KR20070099294A - 부하의 임피던스 정합시스템 및 정합방법과, 이를 적용한네트워크 분석기 - Google Patents

부하의 임피던스 정합시스템 및 정합방법과, 이를 적용한네트워크 분석기 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 부하의 임피던스 정합시스템 및 정합방법과, 이를 적용한 네트워크 분석기에 관한 것이다. 본 임피던스 정합시스템은, 부하를 통해 출력되는 전류와, 부하를 통해 입력되는 전류의 적어도 일부를 추출하여 각각 출력신호와 입력신호를 생성하는 신호추출부; 출력신호와 입력신호의 위상과 진폭을 각각 비교하는 비교부; 비교부로부터 제공된 비교결과를 이용하여 반사계수를 구하는 계수산출부; 및, 반사계수가 미리 설정된 값을 갖도록, 출력신호와 입력신호의 진폭 및 위상을 정합시키는 정합회로를 제어하는 신호를 발생시키는 회로제어부;를 포함한다. 이에 의해, 반사계수를 보다 정확하고 간편하게 측정할 수 있으므로, 부하의 임피던스 매칭을 신속하고 정확하게 수행할 수 있다. 또한, 안테나의 소형화에 기여할 수 있다.
부하, 안테나, 위상, 진폭, 반사계수, 임피던스, 매칭

Description

부하의 임피던스 정합시스템 및 정합방법과, 이를 적용한 네트워크 분석기{IMPEDANCE MATCHING SYSTEM AND METHOD THEREOF AND NETWORK ANALYZER}
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따라 안테나에 적용한 임피던스 정합 시스템의 구성도,
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따라 안테나에 적용한 임피던스 정합 시스템의 구성도,
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 네트워크 분석기의 구성도,
도 4는 도 1의 제1실시예에 따른 임피던스 정합 시스템의 임피던스 정합과정을 나타낸 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1, 101, 201 : 안테나 10, 110, 210 : 방향성 커플러
11, 111, 211 : 처리블럭 15, 115 : 믹서
20, 120 : 로컬 오실레이터 25, 137 : BPF
30, 130 : VGA 35, 135 : AD컨버터
40, 140, 240 : 진폭비교부 45, 145, 245 : 위상비교부
50, 150, 250 : 계수산출부 55, 155 : 회로제어부
60, 160 : 정합회로 125 : LPF
본 발명은 부하의 임피던스 정합시스템 및 정합방법과, 이를 적용한 네트워크 분석기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 부하의 임피던스 매칭을 보다 정확하게 신속하게 수행할 수 있도록 하는 부하의 임피던스 정합시스템 및 정합방법과, 이를 적용한 네트워크 분석기에 관한 것이다.
일반적으로 안테나와 같은 부하의 경우, 부하의 출력을 최적화하기 위한 부하 임피던스 값이 미리 설정되어 있다. 예를 들어, 일부 안테나의 경우 임피던스가 50Ω으로 설정되어 있다.
따라서, 부하의 성능을 최적으로 유지하기 위해서는 임피던스가 항상 미리 설정된 값을 유지하도록 하는 것이 중요하다. 그러나, 임피던스 값은 외부 환경, 선형성 등에 의해 쉽게 변할 수 있다. 예를 들어, 온도나 습도가 너무 높거나 낮은 경우, 안테나 주변에 금속성 물질이 있는 경우, 임피던스 값이 변화한다.
이렇게 임피던스 값이 변화하면, RF 신호의 송신시, 안테나를 통해 출력되어야 하는 RF 신호의 전력 효율이 낮아지고, 그 결과 송신될 RF 신호의 일부가 안테나의 입력단측에서 반사되어 역방향으로 흘러 송신회로로 입력된다. 또한 RF 신호의 수신시에는 수신되는 RF 신호의 전력 효율이 낮아져서 수신될 RF 신호가 제대로 수신되지 아니하고, 수신된 RF 신호가 역방향으로 흘러 안테나를 통해 출력된다.
이러한 RF 신호의 송수신시, 안테나를 통해 출력되는 RF 신호에 대해 반사되 는 신호의 진폭 비율과 위상차는 반사계수로 나타낼 수 있으며, 반사계수는 임피던스의 변화 정도와 안테나의 성능 열화 정도를 나타낸다. 반사계수는 이상적인 경우, 즉, RF 신호의 송신시 송신회로로 반사되는 신호가 없고, RF 신호의 수신시 안테나를 통해 출력되는 신호가 없는 경우, 0이 된다. 따라서, 반사계수는 임피던스를 판단하는 기준이 될 수 있다.
