KR20050088330A

KR20050088330A - 무선 통신 안테나 및 무선 통신 장치

Info

Publication number: KR20050088330A
Application number: KR1020057011958A
Authority: KR
Inventors: 아끼히꼬 오꾸보라
Original assignee: 소니 가부시끼 가이샤
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2003-12-11
Publication date: 2005-09-05
Also published as: US20060079177A1; EP1580841A4; WO2004059791A1; EP1580841A1; JP2004214726A

Abstract

본 발명은, 무선 통신 기능을 갖는 각종 전자 기기에 구비된 무선 통신 장치로서, 안테나 기판 상에 형성된 스위치를 통해 접속되는 복수의 안테나 소자 패턴을 갖고, 스위치에 의해 안테나 소자 패턴의 접속 상태를 변환함으로써 선택되는 복수의 공진 주파수를 갖는 무선 통신 안테나(1)에 접속되는 통신 영역이 서로 다른 복수의 통신 회로(4, 5)를 사용하는 통신 대역에 따라 선택함과 함께, 무선 통신 안테나의 공진 주파수를 선택하는 제어 시스템 제어부(6)에 의해 행한다.

Description

무선 통신 안테나 및 무선 통신 장치{WIRELESS COMMUNICATION ANTENNA AND WIRELESS COMMUNICATION DEVICE}

본 발명은, 예를 들면 퍼스널 컴퓨터, 오디오 기기 혹은 각종 모바일 기기나 휴대 전화기 등의 무선 통신 기능을 갖는 각종 전자 기기에 구비되는 무선 통신 안테나 및 무선 통신 장치에 관한 것이다.

본 발명은 일본에서 2002년 12월 26일에 출원된 일본 특허 출원 번호 2002-378431을 기초로 하여 우선권을 주장하는 것으로, 이 출원을 참조함으로써, 본 출원에 원용된다.

예를 들면, 음악, 영상 혹은 화상 등의 각종 정보는 데이터의 디지털화에 수반하여, 퍼스널 컴퓨터나 모바일 컴퓨터 등에 의해서도 손쉽게 다룰 수 있게 되어 있다. 이러한 정보는, 음성 코덱 기술이나 화상 코덱 기술에 의해 대역 압축이 꾀해져, 디지털 통신이나 디지털 방송에 의해 각종 통신 단말기 장치에 대해 용이하고 효율적으로 배신되는 환경이 계속해서 갖춰지고 있다. 예를 들면, 오디오 비디오 데이터(AV 데이터) 등은, 유선에 의한 수신 뿐만 아니라 휴대 전화기 등을 통해 방 안팎에서의 수신도 가능하게 되어 있다.

데이터 등의 송수신 시스템은 가정 내나 소규모의 지역 내에서도 적합한 네트워크를 구축함으로써, 다양하게 활용되도록 되어 있다. 네트워크 시스템으로서는, 미국 전기 기술자 협회(IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.)에서 LAN 기술의 표준을 책정하고 있는 802 위원회가 정한 무선 LAN 규격의 하나인 IEEE802.11a에 준거한 5.2GHz 주변의 주파수 대역을 사용해서 36~54Mbps의 전송 속도로 데이터 통신을 행하는 고속 무선 LAN 시스템이나 IEEE802.11b에 준거한 2.4GHz 대역을 사용해서 11Mbps의 속도로 통신을 행하는 무선 LAN 시스템, 혹은, Bluetooth라 불리는 근거리 무선 통신 시스템 등의 각종 차세대 무선 네트워크 시스템이 제안되어 있다.

데이터 등의 송수신 시스템에서는, 이러한 무선 네트워크 시스템을 유효하게 이용하여, 가정 내나 방 밖 등의 다양한 장소에서 손쉽고 중계 장치 등을 통하지 않고 데이터의 수수, 인터넷 망에의 액세스나 데이터의 송수신이 가능하게 되어 있다.

한편, 데이터 등의 송수신 시스템에서, 특개 2002-280745호 공보에도 기재되어 있는 바와 같이, 소형 경량이고 휴대 가능한 상술한 통신 기능을 갖는 통신 단말기의 실현이 필수가 된다.

그런데, 종래, 각종 통신 방식이 제안되고, 복수의 통신 방식을 선택적으로 이용하여 선택적인 통신이 가능하게 되어 있다.

예를 들면 LAN(Local Area Network)나 PAN(Personal Area Network) 영역에서는, IEEE802.11b와 IEEE802.11a 등의 멀티 밴드 통신 유닛을 상품화하려 하고 있다.

그러나, 통신 속도가 큰 IEEE802.11a 등의 방식에서는, 소비 전력이 크고, 또한 듀얼 밴드 안테나 등도 통상의 안테나보다도 크기 때문에, 휴대형 기기 등에의 탑재는 부적합했다.

PDA(Personal Digital Assistant)나 휴대 전화 등의 휴대형 전자 기기에서도, 인터넷 경유로 큰 파일을 다운로드하고자 하는 용도는 존재하고, 그러기에는 실현 불가능했다.

