KR20040108203A - 배열 안테나를 갖는 무선통신 단말기 및 그의 빔패턴 제어방법 - Google Patents

배열 안테나를 갖는 무선통신 단말기 및 그의 빔패턴 제어방법 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은, 배열 안테나를 갖는 무선통신 단말기 및 그의 빔패턴 제어 방법에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, 다수의 안테나가 배열 구조를 갖는 배열 안테나에 의해 형성된 빔패턴의 방향을 제어하여 안테나 이득을 높이고, 아울러 전자파가 인체에 미치는 영향을 낮추기 위한 배열 안테나를 갖는 무선통신 단말기 및 그의 빔패턴 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 무선 송수신 수단을 통하여 무선으로 통신하고 입출력 수단을 통하여 정보를 입출력하는 배열 안테나를 갖는 무선통신 단말기에 있어서, 다수의 안테나가 배열구조로 형성된 배열 안테나의 위상을 조절하여 지향성이 큰 빔패턴(안테나 이득이 높은 빔패턴)을 형성하기 위한 배열 안테나부; 상기 배열 안테나부에 의해 형성된 지향성이 큰 빔패턴을 통해 수신되는 수신신호의 세기를 저장하기 위한 저장수단; 및 상기 배열 안테나부를 통하여 형성된 빔패턴을 통해 수신되는 현재 수신신호의 세기와 이전 수신신호의 세기를 비교하여, 상기 빔패턴의 방향이 신호의 세기가 큰 방향으로 향하도록 위상을 제어하기 위한 제어수단을 포함한다.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 무선통신 단말기 등에 이용됨.

Description

배열 안테나를 갖는 무선통신 단말기 및 그의 빔패턴 제어 방법{Wireless Telecommunication Terminal using Array antenna and it's Method for Controlling beam pattern}
본 발명은 배열 안테나를 갖는 무선통신 단말기 및 그의 빔패턴 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 안테나가 배열 구조를 갖는 배열 안테나에 의해 형성된 빔패턴의 방향을 제어하여 안테나 이득을 높일 수 있는 배열 안테나를 갖는 무선통신 단말기 및 그의 빔패턴 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명에서 무선통신 단말기는 이동통신 단말기, PCS(Personal Communication Service) 단말기, PDA(Personal Digital Assistant), 스마트폰, 차세대 이동통신(IMT-2000) 단말기, 무선랜 단말기 등과 같이 무선 통신을 통하여 음성, 문자 및 영상 데이터 등을 송/수신할 수 있는 휴대 가능한 무선통신 단말기를 말한다.
배열 안테나(array antenna)는 여러 개의 안테나를 특정한 규칙(Rule)에 따라 배열하여 만든다. 이러한 배열 안테나는 빔(Beam)을 더욱 샤프하게 합쳐, 즉 배열 안테나의 복사 전력을 더욱 샤프하게 합쳐 더욱 멀리 퍼져나가는 강한 빔패턴을 만들 수 있다.
여기서, 빔이란 말은 안테나가 송수신이 가능한 특정한 전자기파의 방향, 형상 또는 위치를 지칭한다. 그리고, 이러한 안테나 빔은 특정한 방향성과 모양을 가지기 때문에, 그 형상을 빔패턴(beam pattern) 또는 복사패턴(radiation pattern)이라고 부른다.
한편, 안테나 이득(Antenna Gain)에 대해서 살펴보면, 보통 이득이라 함은 능동소자에서 입력단의 신호가 출력단에서 더 커지는 경우를 의미한다. 그러나, 수동소자인 안테나에서의 이득(Antenna Gain)은 이런 능동회로에서의 이득과는 별개의 문제이며, 능동회로에서와 같이 입력신호에 대비하여 출력신호가 더 커진다는 의미의 이득이 아니다.