이러한 임피던스 값의 변화시, 임피던스를 50Ω에 다시 매칭시키기 위해, 다양한 방법이 사용되고 있으며, 그 중 정합회로를 이용하여 임피던스를 매칭시키는 방법이 주로 사용하고 있다.
일반적으로 정합회로는, 인덕터와 커패시터 등의 소자로 이루어져 있으며, 이 중, 커패시터는 전압에 따라 용량이 가변되는 버랙터(varactor)로 형성된다. 따라서, 정합회로에 제공되는 전압을 가변시키면, 인덕턴스와 콘덴서용량이 변화하므로, 임피던스를 변화시킬 수 있다.
이러한 정합회로를 사용하는 경우, 정합회로에 제공되는 전압을 정확히 결정하는 것이 정확한 임피던스 매칭에 관건이 되며, 전압 결정을 위해 다양한 방법들이 사용되고 있다.
한편, 최근에는 휴대폰의 소형화에 따라 안테나의 크기도 소형화되고 있으며, 심지어는 휴대폰내에 인테나 형태로 내장되기도 한다. 그런데, 안테나의 크기가 작아질수록 제작시 임피던스의 정합이 어려워지며, 동작시에는 일반 사이즈의 안테나보다 환경의 영향을 많이 받게 된다. 따라서, 소형 안테나의 경우에는 종래에 사용되던 전압 결정 방법으로는 충분히 정확한 임피던스 정합을 수행하기 어려 울 뿐만 아니라 임피던스 정합과정을 여러번 반복해야 원하는 임피던스에 매칭시킬 수 있다. 이에 따라, 보다 정확하고 신속한 임피던스 매칭을 수행하기 위한 방법을 모색하여야 할 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은, 보다 정확하고 신속한 임피던스 매칭을 수행할 수 있도록 하는 부하의 임피던스 정합시스템 및 정합방법과, 이를 적용한 네트워크 분석기를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 부하를 통해 출력되는 전류와, 부하를 통해 입력되는 전류의 적어도 일부를 추출하여 각각 출력신호와 입력신호를 생성하는 신호추출부; 상기 출력신호와 입력신호의 위상과 진폭을 각각 비교하는 비교부; 상기 비교부로부터 제공된 비교결과를 이용하여 반사계수를 구하는 계수산출부; 및, 상기 반사계수가 미리 설정된 값을 갖도록, 상기 출력신호와 입력신호의 진폭 및 위상을 정합시키는 정합회로를 제어하는 신호를 발생시키는 회로제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 신호추출부는, 송신회로의 동작시, 상기 부하를 통해 출력되는 전류를 소정 비율로 추출하여 출력신호를 생성하고, 상기 부하에서 반사된 전류를 소정 비율로 추출하여 입력신호를 생성하는 방향성 커플러일 수 있다.
상기 신호추출부는, 수신회로의 동작시, 상기 부하를 통해 입력되는 전류를 소정 비율로 추출하여 입력신호를 생성하고, 상기 수신회로에서 반사된 전류를 소 정 비율로 추출하여 출력신호를 생성하는 방향성 커플러일 수 있다.
상기 출력신호와 상기 입력신호 각각과 소정의 주파수를 믹싱하여 상기 출력신호와 상기 입력신호를 일정 주파수 대역으로 다운시키는 한 쌍의 믹서를 더 포함할 수 있다.
기저대역 주파수와 상기 일정 주파수 대역 차이를 갖는 주파수 성분을 발진시켜 상기 믹서로 제공하는 로컬 오실레이터를 더 포함할 수 있다.
상기 출력신호와 입력신호를 필터링하는 한 쌍의 필터를 포함할 수 있다.
상기 각 필터는, 상기 일정 주파수 대역을 중심으로 신호를 필터링하는 한 쌍의 BPF로 구성될 수 있다.
상기 각 필터는, 상기 일정 주파수 대역 이상의 신호를 필터링하는 한 쌍의 LPF로 구성될 수 있다.
상기 출력신호와 입력신호를 증폭시키는 한 쌍의 증폭기를 더 포함할 수 있다.
상기 증폭기는, 상기 출력신호와 입력신호의 증폭비율을 조절할 수 있는 VGA일 수 있다. 상기 증폭기는, 상기 출력신호와 입력신호를 동일한 비율로 증폭시키는 것이 바람직하다.
상기 출력신호와 입력신호를 디지털 신호로 변환하는 AD컨버터를 더 포함할 수 있다.
상기 LPF에서 필터링되고, 상기 AD컨버터에서 디지털 신호로 변환된 상기 출력신호와 입력신호를 일정 대역을 기준으로 필터링하는 BPF를 더 포함하는 것이 바 람직하다.