[발명의 개시]

본 발명의 목적은, 상술한 바와 같은 종래 기술이 갖는 문제점을 해결할 수 있는, 신규한 무선 통신 안테나 및 무선 통신 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 휴대형 전자 기기에서도, 배터리에 여유가 있는 경우나, 상용 전원으로부터 직접 전원 공급을 받을 수 있을 때에는, 고 통신 레이트의 통신을 선택하고, 반대로, 외출 시 등, 전원을 세이브하고자 할 때에는, 저 소비 전력 모드로 자동적으로 설정 가능한 시스템 구성 및 하드웨어 구성을 가능하게 하는 무선 통신 안테나 및 무선 통신 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명에 따른 무선 통신 안테나는, 안테나 기판 상에 형성된 스위치를 통해 접속되는 복수의 안테나 소자 패턴을 갖고, 스위치에 의해 안테나 소자 패턴의 접속 상태를 절환함으로써 선택되는 복수의 공진 주파수를 갖는다.

본 발명에 따른 무선 통신 안테나는, 스위치가 예를 들면 MEMS 스위치 소자로 이루어지고, 다층 기판으로 이루어지는 안테나 기판에 매설된다.

본 발명에 따른 무선 통신 장치는 안테나 기판 상에 형성된 스위치를 통해 접속되는 복수의 안테나 소자 패턴을 갖고, 스위치에 의해 안테나 소자 패턴의 접속 상태를 절환함으로써, 선택되는 복수의 공진 주파수를 갖는 무선 통신 안테나와, 무선 통신 안테나에 접속되는 통신 영역이 서로 다른 복수의 통신 회로와, 사용하는 통신 대역에 따라 통신 회로를 선택함과 함께 무선 통신 안테나의 공진 주파수를 선택하는 제어를 행하는 제어부를 구비한다.

본 발명에 따른 무선 통신 장치에서, 제어부는, 예를 들면, 미리 설정 가능한 동작 모드에 따라서 사용하는 통신 대역을 자동적으로 설정해서, 통신 회로를 선택함과 함께 무선 통신 안테나의 공진 주파수를 선택하는 제어를 행한다.

또한, 제어부는, 예를 들면, 각 통신 회로에 의해 얻어지는 신호 수신 강도에 기초하여, 사용하는 통신 대역을 자동적으로 결정해서, 통신 회로를 선택함과 함께 무선 통신 안테나의 공진 주파수를 선택하는 제어를 행한다.

또한, 무선 통신 안테나의 스위치는, 예를 들면 MEMS 스위치 소자로 이루어지고, 다층 기판으로 이루어지는 안테나 기판에 매설되어 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 본 발명에 의해 얻어지는 구체적인 이점은, 이하에서 도면을 참조하여 설명되는 실시 형태의 설명으로부터 한층 더 명확해질 것이다.

도 1은 본 발명을 적용한 무선 통신 시스템을 나타내는 블록도.

도 2는 무선 통신 시스템에 사용되는 튜너블 안테나의 원리적인 구성을 나타내는 회로 구성도.

도 3은 MEMS 스위치 소자를 이용하여 구성한 튜너블 안테나의 구성예를 나타내는 평면도.

도 4는 튜너블 안테나의 대역 튜닝 소자를 나타내는 특성도.

도 5는 MEMS 스위치 소자의 구조를 나타내는 주요부 종단 측면도.

도 6은 MEMS 스위치 소자의 구조를 나타내는 주요부 평면도.

도 7의 (A)~도 7의 (D)는 MEMS 스위치 소자의 실장 과정을 나타내는 주요부 종단 측면도.

도 8, 도 9 및 10은 제어부에 의한 무선 통신 시스템의 제어 수단을 나타내는 플로우챠트.

도 11은 역 F형 모노폴 안테나로 구성되는 튜터블 안테나의 구성예를 나타내는 평면도.

도 12는 슬롯 타입의 안테나로 구성되는 튜너블 안테나의 구성예를 나타내는 평면도.

도 13은 스파이럴 형상의 안테나 패턴을 갖는 모노폴 안테나로 구성되는 튜너블 안테나의 구성예를 나타내는 평면도.

[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은, 예를 들면 도 1에 도시한 바와 같이 구성된 무선 통신 시스템(10)에 적용된다. 도 1에 도시하는 무선 통신 시스템(10)은, IEEE802.11a와 IEEE802.11b에 대응하는 멀티 밴드 무선 통신 시스템으로서, 튜너블 안테나(1)와, 이 튜너블 안테나(1)에 접속된 디플렉서(2)와, 이 디플렉서(2)에 접속된 제1 및 제2 송수 절환 스위치(3A, 3B)와, 제1 송수 절환 스위치(3)를 통해 디플렉서(2)에 접속되는 제1 송수신 회로(4)와, 제2 송수 절환 스위치(3A)를 통해 디플렉서(2)에 접속되는 제2 송수신 회로(5)와, 이들의 동작을 제어하는 시스템 제어부(6)로 이루어진다.

이 튜너블 안테나(1)는, 도 2에 원리적인 구성을 나타낸 바와 같이, λ/2 다이폴 안테나를 구성하는 2개의 안테나 소자(11, 12)를 각각 2분할하고, 그 분할 위치에, 분할된 안테나 소자(11A, 11B) 간을 접속하는 스위치(13A)와, 안테나 소자(12A , 12B) 간을 접속하는 스위치(13B)를 설치함으로써, 2종류의 주파수 대역에서 공진하는 구조로 한 것으로, 스위치(13A, 13B)를 개방한 상태에서는 RF 급전 단자(16)에 접속된 급전점 측의 2개의 안테나 소자(11A, 12A)만으로 고역 측의 주파수 대역에서 공진하는 λa/2 다이폴 안테나로서 기능하고, 스위치(13A, 13B)를 폐쇄한 상태에서는 2분할된 안테나 소자(11A, 11B, 12A, 12B) 전체에서 λa/2 다이폴 안테나로서 기능한다.

