KR20080048351A - 다중 안테나 성능 측정장치 및 측정방법 - Google Patents

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KR20080048351A
KR20080048351A KR1020060118622A KR20060118622A KR20080048351A KR 20080048351 A KR20080048351 A KR 20080048351A KR 1020060118622 A KR1020060118622 A KR 1020060118622A KR 20060118622 A KR20060118622 A KR 20060118622A KR 20080048351 A KR20080048351 A KR 20080048351A
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정경호
윤정호
빅터 티모페예비치 에르몰라에브
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 다중 안테나의 성능 측정장치에 관한 것으로서, 상기 다중 안테나 성능 측정장치는 복수의 안테나가 내부에 놓여지는 단열챔버; 상기 단열챔버의 온도 상승에 따라 발생되는 특정 대역의 전자파에 의해 온도가 상승된 상기 복수의 안테나로부터 잡음 전력을 검출하는 검출기; 및 상기 검출기에 의해 측정된 상기 복수의 안테나의 잡음 전력을 근거로 안테나 상관계수를 산출하는 제어부를 포함하여 안테나 상관계수 및 평균유효이득과 같은 안테나 성능을 간단하고 신속하게 측정할 수 있다.
다중 안테나, 성능, 상관계수, 평균유효이득, 열잡음

Description

다중 안테나 성능 측정장치 및 측정방법{APPARATUS FOR MEASURING MULTIPLE ANTENNA PERFORMANCE AND METHOD FOR MEASURING MULTIPLE ANTENNA PERFORMANCE}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나 성능 측정장치를 개략적으로 나타낸 개념도,
도 2는 도 1에 도시된 다중 안테나 성능 측정장치의 제어 블럭도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나 성능 측정방법을 나타낸 흐름도이다.
<도면의 주요부호에 대한 설명>
100; 복수의 안테나 110; 단열챔버
120; 온도조절유닛 130; 복사체
131; 제1온도센서 132; 제2온도센서
140; 열차단부재 150; 검출기
160; 제어부
본 발명은 복수의 안테나를 가지는 다중 안테나의 성능 측정 장치 및 측정 방법에 관한 것이다.
최근 차세대 이동통신 기술인 3.5세대 또는 4세대 이동통신기술에 대한 활발한 연구가 진행 중이다. 3.5세대 또는 4세대 이동통신기술에서는 채널 용량 및 신호의 신뢰도를 높이기 위해 이동통신 단말기의 내부에 2개 이상의 안테나를 구비한 미모(MIMO, Multiple Input Multiple Output) 안테나 또는 다이버시티(Diversity) 안테나와 같은 다중 안테나가 내장된다. 상기 다중 안테나는 간섭을 줄이고 전송 속도를 높이기 위해 데이터를 여러 경로로 전송하고 각각의 경로를 통해 수신된 신호를 검출한다.
이러한 다중 안테나의 상관계수(ECC, Envelop Correlation Coefficient) 및 평균유효이득(MEG, Mean Effective Gain)은 다중 안테나의 성능평가 지수로 이용되고 있다. 따라서, 다중 안테나 설계시 상관계수와 평균유효이득은 필수적으로 측정되어야 한다.
다중 안테나의 상관계수 및 평균유효이득은 주로 안테나의 복사패턴을 이용하여 산출된다. 보다 상세하게 설명하며, 복수의 안테나 각각의 복사패턴을 구좌표 상의 모든 영역(0≤θ≤π, 0≤φ≤2π)에 대해서 그 크기와 위상을 순차적으로 측정하고, 측정된 크기와 위상을 소정의 산출공식에 대입하여 상관계수와 평균유효이득을 산출한다. 그러나, 이와 같이 안테나의 복사패턴을 통해 안테나 상관계수와 평균유효이득을 산출하는 경우, 복사패턴을 측정하는데 오랜시간이 소요될 뿐만 아니라 복사 패턴의 측정 포인트의 간격 및 개수에 따라 상관계수와 평균유효이득의 편차가 발생하여 산출된 상관계수와 평균유효이득의 신뢰성이 저하된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 상관계수 및 평균유효이득을 간단하고 신속하게 측정할 수 있는 다중 안테나 성능 측정장치 및 측정방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 상관계수 및 평균유효이득을 정확하게 측정할 수 있는 다중 안테나 성능 측정장치 및 측정방법을 제공하는데 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다중 안테나 성능 측정장치는 복수의 안테나가 내부에 놓여지는 단열챔버; 상기 단열챔버의 온도 상승에 따라 발생되는 특정 대역의 전자파에 의해 온도가 상승된 상기 복수의 안테나로부터 잡음 전력을 검출하는 검출기; 및 상기 검출기에 의해 측정된 상기 복수의 안테나의 잡음 전력을 근거로 안테나 상관계수를 산출하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 단열챔버의 내부에는 온도 상승에 따라 상기 특정 대역의 전자파를 복사하는 적어도 하나의 복사체가 마련되며, 상기의 다중 안테나 성능 측정장치는 상기 단열챔버의 온도를 조절하기 위한 온도조절유닛; 상기 단열챔버의 내부에 마련되며, 열에너지가 상기 복수의 안테나로 전달되는 것을 차단하고 상기 특정 대역의 전자파는 상기 복수의 안테나로 전달될 수 있도록 투과시키는 열차단부재; 상기 복사체의 온도를 검출하기 위한 제1온도센서; 및 상기 안테나의 온도를 검출하기 위한 제2온도센서를 포함하며, 상기 제어부는 상기 제1온도센서 및 상기 제2온도센서에 의해 측정된 온도로부터 상기 복수의 안테나의 평균유효이득을 산출한다.