상기 비교부는, 디지털화된 상기 출력신호와 입력신호의 진폭을 비교하여 상기 출력신호와 입력신호의 진폭을 각각 산출하는 진폭비교부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 비교부는, 디지털화된 상기 출력신호와 입력신호의 위상을 비교하여 상기 출력신호와 입력신호의 위상차를 산출하는 위상비교부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 회로제어부는, 상기 계수산출부에서 산출된 반사계수에 따라, 상기 정합회로를 구성하는 소자 중 가변소자들에 가해지는 전압값을 결정하는 것이 바람직하다.
상기 회로제어부는, 상기 정합회로에 의해 부하의 임피던스가 50Ω이 되도록 상기 전압값을 결정하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 목적은, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 부하를 통해 출력되는 전류와 부하를 통해 입력되는 전류의 적어도 일부를 추출하여 각각 출력신호와 입력신호를 생성하는 신호추출부; 상기 출력신호와 입력신호의 위상과 진폭을 각각 비교하는 비교부; 및, 상기 위상비교부와 진폭비교부로부터 제공된 비교결과를 이용하여 반사계수를 구하는 계수산출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하의 네트워크 분석기에 의해서도 달성될 수 있다.
한편, 상기 목적은, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 부하를 통해 출력되는 전류와, 부하를 통해 입력되는 전류의 적어도 일부를 추출하여 출력신호와 입력신 호를 생성하는 생성단계; 상기 출력신호와 입력신호의 위상과 진폭을 각각 비교하는 비교단계; 상기 비교결과를 이용하여 반사계수를 산출하는 산출단계; 및, 상기 반사계수가 미리 설정된 값을 갖도록 정합회로로 제공되는 전압값을 결정하는 결정단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하의 임피던스 정합방법에 의해서도 달성될 수 있다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따라 안테나에 적용한 임피던스 정합 시스템의 구성도이다.
본 실시예의 임피던스 정합 시스템은, 안테나(1)와 송수신회로 사이에 설치되며, 방향성 커플러(10)(Directional Coupler), 처리블럭(11), 진폭비교부(40), 위상비교부(45), 계수산출부(50), 회로제어부(55), 정합회로(60)를 포함한다.
방향성 커플러(10)는, 안테나(1)와 송수신회로를 연결하는 라인 상에 설치되며, 안테나(1)로 출력되는 전류인 출력신호와, 안테나(1)로 입력되는 전류인 입력신호를 소정 비율로 추출한다. 이 때, 방향성 커플러(10)에서 추출되는 출력신호와 입력신호의 추출 비율을 동일하다. 여기서, 출력신호와 입력신호는 상대적으로 그 진폭의 차이가 크며, 송신회로가 동작하는지 수신회로가 동작하는지 여부에 따라, 출력신호의 진폭이 클수도 있고 입력신호의 진폭이 클수도 있다.
예를 들어, 방향성 커플러(10)는, 송신회로가 동작하는 경우에는, 안테나(1)를 통해 출력되는 출력신호와, 안테나(1)에서 반사되어 송신회로로 되돌아오는 입력신호를 소정의 비율로 추출하며, 이 경우, 출력신호가 입력신호보다 크다. 그리 고 방향성 커플러(10)는, 수신회로의 동작시에는 안테나(1)를 통해 입력되는 입력신호와, 수신회로에서 반사된 출력신호를 소정의 비율로 추출하며, 이 경우, 입력신호가 출력신호보다 크다.
한편, 송신회로가 동작하는 경우, 방향성 커플러(10)를 통해 추출되는 출력신호는 Acosωct로 나타낼 수 있고, 입력신호는 A'cosωct+Δφ로 나타낼 수 있다. 여기서, A, A'은 각각 출력신호와 입력신호의 진폭이고, ωc = 2πfc 로서 수신 주파수이고, Δφ는 출력신호와 입력신호 간의 위상차이다.
처리블럭(11)은, 방향성 커플러(10)에서 추출된 입력신호와 출력신호를 위상과 진폭의 비교가 가능한 상태로 처리하며, 로컬 오실레이터(20), 한 쌍의 믹서(15), 한 쌍의 BPF(25)(Band Pass Filter), 한 쌍의 VGA(30)(Variable Gain Amplifier), 한 쌍의 AD컨버터(35)를 포함한다.
로컬 오실레이터(20)(Local Oscillator)는, 안테나(1)로 출력 또는 입력되는 신호의 반송파 주파수대역(fc)보다 소정 주파수대역폭(Δf)만큼 크거나 작은 주파수(fc+Δf 또는 fc-Δf)의 국부발진신호를 생성하여 믹서(15)로 제공한다. 이 때, 로컬 오실레이터(20)에서 생성되는 국부발진신호는 cos(ωc+Δω)t로 나타낼 수 있다.