이 튜너블 안테나(1)는 5.2GHz 대에서 공진하는 파장을 λa라 하고, 2.4GHz 대에서 공진하는 파장을 λb라 하고, 급전점 측의 각 안테나 소자(11A, 12A)의 길이를 λ2/4로 하여, 이 급전점 측의 각 안테나 소자(11A, 12A)에 (λb-λa)/4 길이의 안테나 소자(11B, 12B)가 스위치(13B)를 통해 접속되는 구조로 함으로써, 스위치(13A, 13B)를 개방한 상태에서는 급전점 측의 2개의 안테나 소자(11A, 12A)만으로 IEEE802.11a에 준거한 데이터 통신에 사용하는 5.2GHz 대에서 공진하는 λa/2 다이폴 안테나로서 기능하고, 스위치(13A, 13B)를 개방한 상태에서는 2분할된 안테나 소자(11A, 11B, 12A, 12B) 전체에서 IEEE802.11b에 준거한 데이터 통신에 사용하는 2.4GHz 대에서 공진하는 λb/2 다이폴 안테나로서 기능한다.

각 스위치(13A, 13B)에는 각각 MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System) 스위치가 이용되고 있다.

각 스위치(13A, 13B)를 구동하는 드라이버(14A, 14B)에 시스템 제어부(6)로부터 디코더(15)를 통해 제어 신호(cont1, cont2)가 공급되고, 각 스위치(13A, 13B)는, IEEE802.11a에 준거한 통신 모드 시에 개방 상태로 되고, IEEE802.11b에 준거한 통신 모드 시에 폐쇄 상태로 된다.

여기서, 각 스위치(13A, 13B)에 MEME 스위치 소자를 이용한 튜너블 안테나(1)의 구성예를 도 3에 도시한다.

도 3은, 급전점으로부터 여진되는 대칭형 다이폴 안테나를 프린트 기판 상에 형성한 튜너블 안테나(1)의 구성예를 도시하고 있다.

도 3에 도시하는 튜너블 안테나(1)는, 안테나 기판(100)의 주면 상에 급전 단자부(110)와, 2분할한 절첩 패턴 형상의 각 안테나 소자 패턴(111A, 111B, 112A, 112B)과 그 분할 위치에 MEMS 스위치 소자(113A, 113B)를 형성하고 있다.

이 예에서는, 한쪽의 다이폴 소자의 길이는 개략 1/4λ(유전율 ε의 재질 중에서는 약 Rout(ε))이고, 원하는 길이의 절환을 MEMS 스위치 소자(113A, 113B)에 의해 행함으로써, 도 4와 같이 공진 주파수를 변화시키는 것이 가능하다.

도 4는 MEMS 스위치 소자(SW1, 2)(113A, 113B)에 의해 5.2GHz 대와 2.4GHz 대의 2종류의 주파수 대역으로 공진 대역을 절환할 수 있는 λ/2 다이폴 안테나를 형성한 튜너블 안테나(1)의 대역 튜닝의 모습을 도시하고 있다. 도 4에서, 횡축은 주파수(GHz)이고, 종축은 삽입 손실(dB)이고, 튜너블 안테나(1)는, MEMS 스위치 소자(113A, 113B)를 개방한 상태에서는 5.2GHz 대에서 공진하고, MEMS 스위치 소자(113A, 113B)를 폐쇄한 상태에서는 2.4GHz 대에서 공진하는 듀얼 밴드 안테나로서 기능한다.

여기서, 튜너블 안테나(1)의 각 스위치(13A, 13B)로서 이용되고 있는 MEMS 스위치 소자(113A, 113B)는, 마찬가지의 구조이기 때문에, MEMS 스위치 소자(113)로서, 그 구조를 설명한다.

MEMS 스위치 소자(113)는, 도 5에 주요부 종단 측면도에 도시함과 함께, 도 6에 주요부 평면도를 도시한 바와 같이, 제1 및 제2 제어 전극 패턴(131A, 131B), 제1 및 제2 접지 패턴(132A, 132B), 제1 및 제2 고정 접점 전극 패턴(133A, 133B)이 상호 절연된 상태로 형성된 실리콘 기판(130)과, 실리콘 기판(130) 상의 제1 제어 전극 패턴(131A)의 위치에 일단이 고정됨으로써 한쪽 지지 상태에서 지지된 가요성을 갖는 박판 형상의 절연 재료로 이루어지는 캔틸레버(134)로 이루어진다.

캔틸레버(134)에는, 제1 제어 전극 패턴(131A)에 전기적으로 접속되고 제2 제어 전극 패턴(l31B)에 대향하는 위치까지 연장하여 설치된 대향 전극 패턴(135)이 형성되어 있음과 함께, 그 자유단 측에 제1 및 제2 고정 접점 전극 패턴(133A, 133B)의 양방에 대향하도록 가동 절편(136)이 설치되어 있다.