여기서, 상기 검출기로 라디오 미터가 사용될 수 있다.
한편, 상술한 바와 같은 목적은 a) 일정온도 상승된 복사체가 복사한 전자파를 이용하여 복수의 안테나 온도를 상승시키는 단계; 및 b) 상기 복수의 안테나의 상승된 온도와 상기 복사체의 상승된 온도로부터 복수의 안테나 성능을 산출하는 단계를 포함하는 다중 안테나 성능 측정방법에 의해서도 달성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 a) 단계는 a1) 단열챔버 내부에 열에너지의 전달이 차단되도록 상기 복수의 안테나를 배치시키는 단계; a2) 상기 단열챔버의 내부에 마련된 상기 복사체를 가열시키는 단계; 및 a3) 상기 가열된 복사체로부터 복사된 전자파를 상기 복수의 안테나에 전달시켜 상기 복수의 안테나를 가열시키는 단계를 포함한다.
상기 b)단계는 b1) 상기 가열된 복수의 안테나로부터 열잡음 전력을 측정하는 단계; b2) 상기 복수의 안테나의 온도 상승분과 상기 복사체의 온도 상승분으로부터 안테나 평균유효이득을 산출하는 단계; 및 b3) 상기 복수의 안테나의 열잡음 전력으로부터 상관계수를 산출하는 단계를 포함한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나와 이를 구비한 전자기기에 대하여 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나의 성능 측정장치는, 복수의 안테나(100)가 놓여지는 단열챔버(110)와, 상기 단열챔버(110) 내부의 온도를 조절하기 위한 온도조절유닛(120)과, 상기 단열챔버(110)의 내부에 마련되 며, 특정 대역의 전자파를 복사하는 복사체(130)와, 상기 복수의 안테나(100)를 상기 단열챔버(110)의 내부에서 단열시키기 위한 열차단부재(140)와, 상기 안테나(100)로부터 출력되는 열잡음 전력(thermal noise power)을 측정하기 위한 검출기(150) 및 제어부(160)를 포함한다.
상기 단열챔버(110)는 외부와의 열전달을 차단하기 위한 것으로서, 공지된 다양한 단열재료를 사용하여 제작될 수 있다. 단열챔버(110)의 내부에는 측정될 복수의 안테나(100)가 배치될 공간이 마련된다.
상기 온도조절유닛(120)은 상기 단열챔버(110) 내부의 온도를 조절하기 위한 것으로서, 단열챔버(110) 내부를 가열하기 위한 가열장치와 단열챔버(110) 내부를 냉각하기 위한 냉각장치를 포함한다. 본 실시예에서는 가열장치와 냉각장치가 함께 구비되는 것을 예시하였으나, 냉각장치없이 가열장치만이 사용될 수 있다. 가열장치만 사용되는 경우, 단열챔버(110) 내부는 자연 냉각에 의존해야 한다. 상기 온도조절유닛(120)은 단열챔버(110)의 벽 내부에 위치될 수 있으며, 보다 바람직하게는 단열챔버(110) 전체가 균일하게 가열 또는 냉각되도록 단열챔버(110) 벽면 전체에 균일하게 배치된다.