로컬 오실레이터(20)는 기존에 송수신회로에 구비되어 있는 로컬 오실레이터를 사용할 수도 있으며, 이 경우, 로컬 오실레이터로부터 출력된 주파수를 조절할 수 있는 별도의 소자들이 필요하다.
한 쌍의 믹서(15)는, 방향성 커플러(10)로부터 추출된 입력신호 및 출력신호와, 로컬 오실레이터(20)로부터 제공된 국부발진신호를 곱한다. 그러면, 믹서(15)로부터 출력된 입력신호와 출력신호는 기저대역이 아닌 소정 주파수대역으로 다운된다. 출력신호가 입력된 믹서(15)에서는, 출력신호와 입력신호가 곱해져
Figure 112006023579477-PAT00001
로 나타낼 수 있는 신호가 믹서(15)로부터 출력되고, 입력신호가 입력된 믹서(15)에서는 입력신호와 국부발진신호가 곱해져,
Figure 112006023579477-PAT00002
로 나타낼 수 있는 신호가 출력된다.
이러한 믹서(15)에서 입력신호와 출력신호를 기저대역으로 다운시키지 아니하는 이유는, 기저대역으로 다운시킬 경우, 입력신호와 출력신호의 위상을 비교할 수 없기 때문이다.
한 쌍의 BPF(25)는, 각 믹서(15)에서 소정 주파수대역으로 다운된 입력신호와 출력신호를 각각 중심주파수(Δf)를 기준으로 소정 폭만큼 필터링한다. 필터링후 출력신호가 입력된 BPF(25)에서는,
Figure 112006023579477-PAT00003
의 신호가 출력되고, 입력신호가 입력된 BPF(25)에서는
Figure 112006023579477-PAT00004
의 신호가 출력된다.
한 쌍의 VGA(30)는, 증폭계수를 조절하여 이득을 가변할 수 있는 증폭기로서, 위상비교부(45)와 진폭비교부(40)에서 입력신호와 출력신호의 위상과 진폭을 비교할 수 있을 정도의 크기로 입력신호와 출력신호를 증폭시킨다. 따라서, 각 VGA(30)의 증폭계수는, 입력신호와 출력신호의 크기에 따라 결정된다. 예를 들어, 입력신호와 출력신호의 크기가 작은 경우에는 증폭계수가 커지고, 입력신호와 출력신호의 크기가 큰 경우에는 증폭계수가 작아진다. 그리고, 각 VGA(30)의 증폭계수는 상호 동일하게 설정되며, 이는 동일한 증폭계수로 증폭시켜야만 입력신호와 출력신호의 실제 진폭 차이를 알 수 있기 때문이다.
한 쌍의 AD컨버터(35)는, 각 VGA(30)로부터 증폭된 입력신호와 출력신호를 디지털 신호로 변환하여 디지털 입력신호와 디지털 출력신호를 생성한다.
진폭비교부(40)는, 디지털 출력신호와 디지털 입력신호의 진폭을 비교하여 디지털 출력신호와 디지털 입력신호의 진폭 A, A'의 비율을 산출한다.
위상비교부(45)는, 디지털화된 출력신호와 입력신호의 위상을 비교하여 출력신호와 입력신호의 위상차 Δφ를 산출한다.
한편, 계수산출부(50)는, 진폭비교부(40)와 위상비교부(45)에서 산출된 디지털 출력신호와 디지털 입력신호의 진폭 A, A'의 비율과, 출력신호와 입력신호의 위상차 Δφ를 이용하여 반사계수를 산출한다. 일반적으로 반사계수는,
Figure 112006023579477-PAT00005
로 나타낼 수 있으며, 진폭비교부(40)에서 산출된 A, A'의 비율과, 위상비교부(45)에서 산출된 위상차 Δφ를 반사계수의 식에 대입하면, 반사계수를 산출할 수 있다.
회로제어부(55)는, 계수산출부(50)에서 산출된 반사계수에 따라, 정합회로(60)를 제어하기 위한 제어신호를 생성한다.
일반적으로 정합회로(60)는, 인덕터와 커패시터 등의 소자로 이루어져 있으며, 이 중, 커패시터는 전압에 따라 용량이 가변되는 버랙터(varactor)로 형성된다. 이에 따라, 정합회로(60)에 제공되는 전압을 가변시키면, 인덕턴스와 콘덴서용량이 변화한다.
이에 따라, 회로제어부(55)는, 인덕터와 커패시터에 가해지는 전압값을 결정하여 제어신호를 정압회로로 제공하며, 이 때, 회로제어부(55)는 반사계수가 0이 되도록 전압값을 결정한다. 반사계수가 0이 되면, 안테나(1)의 임피던스가 미리 설정된 고유의 임피던스값인 50Ω이 된다.