이러한 구조의 MEMS 스위치 소자(113)에서는, 제1 및 제2 제어 전극 패턴(13 1A, 131B)에 드라이버(14A, 14B)로부터 구동 신호가 공급되면, 제1 및 제2 제어 전극 패턴(131A, 131B)의 대향 부분에 인가되는 구동 전압에 의해 정전적인 흡인력이 생성된다. 이 흡인력에 의해서, 한쪽 지지 구조의 캔틸레버(134)가 휘어, 자유단에 설치되어 있는 가동 절편(136)이 제1 및 제2 고정 접점 전극 패턴(133A, 133B)에 맞닿음으로써, 이 NEMS 스위치 소자(113)는, 제1 및 제2 고정 접점 전극 패턴(133A, 133B) 간이 가동 절편(136)을 통해 도통하여 폐쇄 상태를 유지한다.

또한, MEMS 스위치 소자(113)는, 폐쇄 상태에서 제1 및 제2 제어 전극 패턴 (131A, 131B)에 드라이버(14A, 14B)로부터 역바이어스의 구동 전압을 인가하는 구동 신호가 공급되면, 캔틸레버(134)가 초기 상태로 되돌아가, 가동 절편(136)이 제1 및 제2 고정 접점 전극 패턴(133A, 133B)으로부터 떨어져, 개방 상태로 된다.

MEMS 스위치 소자(113)는, 다음과 같은 처리에 의해 실장된다. 즉, 도 7A에 도시한 바와 같이 배선 패턴(120)이 형성된 유기 베이스 기판(100A) 상에, 도 7B에 도시한 바와 같이 실리콘 기판(130)을 상측으로 하여 금속 볼 범프(121)에 의해서 대향 간격을 유지한 상태에서 위치 결정하여 재치한다. 그리고, 예를 들면, 유기 베이스 기판(100A)을 80℃∼l20℃ 정도로 가열한 상태에서 금속 볼 펌프(121)를 수 십g 정도로 가압하면서 초음파를 인가함으로써, 유기 베이스 기판(100A) 상에 MEMS 스위치 소자(113)를 실장한다.

또한, NEMS 스위치 소자(113)의 실장 방법으로서는, 이러한 초음파 플립 플롭 실장법에 한정되지 않고, 적당한 베어 칩 실장법을 채용할 수 있다.

이와 같이, MEMS 스위치 소자(113)를 실장한 유기 베이스 기판(100A) 상에는, 도 7C, 도 7D에 도시한 바와 같이 또한, 실드 패턴(122)이 형성된 캡 기판(100B)이 재치되어 접합된다.

캡 기판(10OB)은, 상기 유기 베이스 기판(100A)과의 접합면에 MEMS 스위치 소자(113)를 피복하기에 충분한 크기를 갖는 오목부(123)가 형성되어 있고, 이 오목부(123)에 실드 패턴(122)이 예를 들면 수지 성형품에 대하여 삼차원적으로 전기 회로 패턴을 형성하는 MID(Molded Interconnect Device)법이나 증착법 등에 의해 성막 형성되어 있다.

캡 기판(100B)은, 다음과 같이 유기 베이스 기판(100A)에 접합된다.

예를 들면 질소 박스 등의 불활성 가스 분위기 속에서, 유기 베이스 기판(100A)에 대하여 캡 기판(100B)을 위치 정렬하여 서로 겹치게 한 상태에서 예를 들면 초음파 용착법 등으로 일체화한다.

이와 같이 유기 베이스 기판(100A)과 캡 기판(100B)을 질소 박스 내에서 접합함으로써, 유기 베이스 기판(100A)과 캡 기판(100B)은, 접합한 상태에서 오목부(123)에 의해 구성되는 MEMS 스위치 수납 공간부(124) 내에 질소를 봉입한 상태에서 MEMS 스위치 소자(113)를 수납하게 된다. 따라서, MEMS 스위치 소자(113)는, MEMS 스위치 수납 공간부(124) 내에 내습특성 및 내산화성을 유지한 상태에서 실장되므로, 각 구성 요소의 산화나 가동 절편(136)의 접착 등이 방지되어, 내구성 및 동작 안정성의 향상이 도모되고, 고주파적인 손실을 방지하고, 또한 안테나 전체를 컴팩트하게 형성할 수 있다.

이 무선 통신 시스템(10)에서의 튜너블 안테나(1)는, 이와 같이 유기 베이스 기판(100A)과 캡 기판(100B)을 접합하여 이루어지는 안테나 기판(100)의 MEMS 스위치 소자(113)가 매설되고, 유기 베이스 기판(100A)에 형성되어 있는 배선 패턴(120 )에 비아(126A, 126B)를 통하여 접속된 안테나 소자 패턴(125A, 125B)이 캡 기판(100B) 상에 성막 형성된다.

이 무선 통신 시스템(10)에서는, 튜너블 안테나(1)에 디플렉서(2)와 제1 및 제2 송수 절환 스위치(3A, 3B)를 통해 제1 송수신 회로(4) 및 제2 송수신 회로(5 )가 접속되어 있다.

제1 및 제2 송수 절환 스위치(3A, 3B)는, 후술하는 바와 같이 시스템 제어부(6)에 의해서 동작이 제어된다.

