efficiency Power Amplifier Using Dynamic Power-Supply Voltage for CDMA Applications' (IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY TECHNIQUES, VOL. 47, NO. 8, AUGUST 1999, pp. 1471-1476) 가 있다.

상기 논문에 개시되어 있는 파워 증폭기는, 단말기에서 저전력이 출력되면, 상기 논문의 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 직류 바이어스 값을 변화시키므로 동작점을 좌측으로 이동시킨다.

이것은 본원 명세서의 첨부도면의 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 직류-직류 변환기(DC-DC Converter)에 의해 공급전압을 줄이므로 가능하게 된다. 단말기의 출력전력이 감소하면 이와 같이 직류전압과 전류가 적절하게 변함으로 DC 바이어스 전력이 줄어들게 됨으로써 증폭기의 효율성이 상대적으로 높게 유지될 수 있다. 이러한 증폭기를 정진폭 추적 증폭기(envelope tracking amplifier)라 한다.

그러나, 이러한 정진폭 추적 증폭기를 사용하더라도, 앞서 언급한 바와 같이 출력레벨이 높을 때 배터리 소모가 급격하게 일어나는 것을 알 수 있는데, 이 경우 역시, 종래의 이동통신 단말기 사용자는 지금 자신이 사용하는 이동통신 단말기가 고출력 상태인지 아닌지를 알 수 없기 때문에 통화 환경에 효과적으로 대처하지 못하며, 도 3의 제 2 종래의 이동통신 단말기 역시 여전히 전체적으로 배터리의 전력 소모에 있어 효율을 기하지 못한다는 문제점이 있었다.

본 고안의 또다른 목적은, 고출력 증폭기에서 출력되는 전력 신호 레벨이 일정 레벨 이상으로 출력되고 있을 때에, 발광소자 혹은 스피커를 통하여 단말기 사용자에게 경고를 함으로써, 단말기 사용자가 그러한 환경에서만은 통화시간을 줄이도록 유도함에 의해, 전체적으로 배터리의 수명이 급격하게 늘어나도록 하는 것이다.

본 고안의 추가의 목적이나 효과는, 첨부한 도면을 참고하여 기술한 이하의 고안의 상세한 설명으로부터 더욱 명확해질 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안에 의한 이동통신 단말기의 전자파 경고장치는, 변화하는 RF 입력 또는 출력 신호를 추출하는 수단(4; 14); 상기 RF 신호 추출 수단(4; 14)에 의해 추출된 신호로부터 정진폭 신호를 검출하는 검출기(5; 15); 상기 검출 신호가 소정의 기준 신호 보다 크면 턴온되는 스위칭 수단(17, 18); 및 상기 스위칭 수단으로부터 턴온 신호가 출력되면 경고를 행하는 경고수단(19; 20)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 검출기의 신호를 조절하는 직류 조절기(16)가 상기 검출기 및 스위칭 수단 사이에 삽입된다.

또한 바람직하게는, 상기 스위칭 수단은, 상기 검출 신호와 상기 소정의 기준 신호를 입력으로 갖는 비교기(17)를 포함한다.

더욱이, 상기 검출기(5) 이후에 직류 바이어스 전압 공급부(1)가 삽입되며, 상기 직류 바이어스 전압 공급부의 출력이 스위칭 수단의 비교 입력단으로 인가되도록 구성하는 것도 가능하다.

도 1은 제 1 종래의 이동 통신 단말기의 출력 전력레벨의 실제 확률 분포를 나타낸다.

도 2a 및 도 2b는 이동통신 단말기에 최대 전력이 걸렸을 때 통화시간에 대한 두부의 온도 상승 곡선을 나타낸다.

도 3은 제 2 종래의 이동 통신 단말기의 효율개선을 위한 직류-직류 변환기를 갖는 정진폭 추적 증폭기 회로도이다.

도 4는 발광 소자를 이용한 전자파 피폭 경고 장치이다.

도 5는 스피커를 이용한 전자파 피폭 경고 장치이다.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

1 : Vdd 전압 공급부 2 : 직류-직류 변환기

3 : 전압 공급원 4 : 방향성 결합기

5 : 정진폭 검출기 6 : Vgg 전압 공급부

7 : RF 신호 입력단 8 : 안테나

10 : 전력 증폭부

11 : 입력 정합 회로 12 : 출력 정합 회로

13 : MESFET

14 : 방향성 결합기 15 : 검출기

16 : 직류증폭기 17 : 비교기

18 : 스위치 19 : 발광소자

20 : 스피커

먼저, 본 고안에 관련된 DC-DC 변환기(1)에 의해 가변 바이어스 직류 전압을 공급받는 종래의 정진폭 추적 증폭기를 갖는 회로를 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3은 제 2 종래의 이동 통신 단말기의 효율개선을 위한 직류-직류 변환기를 갖는 정진폭 추적 증폭기 회로도이다.