이러한 회로제어부(55)는, 룩업테이블을 이용하여 정합회로(60)에 가해지는 전압값을 결정할 수 있다. 즉, 반사계수에 따라 정합회로(60)에 가해지는 전압값을 결정하여 룩업테이블을 형성하여 두고, 계수산출부(50)로부터의 반사계수가 산출되면, 회로제어부(55)는 룩업테이블로부터 전압값을 인출하여 정합회로(60)로 제어신호를 제공할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따라 안테나(101)에 적용한 임피던스 정합 시스템의 구성도이다.
본 실시예의 임피던스 정합 시스템은, 방향성 커플러(110), 처리블럭(111), 진폭비교부(140), 위상비교부(145), 계수산출부(150), 회로제어부(155), 정합회로(160)를 포함한다는 점에서 제1실시예의 구성과 거의 동일하다. 다만, 처리블럭(111)의 구조가 제1실시예와 다소 상이하다.
본 처리블럭(111)은, 한 쌍의 믹서(115), 로컬 오실레이터(120), 한 쌍의 LPF(125), 한 쌍의 VGA(130), AD컨버터(135), 한 쌍의 BPF(137)를 포함한다.
각 믹서(115)는 로컬 오실레이터(120)로부터 소정 주파수대역폭의 국부발진신호를 제공받아 출력신호 및 입력신호와 곱하여 출력신호와 입력신호를 소정 주파수대역으로 다운시킨다.
한 쌍의 LPF(125)는 각 믹서(115)에서 다운된 출력신호와 입력신호를 일정 주파수를 기준으로 그 이상의 신호를 필터링한다.
각 VGA(130)는 출력신호와 입력신호를 증폭시키고, 각 AD컨버터(135)는 출력신호와 입력신호를 디지털화하여 디지털 출력신호와 디지털 입력신호를 출력한다.
한 쌍의 BPF(137)에서는 디지털 출력신호와 디지털 입력신호를 소정 주파수대역을 기준으로 필터링한다.
즉, 제1실시예에서는 믹서(15)로부터 출력된 출력신호와 입력신호를 BPF(25)를 이용하여 한번의 필터링을 수행하는 반면, 제2실시예에서는 믹서(115)에서 출력된 출력신호와 입력신호를 LPF(125)에서 1차 필터링하고, 출력신호와 입력신호를 디지털화한 다음, BPF(137)를 이용하여 2차 필터링한다. 이러한 제2실시예의 정합 시스템은, 출력신호와 입력신호의 처리과정 일부를 디지털화하여 보다 정교한 필터링이 가능하다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 네트워크 분석기의 구성도이다.
본 네트워크 분석기는, 방향성 커플러(210), 처리블럭(211), 진폭비교부(240), 위상비교부(245), 계수산출부(250)를 포함하며, 하나의 보드에 형성되어 안테나(201)에 직접 장착된다.
방향성 커플러(210)는, 안테나(201)로부터 출력신호와 입력신호를 추출하고, 처리블럭(211)을 통해 출력신호와 입력신호가 디지털화되면, 진폭비교부(240)와 위상비교부(245)에서 산출된 결과에 따라, 계수산출부(250)에서는 반사계수를 산출한다. 여기서, 처리블럭(211)은, 도 1에 도시된 제1실시예에 따라 구성할 수도 있고, 도 2에 도시된 제2실시예에 따라 구성할 수도 있음은 물론이다. 도 3에서는 제1실시예에 따른 처리블럭을 적용한 네트워크 분석기를 도시하고 있다.
일반적으로 종래에 안테나의 반사계수를 측정하기 사용된 네트워크 분석기(Network analyzer)는 케이블을 통해 안테나에 연결된다. 그런데, 이러한 네트워크 분석기의 사용시, 안테나의 반사계수가 케이블에 의해 영향을 받게 되어, 안테나와 케이블의 반사계수가 측정된다. 이에 따라, 안테나만의 정확한 반사계수를 측정하기 어렵다. 특히, 소형 안테나의 경우에는 정확한 측정이 더욱 어렵다.
그러나, 본 네트워크 분석기는, 안테나(201)에 직접 장착되므로, 케이블에 의해 영향을 받을 염려가 없다. 따라서, 안테나(201)의 반사계수를 정확하게 측정할 수 있으며, 소형 안테나(201)의 경우에는 그 유용성이 더 크다.
이러한 구성에 의한 제1실시예에 따른 임피던스 정합 시스템의 임피던스 정합과정을 도 4를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.