안테나 이득은 방향성(directivity)으로 인해 파생되는 상대적 이득을 의미하는 안테나만의 용어이다. 따라서, 안테나의 이득이란, 최대전계 방향을 기준으로 균등한(isotropic) 복사패턴에 대한 안테나 복사패턴의 비율을 의미한다.
즉, 안테나의 이득은 안테나로 인해 신호가 커지는게 아니라, 사방으로 고르게 퍼져나가야 할 에너지가 일정 방향으로 몰리는 경우에 그 쏠리는 비율을 의미하는 셈이다. 단위로는 데시벨(dB)을 사용한다.
따라서, 안테나의 이득이 크다함은, 특정 방향(즉, 신호를 보내거나 받기 위한 방향으로 가장 가까운 기지국 방향이 됨)으로 더욱 샤프하게 전자파가 쏠린다는 의미이다. 결국, 안테나의 이득이 높다는 말은, 전자파를 전달하려는 특정 방향으로 더욱 강한 전자파를 보다 멀리 보낼 수 있다는 의미가 된다
도 1 은 종래의 단일 안테나를 갖는 무선통신 단말기의 구성도이다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 종래의 단일 안테나를 가지는 무선통신 단말기는, 송신부(103)로부터 전달받은 신호를 단일 안테나(111)를 통하여 기지국으로 송신하거나 기지국으로부터 단일 안테나(111)를 통하여 수신된 신호를 수신부(102)로 전달하기 위한 듀플렉서(101), 제어부(108)의 제어하에 듀플렉서(101)가 수신한 신호를 수신하기 위한 수신부(102), 인터페이스부(107)를 통해 제어부(108)의 제어하에 오디오부(104)에 의해 변조된 신호를 듀플렉서(101)로 송신하기 위한 송신부(103), 인터페이스부(107)를 통해 제어부(108)에 의해 제어되며 마이크를 통해 입력되는 음성신호를 디지털신호로 변조하고, 수신부(102)를 통해 수신되는 디지털신호를 복조하여 스피커를 통해 음성신호로 송출하거나, 기지국으로부터 발생된 링신호를 스피커를 통하여 송출하기 위한 오디오부(104), 각종 기능키와 숫자키들을 구비하고 있어 무선통신 단말기에 정보(전화번호, 신상정보 등)를 입력하기 위한 키입력부(105), 입력된 전화번호나 발신자 전화번호 및 단문메시지를 출력하기 위한 표시부(106), 제어부(108)와 주변 구성요소들간에 입출력되는 데이터들을 인터페이싱하기 위한 인터페이스부(107), 상기 각 구성요소들을 제어하기 위한 제어부(108), 무선통신 단말기의 전반적인 동작을 제어하는 프로그램을 저장하기 위한 롬(109), 무선통신 단말기가 동작할 때 입출력되는 데이터 및 처리되는 각종 데이터를 저장하기 위한 램(110), 전방향 빔패턴을 형성하여 전압/전류로 표현되는 전기적 신호와 전기장/자기장으로 표현되는 전자기파를 서로 변환하기 위한 단일 안테나(111)를 포함한다.
일반적으로, 무선통신 단말기에 사용되는 안테나는 안테나 이득이 낮은 획일적인 무지향성의 단일 안테나(111)로 특정 방향에 기지국이 있음에도 불구하고 빔패턴이 전방향을 향하기 때문에, 기지국과의 통신 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
또한, 빔패턴의 전방성으로 인하여 생체조직의 단위질량 당 흡수되는 에너지율인 전자파흡수율(SAR: Specific Absorption Rate)이 높아져 인체에 나쁜 영향을 미치는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 다수의 안테나가 배열 구조를 갖는 배열 안테나에 의해 형성된 빔패턴의 방향을 제어하여 안테나 이득을 높이고, 아울러 전자파가 인체에 미치는 영향을 낮추기 위한 배열 안테나를 갖는 무선통신 단말기 및 그의 빔패턴 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1 은 종래의 단일 안테나를 갖는 무선통신 단말기의 구성도.