제1 송수신 회로(4)는, 도 1에 도시한 바와 같이 송신 데이터의 변조 방식으로서 직교 주파수 분할 다중(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing)을 채용하여 5.2GHz 대역의 캐리어로 IEEE802.11a에 준거한 데이터 통신 A를 행하는 디지털 제어부(40)와 RF 프론트 엔드부(140)로 이루어진다.

디지털 제어부(40)는, CPU(41), 플래시 메모리(42), 디지털 물리층(43) 및 MAC(Media Access Control)(44) 등으로 이루어지고, 송신 데이터를 생성하여 RF 프론트 엔드부(140)에 송출하고, RF 프론트 엔드부(140)로부터 복조된 수신 데이터를 수신한다.

RF 프론트 엔드부(140)는, 송신 블록(240), 수신 블록(340) 및 국부 발진 블록(44O)으로 이루어진다.

송신 블록(240)은, 도 1에 도시한 바와 같이 디지털 제어부(4O)로부터 송신 데이터가 디멀티플렉서(DEMUX)(241)를 통해 공급되는 데이터 변환부(242), 이 데이터 변환부(242)에 접속된 D/A 변환부(243), 이 D/A 변환부(243)에 접속된 변조부(244), 이 변조 처리부(244)의 변조 출력이 공급되는 전력 증폭부(245), 전력 증폭부(245)에서 발생하는 신호 왜곡을 보상하기 위한 왜곡 보상 처리부(디지털프리디스토션)(246) 등으로 이루어진다.

데이터 변환부(242)에서는, 디멀티플렉서(DEN4UX)(241)를 통해 공급되는 송신 데이터(시계열 데이터)를 시리얼 데이터로부터 패러랠 데이터로 변환함으로써, 송신하는 각 캐리어에 상기 송신 데이터의 비트를 할당하여, 역고속 푸리에 변환(I-FFT)함으로써 시간 영역의 데이터로 변환한다.

D/A 변환부(243)는, 데이터 변환부(242)에 의해 각 캐리어에 할당된 시간 영역의 송신 데이터를 아날로그 신호로 변환하여 변조부(244)에 공급한다.

변조부(244)는, D/A 변환부(243)에 의해 아날로그 신호로 변환된 시간 영역의 송신 데이터로 직교 캐리어를 변조한다.

전력 증폭부(245)는, 변조부(244)에 의해 얻어지는 직교 변조 신호를 증폭한다. 이 전력 증폭부(245)에 의해 증폭된 직교 변조 신호가 제1 송수 절환 스위치(3A) 및 디플렉서(2)를 통해 튜너블 안테나(1)에 공급된다.

또한, 왜곡 보상 처리부(246)는, 전력 증폭부(245)로부터 출력되는 직교 변조 신호에 발생하는 신호 왜곡을 보상하기 위한 왜곡 보상 처리를 각 캐리어에 할당된 시간 영역의 송신 데이터에 대하여 미리 행하고 있다.

또한, 수신 블록(340)은, 송신 블록(240)과 반대의 처리를 행함으로써, RF 증폭부(341), 복조부(342), A/D 변환부(343), 데이터 역변환부(344) 및 멀티플렉서(MUX)(345)로 이루어진다.

RF 증폭부(341)는, 튜너블 안테나(1)로부터 디플렉서(2) 및 제1 송수 절환 스위치(3A)를 통해 공급되는 수신 신호를 증폭하여 복조부(342)에 공급한다.

복조부(342)는, RF 증폭부(341)로부터 공급되는 수신 신호(직교 변조 신호)에 직교 캐리어를 승산함으로써, 각 캐리어에 비트가 할당된 시간 영역의 수신 데이터의 아날로그 신호를 복조한다.

A/D 변환부(343)는, 시간 영역의 수신 데이터의 아날로그 신호를 디지털화함으로써 시간 영역의 수신 데이터로 변환하여 데이터 역변환부(344)에 공급함과 함께, 시간 영역의 수신 데이터의 아날로그 신호의 진폭값에 의해 나타내어지는 수신 강도 신호(RSSI_ A)를 시스템 제어부(6)에 공급한다.

데이터 역변환부(344)는, A/D 변환부(343)로부터 공급되는 시간 영역의 수신 데이터를 고속 푸리에 변환(I-FFT)함으로써 얻어지는 주파수 영역의 수신 데이터를 시리얼 데이터로부터 패러랠 데이터로 변환하여, 멀티플렉서(DEMUX)를 통해 상기 디지털 제어부(4O)에 공급한다.

국부 발진 블록(440)은, 5.2GHz 대의 직교 2상 신호를 생성하는 전압 제어형 발진기(VCO)(441)와, 이 VCO(441)를 PLL 제어하는 PLL 회로(442)로 이루어지고, VCO(441)에 의해 얻어지는 직교 2상 신호를 송신용의 직교 캐리어로서 송신 블록(240)의 변조부(244)에 공급함과 함께, 직교 2상 신호를 직교 변조용의 직교 캐리어로서 수신 블록(340)의 복조부(342)에 공급한다.

또한, 제2 송수신 회로(5)는, 송신 데이터의 변조 방식으로서 직교 주파수 분할 다중(0FDM:0rthogonal Frequency Division Multiplexing)을 채용하여 2.4GHz 대역의 캐리어로 IEEE802.11b에 준거한 데이터 통신 B를 행하는 디지털 제어부(5O)와 RF 프론트 엔드부(150)로 이루어진다.