안테나(1)가 작동하면, 방향성 커플러(10)에서는 안테나(1)에서 송수신회로로 전달되는 전류와, 송수신회로에서 안테나(1)로 전달되는 전류를 소정 비율로 추출하여 각각 출력신호와 입력신호를 생성한다.
추출된 출력신호와 입력신호는, 각 믹서(15)로 전달되어 소정 주파수대역으 로 다운되고, BPF(25)에서 소정 주파수대역을 중심으로 필터링된다. 필터링된 출력신호와 입력신호는 동일한 증폭계수로 VGA(30)에서 증폭된 다음, AD컨버터(35)에서 디지털 출력신호와 디지털 입력신호로 변환된다.
디지털 출력신호와 디지털 입력신호는 진폭비교부(40)와 위상비교부(45)에 각각 전달되며, 진폭비교부(40)에서는 디지털 출력신호와 디지털 입력신호를 이용하여 출력신호와 입력신호와의 진폭 비율을 산출한다. 이 때, 진폭비교부(40)는, 송신회로가 작동하는 경우에는 출력신호/입력신호의 진폭 비율을 산출하고, 수신회로가 작동하는 경우에는 입력신호/출력신호의 진폭 비율을 산출한다. 위상비교부(45)에서는 디지털 출력신호와 디지털 입력신호 간의 위상을 비교하여 출력신호와 입력신호의 위상차를 산출한다.
진폭비교부(40)와 위상비교부(45)로부터 산출된 진폭 비율과 위상차는 계수산출부(50)로 제공되고, 계수산출부(50)에서는 진폭 비율과 위상차를 이용하여 반사계수를 산출한다.
회로제어부(55)에서는 반사계수가 0이 되도록 정합회로(60)의 인덕터와 커패시터에 제공되는 전압을 결정하여 정합회로(60)로 제어신호를 출력한다. 그러면, 정합회로(60)의 인덕터와 커패시터로 제공되는 전압이 변화하고, 임피던스가 매칭된다.
이와 같이, 본 임피던스 정합 시스템은, 출력신호와 입력신호의 위상과 진폭을 비교하여 반사계수를 산출함으로써, 한번의 정합과정을 통해 정합회로에 제공될 전압값을 결정할 수 있다. 따라서, 정합회로(60)를 즉각적으로 제어하여 임피던스 의 정합을 신속히 수행할 수 있다. 즉, 기온, 습도, 타 기기 등 외부의 영향에 의한 임피던스 변화에 실시간으로 대처하여 안테나(1)의 임피던스를 실시간으로 매칭시킬 수 있으므로, 안테나(1)의 전력 송수신을 최대 효율로 향상시킬 수 있다.
특히, 안테나(1)의 크기가 소형화되거나 내장된 경우 환경의 영향을 많이 받으므로, 본 임피던스 정합 시스템의 그 효과가 더 크다. 따라서, 안테나(1)를 소형화하더라도 용이하게 임피던스 매칭을 수행할 수 있으므로, 안테나(1)의 소형화에 기여할 수 있다.
한편, 본 네트워크 분석기의 경우, 안테나(1)에 직접 장착되어 반사계수를 측정함으로써, 반사계수를 보다 정확하고 간편하게 측정할 수 있다.
상술한 실시예에서는, 안테나(1)에 적용된 임피던스 정합 시스템을 예로 들어 설명하였으나, 안테나(1) 이외에 RF부품 및 RF회로에도 적용가능함은 물론이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 반사계수를 보다 정확하고 간편하게 측정할 수 있으므로, 부하의 임피던스 매칭을 신속하고 정확하게 수행할 수 있다. 이에 따라, 안테나의 소형화에 기여할 수 있다.