RF 입력이 RF 신호 입력단(7)으로부터 입력되어 전력 증폭부(10)에 의해 증폭된 후, 증폭된 RF 출력이 안테나(8)를 통해 출력된다.

한편, 상기 전력 증폭부(10)는, MESFET(13)을 포함하며, 단자 P1을 통해 RF 입력단에, 단자 P4를 통해 안테나와 접속되는 바, 다시 상기 단자 P1은 입력 정합 회로(11)에, 상기 단자 P4는 출력 정합 회로(12)에 접속된다.

입력 정합 회로(11)는 상기 MESFET(13)의 게이트에, 출력 정합 회로(12)는 상기 MESFET(13)의 드레인 측에 접속되는 바, 상기 MESFET(13)의 게이트 및 드레인은 동시에 단자 P3을 통해 Vgg 바이어스 전압을 공급하는 Vgg 전압 공급부(6) 및 단자 P2를 통해 Vdd 바이어스 전압을 공급하는 Vdd 전압 공급부(1)에 각각 접속된다.

상기 Vgg 전압 공급부(6) 및 Vdd 전압 공급부(1)와 단자 P3 및 P2 간에는, 각각 AC 차단 인덕터(L1, L2)가 삽입되는 것이 바람직하다.

한편, RF 신호 입력단(7)과 단자 P1 간에는 방향성 결합기(4)가 삽입되어 RF 입력 신호를 검출하며, 검출된 입력 신호는 정진폭 검출기(5)에 의해 정진폭을 검출하게 된다.

검출된 정진폭 신호(P_D)의 크기에 종속적인 Vdd 직류 전류가 MESFET(13)의 드레인 측에 바이어스 전압으로서 입력된다.

상기 가변 Vdd 전압의 공급부(1)는 직류-직류 변환기(2), 그에 대한 전압 공급원(3), 증폭기, 및 도 3 에 도시된 바와 같은 다수의 저항과 캐패시터 소자들을 포함한다.

따라서, 단말기의 출력전력이 감소하면, 직류전압과 전류가 적절하게 변함으로 DC 바이어스 전력이 줄어들게 됨으로써 동작점이 좌측으로 이동되며, 역으로 단말기의 출력전력이 증가하면 동작점이 우측으로 이동하여 단말기의 효율을 향상시키게 된다.

이제, 본 고안에 관한 이동통신 단말기의 전자파 경고 장치의 일 실시예를 도 4를 들어 설명한다.

도 4 의 전자파 경고 장치의 방향성 결합기(14)가 도 3의 RF 신호 입력단(7) 및 전력증폭부(10)의 입력측 단자(P1) 사이에 접속되어, 미약한 RF 신호를 받는다.

이 신호(P_D)가 검출기(Detector: 15)에 가면 그 크기에 비례하여 직류신호(P_DE)로 바뀐다. 이 신호는 직류증폭기(24, 27)와 같은 직류조절기를 거쳐서 필요한 크기의 직류 신호로 바뀌게 된다. 이때 상기 직류증폭기는 연산증폭기나 기타 능동소자로 설계가능하다. 다만, 본 고안에서 상기 직류조절기는 반드시 증폭 기에 한하지 않으며 경우에 따라서는 진폭의 크기를 낮추어서 적당한 크기로 조절하는 것도 가능하다.

직류증폭기(16)의 출력단은 비교기(17)의 비교신호 입력단에 접속된다. 비교기(17)의 다른 입력단은 기준신호(Vref) 입력단이며, 이때 상기 기준신호를 갖는 비교기는, 일 예로 20 dBm (100 mW) 미만의 RF 입력 신호가 상기 검출기에 의하여 검출될 때는 '0' (로우) 을 출력하고, 그 이상의 입력 신호를 검출할 때에는 '1' (하이) 을 출력하도록 설계될 수 있다.

비교기의 출력단은 스위치(18)에 접속되어 있으며, 상기 스위치에는 발광소자(19)가 접속된다.