상기 복사체(130)는 상기 단열챔버(110)의 내벽에 다수개 마련된다. 상기 복사체(130)는 상기 온도조절유닛(120)에 의해 단열챔버(110)가 가열되면, 온도가 상승되어 흑체 복사의 원리에 의해 전자파를 방출한다. 상기 복사체(130)로부터 복사되는 전자파는 안테나(100)의 사용 주파수 대역과 일치하는 것이 바람직하다. 상기 복사체(130)가 복사하는 전자파의 주파수는 복사체(130)의 크기와 재질 및 형상에 의존한다. 특히, 복사체(130)가 복사하는 전자파는 복사체(130)의 크기에 반비례한다. 즉, 복사체(130)의 크기가 클수록 전자파의 주파수는 낮아진다. 따라서, 복사체(130)의 크기, 재질 또는 형상을 조절하여 전자파의 주파수가 안테나(100)의 사용 주파수 대역 내에 포함되도록 설계될 수 있다.
상기 복사체(130)는 기존의 복사 패턴을 측정하기 위한 챔버의 흡수체를 이용할 수 있다. 즉, 상기 복사체(130)는 원뿔, 각뿔, 각뿔대의 형상 등 다양한 형상으로 제작될 수 있다. 특히, 상기 복사체(130)는 스티로폼 등에 페라이트와 같은 흡수분말을 흡착시켜 제작될 수 있다.
본 실시예에서는 별도의 복사체(130)가 마련되는 것을 예시하였으나, 단열챔버(110)의 내벽을 소정 형상으로 제작하거나 소정의 재질로 제작함으로써, 복사체(130)없이 단열챔버(110)만으로도 특정 대역의 전자파를 복사시킬 수 있다.
복사체(130)의 온도는 제1온도센서(131)에 의해 측정된다. 상기 제1온도센서(131)는 복사체(130)의 표면 온도를 측정할 수 있도록 복사체(130)의 표면 근처에 설치되는 것이 바람직하다.
상기 열차단부재(140)는 단열챔버(110)의 열에너지가 복수의 안테나(100)에 대류 등의 방식에 의해 전달되지 않도록 안테나(100)를 단열시키기 위한 것으로서, 상기 단열챔버(110)의 내부에 안테나(100)를 둘러싸도록 배치된다. 상기 열차단부재(140)는 안테나(100)에 대류 등의 열전달 방식에 의해 열에너지가 안테나(100)에 직접 전달되는 것을 차단하나, 복사체(130)로부터 복사되는 전자파는 안테나(100)에 도달할 수 있도록 투과시킨다. 이러한 열차단부재(140)는 상술한 기능을 가지는 공지된 다양한 단열재료에 의해 제작될 수 있다. 이와 같은 열차단부재(140)에 의해 온도조절유닛(120)에 의해 가열된 복사체(130)로부터 복사된 전자파만이 안테나(100)에 전달되어 안테나(100)의 온도를 상승시킨다. 복수의 안테나(100) 온도가 상승하면, 복수의 안테나(100) 각각은 열잡음(thermal noise)이 발생한다.
한편, 상기 복수의 안테나(100)의 온도는 제2온도센서(132)에 의해 측정된다. 상기 제2온도센서(132)는 상기 복수의 안테나(100)의 온도가 보다 정확히 측정될 수 있도록 열차단부재(140)의 내부에 마련되는 것이 바람직하다.
상기 검출기(150)는 상기 복수의 안테나(100) 각각과 전기적으로 연결되어 각 안테나(100)의 열잡음 전력(thermal noise power)을 측정한다. 상기 검출기(150)는 라디오 미터(radiometer)등으로 구성될 수 있다.
상기 제어부(160)는 상기 제1온도센서(131) 및 제2온도센서(132)와 신호통신가능하게 연결되어 복사체(130)의 온도(Tb)와 복수의 안테나(100)의 온도(Ta)에 대한 정보를 전송받는다. 그리고 상기 제어부(160)는 이러한 온도(Ta)(Tb)에 대한 정보로부터 복수의 안테나(100)의 평균유효이득(MEG, Mean Effective Gain)을 산출한다. 평균유효이득(MEG)을 산출하는 수식은 다음의 정의식인 수학식 1 및 수학식 2로부터 수학식 3과 같이 구해진다.
Figure 112006088120683-PAT00001
Figure 112006088120683-PAT00002
Figure 112006088120683-PAT00003
여기서, θ,φ는 각각 안테나(100)의 근접한 부분에 구좌표를 나타내는 변수이며, Ta는 안테나(100)의 온도를 나타내고, Tb는 복사체(130)의 온도를 나타낸다. ΔTa와 ΔTb 각각은 안테나(100)와 복사체(130)의 온도 상승분을 나타낸다.