도 2 는 본 발명에 따른 배열 안테나를 갖는 무선통신 단말기의 일실시예 구성도.
도 3 은 본 발명에 따른 배열 안테나를 갖는 무선통신 단말기의 빔패턴 제어 방법에 대한 일실시예 흐름도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
201 : 듀플렉서 202 : 수신부
203 : 송신부 204 : 오디오부
205 : 키입력부 206 : 표시부
207 : 인터페이스부 208 : 제어부
209 : 롬 210 : 램
211 : 제 1 배열 안테나 212 : 제 2 배열 안테나
213 : 제 2 위상 천이기 214 : 제 2 위상 천이기
215 : 배열 안테나부
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 무선 송수신 수단을 통하여 무선으로 통신하고 입출력 수단을 통하여 정보를 입출력하는 배열 안테나를 갖는 무선통신 단말기에 있어서, 다수의 안테나가 배열구조로 형성된 배열 안테나의 위상을 조절하여 지향성이 큰 빔패턴(안테나 이득이 높은 빔패턴)을 형성하기 위한 배열 안테나부; 상기 배열 안테나부에 의해 형성된 지향성이 큰 빔패턴을 통해 수신되는 수신신호의 세기를 저장하기 위한 저장수단; 및 상기 배열 안테나부를 통하여 형성된 빔패턴을 통해 수신되는 현재 수신신호의 세기와 이전 수신신호의 세기를 비교하여, 상기 빔패턴의 방향이 신호의 세기가 큰 방향으로 향하도록 위상을 제어하기 위한 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 방법은, 배열 안테나를 갖는 무선통신 단말기에서의 빔패턴 제어 방법에 있어서, 배열 안테나에 의해 형성된 소정 방향성을 갖는 빔패턴을 통하여 수신된 수신신호의 세기를 측정하여 저장하는 제 1 단계; 상기 배열 안테나의 위상을 변화시켜 현재 방향이 조절된 빔패턴을 통하여 수신되는 수신신호의 세기를 측정하는 제 2 단계; 및 상기 배열 안테나를 통하여 형성된 빔패턴을 통해 수신되는 현재 수신신호의 세기와 이전 수신신호의 세기를 비교하여, 상기 빔패턴의 방향이 신호의 세기가 큰 방향으로 향하도록 위상을 제어하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 2 는 본 발명에 따른 배열 안테나를 갖는 무선통신 단말기의 일실시예 구성도이다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배열 안테나를 갖는 무선통신 단말기는, 송신부(203)로부터 전달받은 신호를 배열 안테나부(215)를 통하여 기지국으로 송신하거나 기지국으로부터 배열 안테나부(215)를 통하여 수신한 신호를 수신부(202)로 전달하기 위한 듀플렉서(201), 제어부(208)의 제어하에 듀플렉서(201)가 수신한 신호를 수신하기 위한 수신부(202), 인터페이스부(207)를 통해 제어부(208)의 제어하에 오디오부(204)에 의해 변조된 신호를 듀플렉서(201)로 송신하기 위한 송신부(203), 인터페이스부(207)를 통해 제어부(208)에 의해 제어되며 마이크를 통해 입력되는 음성신호를 디지털신호로 변조하고, 수신부(202)를 통해 수신되는 디지털신호를 복조하여 스피커를 통해 음성신호로 송출하거나, 기지국으로부터 발생된 링신호를 스피커를 통하여 송출하기 위한 오디오부(204), 각종 기능키와 숫자키들을 구비하고 있어 무선통신 단말기에 정보(전화번호, 신상정보 등)를 입력하기 위한 키입력부(205), 입력된 전화번호나 발신자 전화번호 및 단문메시지 등을 출력하기 위한 표시부(206), 제어부(208)와 주변 구성요소들간에 입출력되는 데이터들을 인터페이싱하기 위한 인터페이스부(207), 무선통신 단말기의 전반적인 동작을 제어하는 프로그램을 저장하기 위한 롬(209), 무선통신 단말기가 동작할 때 입출력되는 데이터 및 처리되는 각종 데이터 특히, 배열 안테나부(215)를 통해 수신된 수신신호의 세기를 저장하기 위한 램(210), 안테나 이득이 높은 빔패턴을 형성하여 전압/전류로 표현되는 전기적 신호를 전기장/자기장으로 표현되는 전자기파(Electromagnetic Wave)로, 또는 전자기파를 전기적 신호(Electric Signal)로 상호 변환하기 위한 배열 안테나부(215), 각 구성요소들을 제어하고 제 1 배열 안테나(211)와 제 2 배열 안테나(212)를 통해 형성된 특정 방향성을 갖는 빔패턴의 방향을 수신신호의 세기가 큰 방향으로 향하도록 제 1 위상 천이기(213)와 제 2 위상 천이기(214)의 위상을 제어하기 위한 제어부(208)를 포함한다.