디지털 제어부(50)는, CPU(51), 플래시 메모리(52), 디지털 물리층(53) 및 MAC(Media Access Contro1)(54) 등으로 이루어지고, 송신 데이터를 생성하여 RF 프론트 엔드부(150)에 송출하고, RF 프론트 엔드부(150)로부터 복조된 수신 데이터를 수신한다.

RF 프론트 엔드부(150)는, 송신 블록(250), 수신 블록(350) 및 국부 발진 블록(450)으로 이루어진다.

송신 블록(250)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 디지털 제어부(50)로부터 송신 데이터가 디멀티플렉서(DEMUX)(251)를 통해 공급되는 데이터 변환부(252), 이 데이터 변환부(252)에 접속된 D/A 변환부(253), 이 D/A 변환부(253)에 접속된 변조부(254), 이 변조 처리부(254)의 변조 출력이 공급되는 전력 증폭부(255), 전력 증폭부(255)에서 발생하는 신호 왜곡을 보상하기 위한 왜곡 보상 처리부(디지털프리디스토션)(256) 등으로 이루어진다.

데이터 변환부(252)에서는, 디멀티플렉서(DEMUX)(251)를 통해 공급되는 송신 데이터(시계열 데이터)를 시리얼 데이터로부터 패러랠 데이터로 변환함으로써, 송신하는 각 캐리어에 송신 데이터의 비트를 할당하고, 역고속 푸리에 변환(I-FFT)함으로써 시간 영역의 데이터로 변환한다.

D/A 변환부(253)는, 데이터 변환부(252)에 의해 각 캐리어에 할당된 시간 영역의 송신 데이터를 아날로그 신호로 변환하여 변조부(254)에 공급한다.

변조부(254)는, D/A 변환부(253)에 의해 아날로그 신호로 변환된 시간 영역의 송신 데이터로 직교 캐리어를 변조한다.

전력 증폭부(255)는, 변조부(254)에 의해 얻어지는 직교 변조 신호를 증폭한다.

그리고, 전력 증폭부(255)에 의해 증폭된 직교 변조 신호가 제1 송수 절환 스위치(3B) 및 디플렉서(2)를 통해 튜너블 안테나(1)에 공급된다.

또한, 왜곡 보상 처리부(256)는, 전력 증폭부(255)로부터 출력되는 직교 변조 신호에 발생하는 신호 왜곡을 보상하기 위한 왜곡 보상 처리를 각 캐리어에 할당된 시간 영역의 송신 데이터에 대하여 미리 행하고 있다.

또한, 수신 블록(350)은, 송신 블록(250)과 반대의 처리를 행함으로써, RF 증폭부(351), 복조부(352), A/D 변환부(353), 데이터 역변환부(354) 및 멀티플렉서(MUX)(355)로 이루어진다.

RF 증폭부(351)는, 튜너블 안테나(1)로부터 디플렉서(2) 및 제2 송수 절환 스위치(3B)를 통해 공급되는 수신 신호를 증폭하여 복조부(352)에 공급한다.

복조부(352)는, RF 증폭부(351)로부터 공급되는 수신 신호(직교 변조 신호)에 직교 캐리어를 승산함으로써, 각 캐리어에 비트가 할당된 시간 영역의 수신 데이터의 아날로그 신호를 복조한다.

A/D 변환부(353)는, 시간 영역의 수신 데이터의 아날로그 신호를 디지털화함으로써 시간 영역의 수신 데이터로 변환하여 데이터 역변환부(354)에 공급함과 함께, 시간 영역의 수신 데이터의 아날로그 신호의 진폭값에 의해 나타내어지는 수신 강도 신호(RSSI_B)를 시스템 제어부(6)에 공급한다.

데이터 역변환부(354)는, A/D 변환부(353)로부터 공급되는 시간 영역의 수신 데이터를 고속 푸리에 변환(I-FFT)함으로써 얻어지는 주파수 영역의 수신 데이터를 시리얼 데이터로부터 패러랠 데이터로 변환하여, 멀티플렉서(MUX)(355)를 통해 상기 디지털 제어부(50)에 공급한다.

국부 발진 블록(450)은, 2.4GHz 대의 직교 2상 신호를 생성하는 전압 제어형 발진기(VCO)(451)와, 이 VCO(451)를 PLL 제어하는 PLL 회로(452)로 이루어지고, VCO(451)에 의해 얻어지는 직교 2상 신호를 송신용의 직교 캐리어로서 송신 블록(250)의 변조부(254)에 공급함과 함께, 직교 2상 신호를 직교 변조용의 직교 캐리어로서 상기 수신 블록(350)의 복조부(352)에 공급한다.

그리고, 시스템 제어부(6)는, 도 8∼도 10의 플로우차트에 도시하는 순서에 따라서 무선 통신 시스템(10)을 제어한다.

우선, 시스템 제어부(6)는, 도 8에 도시한 바와 같이 무선 통신 시스템(10) 전체를 리셋 상태로 하고 나서, 제2 송수신 회로(5)에 의해 데이터 통신 B를 행하는 IEEE802.11b에 준거한 통신 모드로 하고(스텝 S1), 제어 신호(cont1, cont2)를 ON으로 하여, 튜너블 안테나(1)의 각 스위치(13A, 13B)를 폐쇄 상태로 함으로써, 튜너블 안테나(1)를 IEEE802.11b에 준거한 데이터 통신 B에 사용하는 2.4GHz 대에서 공진하는 λb/2 다이폴 안테나로서 기능하도록 설정한다(스텝 S2).