또한, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시형태에 관해 설명하였으나, 이는 예시적인 것으로 받아들여져야 하며, 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 형태에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (44)

  1. 부하를 통해 출력되는 전류와, 부하를 통해 입력되는 전류의 적어도 일부를 추출하여 각각 출력신호와 입력신호를 생성하는 신호추출부;
    상기 출력신호와 입력신호의 위상과 진폭을 각각 비교하는 비교부;
    상기 비교부로부터 제공된 비교결과를 이용하여 반사계수를 구하는 계수산출부; 및,
    상기 반사계수가 미리 설정된 값을 갖도록, 상기 출력신호와 입력신호의 진폭 및 위상을 정합시키는 정합회로를 제어하는 신호를 발생시키는 회로제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하의 임피던스 정합 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호추출부는, 송신회로의 동작시, 상기 부하를 통해 출력되는 전류를 소정 비율로 추출하여 출력신호를 생성하고, 상기 부하에서 반사된 전류를 소정 비율로 추출하여 입력신호를 생성하는 방향성 커플러인 것을 특징으로 하는 부하의 임피던스 정합 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호추출부는, 수신회로의 동작시, 상기 부하를 통해 입력되는 전류를 소정 비율로 추출하여 입력신호를 생성하고, 상기 수신회로에서 반사된 전류를 소 정 비율로 추출하여 출력신호를 생성하는 방향성 커플러인 것을 특징으로 하는 부하의 임피던스 정합 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력신호와 상기 입력신호 각각과 소정의 주파수를 믹싱하여 상기 출력신호와 상기 입력신호를 일정 주파수 대역으로 다운시키는 한 쌍의 믹서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부하의 임피던스 정합 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    기저대역 주파수와 상기 일정 주파수 대역 차이를 갖는 주파수 성분을 발진시켜 상기 믹서로 제공하는 로컬 오실레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부하의 임피던스 정합 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력신호와 입력신호를 필터링하는 한 쌍의 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하의 임피던스 정합 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 각 필터는, 상기 일정 주파수 대역을 중심으로 신호를 필터링하는 한 쌍의 BPF로 구성되는 것을 특징으로 하는 부하의 임피던스 정합 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 각 필터는, 상기 일정 주파수 대역 이상의 신호를 필터링하는 한 쌍의 LPF로 구성되는 것을 특징으로 하는 부하의 임피던스 정합 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력신호와 입력신호를 증폭시키는 한 쌍의 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부하의 임피던스 정합 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 증폭기는, 상기 출력신호와 입력신호의 증폭비율을 조절할 수 있는 VGA인 것을 특징으로 하는 부하의 임피던스 정합 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 증폭기는, 상기 출력신호와 입력신호를 동일한 비율로 증폭시키는 것을 특징으로 하는 부하의 임피던스 정합 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력신호와 입력신호를 디지털 신호로 변환하는 AD컨버터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부하의 임피던스 정합 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 LPF에서 필터링되고, 상기 AD컨버터에서 디지털 신호로 변환된 상기 출력신호와 입력신호를 일정 대역을 기준으로 필터링하는 BPF를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부하의 임피던스 정합 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 비교부는, 디지털화된 상기 출력신호와 입력신호의 진폭을 비교하여 상기 출력신호와 입력신호의 진폭을 각각 산출하는 진폭비교부를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하의 임피던스 정합 시스템.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 비교부는, 디지털화된 상기 출력신호와 입력신호의 위상을 비교하여 상기 출력신호와 입력신호의 위상차를 산출하는 위상비교부를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하의 임피던스 정합 시스템.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 회로제어부는, 상기 계수산출부에서 산출된 반사계수에 따라, 상기 정합회로를 구성하는 소자 중 가변소자들에 가해지는 전압값을 결정하는 것을 특징으로 하는 부하의 임피던스 정합 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 회로제어부는, 상기 정합회로에 의해 부하의 임피던스가 50Ω이 되도록 상기 전압값을 결정하는 것을 특징으로 하는 부하의 임피던스 정합 시스템.
  18. 부하를 통해 출력되는 전류와 부하를 통해 입력되는 전류의 적어도 일부를 추출하여 각각 출력신호와 입력신호를 생성하는 신호추출부;
    상기 출력신호와 입력신호의 위상과 진폭을 각각 비교하는 비교부;
    상기 위상비교부와 진폭비교부로부터 제공된 비교결과를 이용하여 반사계수를 구하는 계수산출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하의 네트워크 분석기.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 신호추출부는, 상기 각 방향의 전류로부터 상기 출력신호와 상기 입력신호를 소정의 비율로 추출하는 방향성 커플러인 것을 특징으로 하는 부하의 네트워크 분석기.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 출력신호와 상기 입력신호 각각과 소정의 주파수를 믹싱하여 상기 출력신호와 상기 입력신호를 일정 주파수 대역으로 다운시키는 한 쌍의 믹서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부하의 네트워크 분석기.
  21. 제 20 항에 있어서,
    기저대역 주파수와 상기 일정 주파수 대역 차이를 갖는 주파수 성분을 발진시켜 상기 믹서로 제공하는 로컬 오실레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부하의 네트워크 분석기.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 출력신호와 입력신호를 필터링하는 한 쌍의 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부하의 네트워크 분석기.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 각 필터는, 상기 일정 주파수 대역을 중심으로 신호를 필터링하는 한 쌍의 BPF로 구성되는 것을 특징으로 하는 부하의 네트워크 분석기.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 각 필터는, 상기 일정 주파수 대역 이하의 신호를 필터링하는 한 쌍의 LPF로 구성되는 것을 특징으로 하는 부하의 네트워크 분석기.