또한, 상기 제어부(160)는 상기 검출기(150)와 전기적으로 연결되어 검출기(150)에 의해 측정된 복수의 안테나(100)의 열잡음 전력(thermal noise power)을 전달받는다. 전달된 복수의 안테나(100) 각각의 열잡음 전력을 x1, x2라 할 때, 복수의 안테나(100) 상관계수는 다음의 수학식 4 및 5와 같은 정의식에 의해 산출된다.
Figure 112006088120683-PAT00004
Figure 112006088120683-PAT00005
상기 E[]는 기대값을 의미하며,
Figure 112006088120683-PAT00006
및
Figure 112006088120683-PAT00007
각각은 복수의 안테나(100) 각각의 열잡음 전력(x1, x2)의 평균값을 나타낸다. ρ12는 신호의 상관계수를 나타내며,ρ12 ( env )는 전력의 상관계수를 나타낸다.
한편, 상기 복수의 안테나(100) 각각의 열잡음 전력(x1, x2)은 검출기(150)에 의해 다음의 수학식 6에 의해 산출된다.
Figure 112006088120683-PAT00008
여기서, 상기 k는 볼츠만 (Boltzmann) 상수로서 k=1.38×10-23W/Hz/K°의 값을 가지며, 상기 ΔB는 주파수 대역폭(Hz)를 나타낸다.
이와 같이, 복사체(130)로부터 복사되는 전자파를 이용하여 안테나(100)의 온도를 상승시키고, 온도가 상승된 안테나(100)의 열잡음 전력을 측정함으로써, 안테나 상관계수와 평균유효이득을 간단하고 신속하게 산출할 수 있다. 또한, 산출된 상관계수와 평균유효이득은 측정 위치 및 측정 위치 개수에 따른 편차가 발생되지 않아 정확한 값을 가질 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나 성능 측정방법에 대하여 상 세히 설명한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 단열챔버(110) 내부에 마련된 열차단부재(140) 내부에 측정될 복수의 안테나(100)를 배치시킨다. 그리고 제1온도센서(131)와 제2온도센서(132)로부터 복사체(130) 및 복수의 안테나(100)의 최초 온도를 측정한다. 다음으로, 온도조절유닛(120)을 이용하여 단열챔버(110) 및 복사체(130)를 일정 온도까지 가열한다(S10). 그러면, 복사체(130)는 특정 주파수 대역의 전자파를 복사하게 된다(S10). 상기 복사체(130)로부터 복사된 전자파는 열차단부재(140)를 통과하여 복수의 안테나(100)에 입사된다. 복수의 안테나(100)에 전자파가 입사되면, 복수의 안테나(100)는 온도가 상승하고 열잡음이 발생한다(S20).
그러면, 검출기(150)에 의해 복수의 안테나(100) 각각의 열잡음 전력이 측정되고, 측정된 열잡음 전력은 제어부(160)로 전송된다(S30). 또한, 상기 제1온도센서(131)와 제2온도센서(132)에 의해 측정된 복사체(130) 및 복수의 안테나(100)의 최초 및 최종 온도에 대한 정보도 제어부(160)에 전송된다.
다음으로, 온도조절유닛(120)을 이용하여 복사체(130)와 복수의 안테나(100)의 온도를 최초의 온도로 냉각시킨다. 복사체(130) 및 복수의 안테나(100)가 최초의 온도로 냉각되면, 다시 온도조절유닛(120)을 이용하여 상기 복사체(130)를 일정 온도까지 상승시켜, 상술한 바와 같은 과정에 의해 복사체(130) 및 복수의 안테나(100)의 온도 상승분과 열잡음 전력이 측정되고, 이러한 정보는 제어부(160)로 전송된다.
이와 같은 과정은 안테나 상관계수와 평균유효이득이 원하는 신뢰도에 도달 할 수 있는 정도의 회수로 반복 수행된다. 일정 회수 이상 상술한 과정이 반복되면, 제어부(160)는 각각의 안테나(100)의 열잡음 전력에 대한 정보들을 근거로 수학식 4 및 5에 의해 안테나 상관계수를 산출한다(S40). 또한, 상기 제어부(160)는 상기 복사체(130)의 온도 상승분(ΔTb)과 복수의 안테나(100) 온도 상승분(ΔTa)을 산출하고, 이러한 온도 상승분(ΔTa)(ΔTb)을 이용하여 수학식 3에 의해 평균유효이득(MEG)을 산출한다(S50).
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 단열챔버의 내부에 복수의 안테나를 배치시키고 단열챔버를 가열 및 냉각함에 의해 안테나 상관계수 및 평균유효이득과 같은 안테나 성능을 간단하고 신속하게 측정할 수 있다.