여기서, 상기 배열 안테나부(215)는, 제 1 위상 천이기(213)의 위상 천이에 따라 특정 방향성을 갖는 빔패턴을 형성하기 위한 제 1 배열 안테나(211), 제 2 위상 천이기(214)의 위상 천이에 따라 특정 방향성을 갖는 빔패턴을 형성하기 위한 제 2 배열 안테나(212), 제어부(208)의 위상 조절을 통하여 상기 제 1 배열 안테나(211)가 특정 방향성을 갖는 빔패턴을 형성하도록 제어하기 위한 제 1 위상 천이기(213), 및 제어부(108)의 위상 조절을 통하여 제 2 배열 안테나(212)가 특정 방향성을 갖는 빔패턴을 형성하도록 제어하기 위한 제 2 위상 천이기(214)를 포함한다.
또한, 배열 안테나부(215)는 2개 혹은 3개, 그 이상의 안테나 및 각 안테나의 위상을 조절하는 위상천이기로 구성 가능하며, 특정 방향성을 갖는 샤프한 빔패턴을 형성한다. 따라서, 종래의 단일 안테나(111)에 의해 형성된 무지향성 빔패턴에 비해 사용자에게 전자파의 영향을 덜 미친다.
도 3 은 본 발명에 따른 배열 안테나를 갖는 무선통신 단말기의 빔패턴 제어 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
다수의 배열 안테나(211, 212)로 이루어진 배열 안테나부(215)에 의해 형성된 빔패턴의 방향을 제어하기 위하여, 먼저 배열 안테나부(215)에 의해 형성된 특정 방향성을 갖는 빔패턴을 통하여 수신된 수신신호의 세기를 측정하여 램(210)에 저장한다(301). 이후, 위상 천이기(213, 214)의 위상을 +1도 증가시켜 방향이 조절된 빔패턴을 통하여 수신된 신호의 세기를 재측정한다(302, 303).
이후, 재측정된 수신신호의 세기와 램(210)에 저장되어 있는 위상을 +1도 증가시키기 이전에 측정되었던 수신신호의 세기를 비교하여 현재 측정된 수신신호의 세기가 더 큰가를 판단한다(304).
판단결과, 현재 측정된 수신신호의 세기가 램(210))에 저장되어 있는 수신신호의 세기보다 크면, 상기 "302" 단계로 진행하고(305), 크지 않으면 현재 램(210)에 저장되어 있는 수신신호의 세기를 삭제하고 최근 측정된 수신신호의 세기를 저장한다(306).
그리고, 모든 위상 천이기(213, 212)의 위상을 -1도 감소시킨 후(307), 수신신호의 세기를 측정한 후(308), 상기 "304" 단계로 진행한다.