  25. 제 18 항에 있어서,
    증폭비율의 가변이 가능하며, 상기 출력신호와 입력신호를 동일한 비율로 증 폭시키는 VGA를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부하의 네트워크 분석기.
  26. 제 18 항에 있어서,
    상기 출력신호와 입력신호를 디지털 신호로 변환하는 AD컨버터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부하의 네트워크 분석기.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 LPF에서 필터링되고, 상기 AD컨버터로부터 디지털 신호로 변환된 상기 출력신호와 입력신호를 일정 대역을 기준으로 필터링하는 BPF를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부하의 네트워크 분석기.
  28. 제 18 항에 있어서,
    상기 비교부는, 상기 처리블럭에서 처리되어 디지털화된 출력신호와 입력신호의 진폭를 비교하여 상기 출력신호와 입력신호의 진폭을 각각 산출하는 진폭비교부를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하의 네트워크 분석기.
  29. 제 18 항에 있어서,
    상기 비교부는, 상기 처리블럭에서 처리되어 디지털화된 출력신호와 입력신호의 위상을 비교하여 상기 출력신호와 입력신호의 위상차를 산출하는 위상비교부를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하의 네트워크 분석기.
  30. 부하를 통해 출력되는 전류와, 부하를 통해 입력되는 전류의 적어도 일부를 추출하여 출력신호와 입력신호를 생성하는 생성단계;
    상기 출력신호와 입력신호의 위상과 진폭을 각각 비교하는 비교단계;
    상기 비교결과를 이용하여 반사계수를 산출하는 산출단계; 및,
    상기 반사계수가 미리 설정된 값을 갖도록 정합회로로 제공되는 전압값을 결정하는 결정단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하의 임피던스 정합방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 생성단계는, 송신회로에서 상기 부하를 통해 출력되는 전류를 소정 비율로 추출하여 출력신호를 생성하고, 상기 부하에서 반사된 전류를 소정 비율로 추출하여 입력신호를 생성하는 단계인 것을 특징으로 하는 부하의 임피던스 정합방법.
  32. 제 30 항에 있어서,
    상기 생성단계는, 수신회로에서 상기 부하를 통해 입력되는 전류를 소정 비율로 추출하여 입력신호를 생성하고, 상기 수신회로에서 반사된 전류를 소정 비율로 추출하여 출력신호를 생성하는 단계인 것을 특징으로 하는 부하의 임피던스 정합방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 추출단계에서 추출된 상기 출력신호와 상기 입력신호 각각과 소정의 주파수를 믹싱하여 상기 출력신호와 상기 입력신호를 일정 주파수 대역으로 다운시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부하의 임피던스 정합방법.
  34. 제 30 항에 있어서,
    상기 출력신호와 입력신호를 필터링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부하의 임피던스 정합방법.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 필터링 단계는, BPF를 이용하여 일정 주파수 대역을 중심으로 하는 소정 대역폭을 필터링하는 단계인 것을 특징으로 하는 부하의 임피던스 정합방법.
  36. 제 34 항에 있어서,
    상기 필터링 단계는, LPF를 이용하여 일정 주파수 대역 이하의 신호를 필터링하는 단계인 것을 특징으로 하는 부하의 임피던스 정합방법.
  37. 제 30 항에 있어서,
    상기 출력신호와 입력신호를 소정 비율로 증폭시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부하의 임피던스 정합방법.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 증폭 단계는, 상기 출력신호와 입력신호를 동일한 증폭비율로 증폭시키는 단계인 것을 특징으로 하는 부하의 임피던스 정합방법.
  39. 제 30 항에 있어서,
    상기 출력신호와 입력신호를 디지털 신호로 변환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부하의 임피던스 정합방법.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 LPF에서 필터링된 다음, 디지털 신호로 변환된 상기 출력신호와 입력신호를 BPF를 이용하여 일정 주파수대역을 기준으로 필터링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부하의 임피던스 정합방법.
  41. 제 30 항에 있어서,
    상기 비교단계는, 상기 출력신호와 입력신호의 진폭 비율을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하의 임피던스 정합방법.
  42. 제 30 항에 있어서,
    상기 비교단계는, 상기 출력신호와 입력신호의 위상차를 산출하는 단계를 포 함하는 것을 특징으로 하는 부하의 임피던스 정합방법.
  43. 제 30 항에 있어서,
    상기 결정단계는, 상기 반사계수에 따라, 정합회로를 구성하는 소자 중 가변소자들에 가해지는 전압값을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하의 임피던스 정합방법.
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 결정단계는, 부하의 임피던스가 50Ω이 되도록 상기 정합회로를 구성하는 소자 중 가변소자들에 가해지는 전압값을 결정하는 단계인 것을 특징으로 하는 부하의 임피던스 정합방법.
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