그리고, 제2 송수신 회로(5)의 국부 발진 블록(440)을 제어하여, 주파수 스캔을 행하고(스텝 S3), 제2 송수신 회로(5)의 수신 강도 신호(RSSI_B)를 모니터하 면서(스텝 S4), IEEE802.11b에 준거한 데이터 통신 B가 가능인지의 여부를 판정한다(스텝 S5).

이 스텝 S5에서의 판정 결과가 "예", 즉, IEEE802.11b에 준거한 데이터 통신 B가 가능한 경우에는, 이 IEEE802.11b에 준거한 데이터 통신 B의 사용 가부 상태를 나타내는 스테이터스 B를 「1」로 하여 메모리에 기억한다(스텝 S6).

또한, 스텝 S5에서의 판정 결과가 "아니오", 즉, IEEE802.11b에 준거한 데이터 통신 B를 할 수 없는 경우에는, 이 IEEE802.11b에 준거한 데이터 통신 B의 사용 가부 상태를 나타내는 스테이터스 B를 「0」으로 하여 메모리에 기억한다(스텝 S7).

다음으로, 시스템 제어부(6)는, 도 9에 도시한 바와 같이 무선 통신 시스템(10) 전체를 리셋 상태로 하여, 제1 송수신 회로(4)에 의해 데이터 통신 A를 행하는 IEEE802.11a에 준거한 통신 모드로 하고(스텝 S8), 제어 신호(cont1, cont2)를 OFF로 하고, 튜너블 안테나(1)의 각 스위치(13A, 13B)를 개방 상태로 함으로써, 튜너블 안테나(1)를 IEEE802.11a에 준거한 데이터 통신 A에 사용하는 5.2GHz 대에서 공진하는 λa/2 다이폴 안테나로서 기능하도록 설정한다(스텝 S9).

그리고, 제1 송수신 회로(4)의 국부 발진 블록(44O)을 제어하여, 주파수 스캔을 행하고(스텝 S10), 제1 송수신 회로(4)의 수신 강도 신호(RSSl_A)를 모니터하면서(스텝 S11), IEEE802.11a에 준거한 데이터 통신 A가 가능인지의 여부를 판정한다(스텝 S12).

이 스텝 S12에서의 판정 결과가 "예", 즉, IEEE802.11a에 준거한 데이터 통신 A가 가능한 경우에는, 이 IEEE802.11a에 준거한 데이터 통신 A의 사용 가부 상태를 나타내는 스테이터스 A를 「1」로 하여 메모리에 기억한다(스텝 S13).

또한, 스텝 S12에서의 판정 결과가 "아니오", 즉, IEEE802.11a에 준거한 데이터 통신 A를 할 수 없는 경우에는, 이 IEEE802.11a에 준거한 데이터 통신 A의 사용 가부 상태를 나타내는 스테이터스 A를 「0」으로 하여 메모리에 기억한다(스텝 S14).

그리고, 시스템 제어부(6)는, 도 1O에 도시한 바와 같이, IEEE802.11a에 준거한 데이터 통신 A 및 IEEE802.11b에 준거한 데이터 통신 B의 사용 가부 상태를 판정하여, 데이터 통신 A 및 데이터 통신 B의 사용 가부 상태를 나타내는 스테이터스 A 및 스테이터스 B를 메모리에 기억한다(스텝 S15).

또한, 시스템 제어부(6)는, 메모리에 기억한 스테이터스 A 및 스테이터스 B를 체크하여(스텝 S16), 데이터 통신 A 및 데이터 통신 B의 쌍방 모두 사용 가능하면, 현재의 자기(子機)의 상태가 희망하고 있는 통신 모드(파워세이브 모드인지 고통신 Rate 모드)인지를 체크(스텝 S17)한다.

그리고, 현재의 자기의 상태가 희망하고 있는 통신 모드가 파워세이브 모드이면, 제어 신호(cont1, cont2)를 ON으로 하고, IEEE802.11b에 준거한 데이터 통신 B에서의 수신 모드로 고정한다(스텝 S18).

반대로, 고 통신 Rate 모드가 우선되는 설정이면 제어 신호(cont1, cont2)를 OFF로 하여, 튜너블 안테나(1)의 수신 감도를 5.2GHz 대로 튜닝한 후, IEEE802.11a에 준거한 데이터 통신 A에서의 수신 모드로 설정한다(스텝 S19).

또한, 시스템 제어부(6)는, 스텝 S16에서 스테이터스 A 및 스테이터스 B를 체크한 결과, 어느 한쪽의 데이터 통신만이 사용 가능한 경우에는, 강제적으로 사용 가능한 통신 방식으로 고정하고, 강제 모드임을 표시한다(스텝 S20).

또한, 어느 쪽의 데이터 통신도 사용 가능하지 않은 경우에는, 사용 불가를 표시하고, 통신을 「OFF」로 한다(스텝 S21).