이러한 과정을 반복적으로 수행함으로써, 항상 안테나 이득이 최대가 되도록 빔패턴의 방향을 제어할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기와 같은 본 발명은, 다수의 안테나가 배열을 이루는 배열 안테나에 의해 형성된 특정 방향성을 갖는 빔패턴의 방향을 제어하여 높은 안테나 이득을 얻음으로써, 통화품질을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 빔패턴의 특정 방향성으로 인하여 생체조직의 단위질량 당 흡수되는 에너지율인 전자파흡수율(SAR: Specific Absorption Rate)을 낮추어 인체에 나쁜 영향을 미치지 않도록 하는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 무선 송수신 수단을 통하여 무선으로 통신하고 입출력 수단을 통하여 정보를 입출력하는 배열 안테나를 갖는 무선통신 단말기에 있어서,
    다수의 안테나가 배열구조로 형성된 배열 안테나의 위상을 조절하여 지향성이 큰 빔패턴(안테나 이득이 높은 빔패턴)을 형성하기 위한 배열 안테나부;
    상기 배열 안테나부에 의해 형성된 지향성이 큰 빔패턴을 통해 수신되는 수신신호의 세기를 저장하기 위한 저장수단; 및
    상기 배열 안테나부를 통하여 형성된 빔패턴을 통해 수신되는 현재 수신신호의 세기와 이전 수신신호의 세기를 비교하여, 상기 빔패턴의 방향이 신호의 세기가 큰 방향으로 향하도록 위상을 제어하기 위한 제어수단
    을 포함하는 배열 안테나를 갖는 무선통신 단말기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배열 안테나부는,
    제 1 위상 천이기의 제어에 따라, 방향성을 갖는 빔패턴을 형성하기 위한 제 1 배열 안테나;
    제 2 위상 천이기의 제어에 따라, 방향성을 갖는 빔패턴을 형성하기 위한 제 2 배열 안테나;
    상기 제어 수단의 제어하에, 위상 조절을 통하여 상기 제 1 배열 안테나가 특정 방향성을 갖는 빔패턴을 형성하도록 제어하기 위한 제 1 위상 천이기; 및
    상기 제어 수단의 제어하에, 위상 조절을 통하여 상기 제 2 배열 안테나가 특정 방향성을 갖는 빔패턴을 형성하도록 제어하기 위한 제 2 위상 천이기
    를 포함하는 배열 안테나를 갖는 무선통신 단말기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 배열 안테나부는,
    상기 안테나의 개수가 증가할수록 지향성이 더 큰 빔패턴(안테나 이득이 더 높은 빔패턴)을 형성하는 것을 특징으로 하는 배열 안테나를 갖는 무선통신 단말기.
  4. 배열 안테나를 갖는 무선통신 단말기에서의 빔패턴 제어 방법에 있어서,
    배열 안테나에 의해 형성된 소정 방향성을 갖는 빔패턴을 통하여 수신된 수신신호의 세기를 측정하여 저장하는 제 1 단계;
    상기 배열 안테나의 위상을 변화시켜 현재 방향이 조절된 빔패턴을 통하여 수신되는 수신신호의 세기를 측정하는 제 2 단계; 및
    상기 배열 안테나를 통하여 형성된 빔패턴을 통해 수신되는 현재 수신신호의세기와 이전 수신신호의 세기를 비교하여, 상기 빔패턴의 방향이 신호의 세기가 큰 방향으로 향하도록 위상을 제어하는 제 3 단계
    를 포함하는 배열 안테나를 갖는 무선통신 단말기에서의 빔패턴 제어 방법.
  5. 상기 제 4 단계는,
    상기 배열 안테나를 통하여 형성된 빔패턴을 통해 수신되는 현재 수신신호의 세기와 이전 수신신호의 세기를 비교하여, 현재 수신신호의 세기가 이전 수신신호의 세기보다 클 경우에 상기 소정치 위상을 증가시키고, 크지 않을 경우에 상기 위상을 소정치 감소시키는 것을 특징으로 하는 배열 안테나를 갖는 무선통신 단말기에서의 빔패턴 제어 방법.
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