또한, 측정 포인트 및 측정 포인트 수에 따른 편차가 발생되지 않아 정확한 안테나 상관계수 및 평균유효이득을 산출할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 상기와 같은 특정 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

Claims (13)

  1. 복수의 안테나가 내부에 놓여지는 단열챔버;
    상기 단열챔버의 온도 상승에 따라 발생되는 특정 대역의 전자파에 의해 온도가 상승된 상기 복수의 안테나로부터 잡음 전력을 검출하는 검출기; 및
    상기 검출기에 의해 측정된 상기 복수의 안테나의 잡음 전력을 근거로 안테나 상관계수를 산출하는 제어부를 포함하는 다중 안테나 성능 측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단열챔버의 내부에는 온도 상승에 따라 상기 특정 대역의 전자파를 복사하는 적어도 하나의 복사체가 마련된 것을 특징으로 하는 다중 안테나 성능 측정장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 단열챔버의 온도를 조절하기 위한 온도조절유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 성능 측정장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 단열챔버의 내부에 상기 복수의 안테나를 둘러싸도록 마련되어 열에너지가 상기 복수의 안테나로 전달되는 것을 차단하고 상기 특정 대역의 전자파는 상 기 복수의 안테나로 전달되도록 투과시키는 열차단부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 성능 측정장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 복사체의 온도를 검출하기 위한 제1온도센서; 및
    상기 안테나의 온도를 검출하기 위한 제2온도센서를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 제1온도센서 및 상기 제2온도센서에 의해 측정된 온도로부터 상기 복수의 안테나의 평균유효이득을 산출하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 성능 측정장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 검출기는 라디오 미터를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 성능 측정장치.
  7. 복수의 안테나가 내부에 배치되며, 온도 상승에 따라 특정 대역의 전자파를 복사하는 적어도 하나의 복사체가 마련된 단열챔버;
    상기 복사체의 온도를 조절하기 위한 온도조절유닛;
    상기 복수의 안테나로 열에너지가 전달되는 것을 차단하며, 상기 복사체로부터 복사된 특정 대역의 전자파를 상기 복수의 안테나로 전달될 수 있도록 투과시키는 열차단부재; 및
    상기 복수의 안테나의 온도 상승분과 상기 복사체의 온도상승분으로부터 상기 복수의 안테나의 평균유효이득을 산출하는 제어부를 포함하는 다중 안테나 성능 측정장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복사체로부터 복사된 전자파에 의해 온도가 상승된 복수의 안테나로부터 잡음 전력을 검출하는 검출기를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 검출기에 의해 측정된 상기 복수의 안테나의 잡음 전력을 근거로 안테나 상관계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 성능 측정장치.
  9. a) 일정온도 상승된 복사체가 복사한 전자파를 이용하여 복수의 안테나 온도를 상승시키는 단계; 및
    b) 상기 복수의 안테나의 상승된 온도와 상기 복사체의 상승된 온도로부터 복수의 안테나 성능을 산출하는 단계를 포함하는 다중 안테나 성능 측정방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 a) 단계는,
    a1) 단열챔버 내부에 열에너지의 전달이 차단되도록 상기 복수의 안테나를 배치시키는 단계;
    a2) 상기 단열챔버의 내부에 마련된 상기 복사체를 가열시키는 단계; 및
    a3) 상기 가열된 복사체로부터 복사된 전자파를 상기 복수의 안테나에 전달시켜 상기 복수의 안테나를 가열시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 성능 측정방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 b)단계는,
    b1) 상기 가열된 복수의 안테나로부터 열잡음 전력을 측정하는 단계;
    b2) 상기 복수의 안테나의 온도 상승분과 상기 복사체의 온도 상승분으로부터 안테나 평균유효이득을 산출하는 단계; 및
    b3) 상기 복수의 안테나의 열잡음 전력으로부터 상관계수를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 성능 측정방법.
  12. 일정온도 상승된 복사체가 복사한 전자파를 이용하여 복수의 안테나 온도를 상승시키는 단계; 및
    상기 복수의 안테나의 온도 상승분과 상기 복수의 안테나의 온도 상승분으로부터 안테나의 평균유효이득을 산출하는 단계를 포함하는 다중 안테나 성능 측정방법.
  13. 일정온도 상승된 복사체가 복사한 전자파를 이용하여 복수의 안테나 온도를 상승시키는 단계;
    상기 가열된 복수의 안테나로부터 열잡음 전력을 측정하는 단계; 및
    상기 복수의 안테나의 열잡음 전력으로부터 상관계수를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 성능 측정방법.
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