이 무선 통신 시스템(10)에서는, 각 송수신 회로(4, 5)에 의해 얻어지는 수신 강도 신호(RSSI 신호)에 기초하여, 시스템 제어부(6)에서 제어 신호(cont1, cont2)를 생성하여 동작 모드를 절환함으로써, 자동적으로 적정한 통신 모드를 선택하여 데이터 통신을 행할 수 있다.

또한, 상술한 2개의 방식의 데이터 통신의 사용 가부 상태를, 예를 들면, 어떤 특정 시간 간격으로 모니터해 둠으로써, 어떠한 원인, 예를 들면, 슬립 모드로부터 눈떴을때, 상태가 리셋되었을 때 등의 한쪽 통신 방식이 사용 불능으로 되었을 때에는, 자동적으로 어느 쪽인지 가능한 방식으로 절환하는 것도 가능하다.

상술한 설명에서는, 2밴드의 통신 시스템을 절환하는 예를 나타냈는데, 3밴드 이상이라도 마찬가지의 방법으로 통신 상태를 체크, 모니터하고, 안테나도 3분할로 하고, MEMS 스위치 소자로부터 절환 가능하게 함으로써 자동 튜닝 기구를 용이하게 구축할 수 있다.

또한, 안테나의 공진 주파수를 절환하는 스위치(13A, 13B)로서, MEMS 스위치 소자(113A, 113B)를 응용한 예를 나타내었는데, 물론 통상의 다이오드나 트랜지스터를 이용한 능동 소자 스위치라도, 소비 전력의 상승이 걱정되는 것 이외에, 아무런 부적합한 것없이 실현 가능하다.

또한, 상술한 예에서는, 튜너블 안테나(1)로서 절칩 패턴 형상의 안테나 소자 패턴(111A, 111B, 112A, 112B)을 갖는 λ/2 다이폴 안테나를 이용했는데, 예를 들면 도 11에 도시한 바와 같이 역 F형의 모노폴 안테나(210)로 안테나 소자 패턴 (211)의 길이를 MEMS 스위치 소자(213)에 의해 절환하여, 공진 주파수를 변화시키도록 하거나, 도 12에 도시한 바와 같이 마이크로 스트립 급전되는 슬롯 타입의 안테나(310)로 안테나 소자 패턴(311)을 MEMS 스위치 소자(313)에 의해 절환하여 공진 주파수를 변화시킬 수도 있다.

또한, 다층의 프린트 기판의 다층 구조를 이용하여 삼차원 구조의 안테나를 구성하고, MEMS 스위치 소자에 의해 절환할 수 있고, 예를 들면, 도 13에 도시한 바와 같이 다층의 프린트 기판의 다층 구조를 이용하여 형성한 스파이럴 형상의 안테나 패턴(411)을 갖는 모노폴 안테나(410)로 MEMS 스위치 소자(413)에 의해 공진 주파수를 절환하도록 할 수도 있다.

또한, 본 발명은, 도면을 참조하여 설명한 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 첨부한 청구의 범위 및 그 주지를 일탈하지 않고, 여러가지 변경, 치환 또는 그와 동등한 것을 행하는 것이 가능함은 당업자에게 있어서 분명하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 복수의 통신 시스템을 절환하여 선택하면서 이용한다고 하는 번잡함을 해소하고, 사용자는 어느 통신을 이용하고 있는지 의식하지 않고, 그 곳의 환경, 사용 상태에 따른 통신 방식을 선택하여 이용하는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 발명은, MEMS 스위치 소자를 안테나 기판에 내장함으로써, 전체를 컴팩트하고 저소비 전력으로 구성할 수 있다.

Claims

안테나 기판 상에 형성된 스위치를 통하여 접속되는 복수의 안테나 소자 패턴을 갖고,

상기 스위치에 의해 안테나 소자 패턴의 접속 상태를 절환함으로써, 선택되는 복수의 공진 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 무선 통신 안테나.
제1항에 있어서,

상기 스위치는, MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System) 스위치 소자로 이루어지고, 다층 기판으로 이루어지는 안테나 기판에 매설되어 있는 것을 특징으로 하는 무선 통신 안테나.
안테나 기판 상에 형성된 스위치를 통하여 접속되는 복수의 안테나 소자 패턴을 갖고, 상기 스위치에 의해 안테나 소자 패턴의 접속 상태를 절환함으로써, 선택되는 복수의 공진 주파수를 갖는 무선 통신 안테나와,

상기 무선 통신 안테나에 접속되는 통신 대역이 서로 다른 복수의 통신 회로와,

사용하는 통신 대역에 따라서 통신 회로를 선택함과 함께 무선 통신 안테나의 공진 주파수를 선택하는 제어를 행하는 제어부

를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
제3항에 있어서,

상기 제어부는, 미리 설정 가능한 동작 모드에 따라서 사용하는 통신 대역을 자동적으로 결정하여, 통신 회로를 선택함과 함께 무선 통신 안테나의 공진 주파수를 선택하는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
제3항에 있어서,

상기 제어부는, 각 통신 회로에 의해 얻어지는 신호 수신 강도에 기초하여 사용하는 통신 대역을 자동적으로 결정하여 통신 회로를 선택함과 함께 무선 통신 안테나의 공진 주파수를 선택하는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
제3항에 있어서,

상기 무선 통신 안테나의 스위치는, MEMS 스위치 소자로 이루어지고, 다층 기판으로 이루어지는 안테나 기판에 매설되어 있는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.