따라서, 상기 RF 입력 신호가 일정 출력 레벨의 고출력일 때, 비교기(17)의 출력이 '하이'로 되고, 스위치(18)를 '온' 시킴으로써, 발광소자(19)를 통해 고출력 상태이다는 경고를 이동통신 단말기 사용자에게 가하여, 사용자가 용건만을 간단히 말하거나 추후 통화시간을 약속하고 빠른 시간 내에 통화를 종료하도록 유도하는 것이 가능하다.

본 실시예에서는, 도 3 의 방향성 결합기(4) 및 검출기(5)와는 별도의 방향성 결합기(14) 및 검출기(15)를 사용하였지만, 상기 직류증폭기(16)의 입력측이 도 3 의 검출기(5)에 접속되어도 좋으며, 더구나 도 3 의 Vdd 전압 공급부(1)의 Vdd 바이어스 출력전압이 상기 직류증폭기(16)의 입력으로 되는 것도 가능하다.

한편, 본 고안에 관한 이동통신 단말기의 전자파 경고장치의 제 2 실시예를 도 5를 참조하여 설명하면, 본 실시예에서는, 도 4 의 제 1 실시예의 발광소자(19) 가 스피커(20)로 대체되어 있을 뿐으로, 다른 부분은 상기 제 1 실시예와 동일하므로 별도의 설명은 생략한다.

아울러, 상기 실시예들에서는 경고수단으로서 발광기와 스피커를 사용하였지만, 진동을 일으키는 바이브레이터와 같은 다른 수단을 채용하는 것도 본 고안의 범주를 벗어나지 않는다.

또한, RF 입력은 RF 출력과 대응관계에 있기 때문에, RF 입력 신호를 추출하여 경고를 행하는 대신, RF 출력 신호를 추출하여 RF 출력 신호가 일정 레벨 이상이면 경고를 행하더라도 마찬가지의 결과를 얻을 수 있으며, RF 신호를 추출할 때에 방향성 결합기 대신 파워 디바이더와 같은 다른 소자를 사용하여 RF 신호를 추출할 수 있음은 본 기술분야의 당업자에게는 당연한 것으로 여겨질 것이다.

이상 본 고안을 첨부도면에 도시된 일 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 고안은 이에 한정되는 것은 아니며, 당업자가 용이하게 생각해 낼 수 있는 범위 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서, 본 고안의 한계는 다음의 특허청구범위에 의해서만 한정되어야 한다.

이상에서 상술한 바와 같이, 종래의 이동통신 단말기에서 출력되는 유해한 전자파는 실제 사용시간이 극히 일부분이기 때문에, 본 고안의 경우에는, 유해한 전자파가 출력되는 시간인 RF 신호의 전력 레벨이 일정 이상일 때에 이동통신 단말기 사용자에게 경고를 함으로써, 간단한 구성을 추가함에 의해 단말기 사용자가 통화 환경에 적합하도록 통화 시간을 선택적으로 조절하도록 함으로써, 인체의 유해 한 전자파의 영향을 줄이는 것이 가능하며, 아울러 단말기의 배터리 수명을 늘리는 것이 가능한 장점이 있다.

Claims (6)

1. 변화하는 RF 입력 또는 출력 신호를 추출하는 수단(4; 14);

   상기 RF 신호 추출 수단(4; 14)에 의해 추출된 신호로부터 정진폭 신호를 검출하는 검출기(5; 15);

   상기 검출 신호(P_DE)가 소정의 기준 신호(Vref) 보다 크면 턴온되는 스위칭 수단(17, 18); 및

   상기 스위칭 수단으로부터 턴온 신호가 출력되면 경고를 행하는 경고 수단(19; 20)을 포함하는 이동통신 단말기의 전자파 경고 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 검출기의 신호를 조절하는 직류 조절기(16)가 상기 검출기 및 스위칭 수단 사이에 삽입되는 것을 특징으로 하는 전자파 경고 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 스위칭 수단은, 상기 검출 신호(P_DE) 또는 그에 대응되는 신호와 상기 소정의 기준 신호(Vref)를 입력으로 갖는 비교기(17)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 경고 장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 검출기(5) 이후에 직류 바이어스 전압 공급부(1)가 삽입되며, 상기 직류 바이어스 전압 공급부의 출력이 스위칭 수단의 비교 입력단으로 인가되는 것을 특징으로 하는 전자파 경고 장치.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 경고 수단은 발광 소자(19)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 경고 장치.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 경고 수단은 스피커(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 경고 장치.