KR20120128178A - 안테나 매칭 장치, 무선 통신 장치, 그 방법 및 기록매체 - Google Patents

안테나 매칭 장치, 무선 통신 장치, 그 방법 및 기록매체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 안테나 매칭 장치, 무선 통신 장치, 그 방법 및 기록매체{ANTENNA MATCHING DEVICE, WIRELESS COMMUNICATION DEVICE, AND METHOD AND RECORDING MEDIUM THEREOF}에 관한 것이다.
본 발명에 따른 안테나 매칭 장치는 외부 환경변화에 대응하여 안테나 매칭 회로를 자동으로 조정하는 자동 매칭 장치, 무선 통신 장치, 그 방법 및 기록매체를 제공함에 있다.
본 발명에서는 송신부에서 오프셋(offset) AC 신호를 발생시키면 안테나에서 이를 외부로 방사한다. 이 때, 임피던스의 차이로 인하여 외부로 방사되지 못한 일부 신호는 되돌아 오게 된다. 이 신호를 수신부에서 수신하여 수신된 신호의 크기를 측정하고, 제어부에서는 수신된 신호의 크기와 레퍼런스 값을 비교한다. 수신된 신호의 크기가 레퍼런스 값보다 큰 경우에는 제어부가 안테나 매칭부의 가변 커패시터 값을 조정하여 안테나의 반사계수를 줄이게 된다. 이와 같은 과정을 되풀이 하여 안테나 매칭을 자동으로 실행한다.
본 발명을 통해 안테나의 특성인 반사계수(S11), 정재파비(VWSR) 또는 안테나의 밴드위쓰(Bandwidth)를 최적화할 수 있다. 이로써 송신부와 안테나의 임피던스 차이를 줄여 최적의 무선감도를 유지할 수 있는 장점이 있다.

Description

안테나 매칭 장치, 무선 통신 장치, 그 방법 및 기록매체{ANTENNA MATCHING DEVICE, WIRELESS COMMUNICATION DEVICE, AND METHOD AND RECORDING MEDIUM THEREOF}
본 발명은 안테나를 포함하는 통신시스템, 특히 안테나 매칭을 실현하는 장치, 기록매체 및 방법에 대한 발명이다.
일반적으로 통신시스템은 안테나, 송신기, 수신기를 포함한다.
통신시스템은 나아가 매칭 회로를 더 포함할 수 있다. 매칭 회로라 함은 두 회로를 전기적으로 결합할 때 한 회로의 출력단에서 입력 측을 보았을 때의 임피던스와 다른 회로의 입력단 임피던스의 공액값을 같게 하여 전력 손실을 가장 적게 전송하려고 삽입하는 회로이다.
이러한 매칭 회로는 무선 통신 장치에서 무선 신호를 수신하는 안테나와 그 안테나를 통해 수신된 무선 신호를 처리하는 수신부 사이에 마련된다. 한편, 하나의 안테나를 송신용과 수신용으로 병용하는 시스템의 경우에는, 이러한 매칭 회로는 송수신부와 안테나 사이에 삽입된다.
이 때, 안테나의 특성은 안테나가 삽입되는 대상의 종류, 형태 또는 외부환경에 따라 변한다. 안테나 삽입 대상의 종류, 형태 또는 외부환경이 바뀌면 매칭 회로를 변경하여 안테나의 성능을 유지해야 한다. 이러한 안테나의 매칭 정도는 반사계수(S11) 나 정재파비(VSWR, Voltage Standing Wave Ratio)를 비교하여 측정한다.
반사계수는 어느 연결단에서 임피던스 차에 의해 발생하는 반사량을 수치로 나타낸 것으로서 입력전압대 반사전압의 비로 나타낸다. 정재파비란 반사에 의해 생성되는 정재파(Standing wave)의 높이비를 의미한다. 정재파란, 어떤 파동이 진행하다가 다른 매질을 만나서 반사되어 나온 파동과 합쳐지면서 생기는 고정된 파형을 의미한다. 반사량이 많을수록 고정된 정재파의 크기가 커진다. 따라서 정재파비(VSWR)는 반사가 거의 없는 경우는 1에 가깝고, 반사량이 늘어날수록 무한대에 가까워진다.
종래의 안테나 매칭 장치는 안테나 매칭부를 단일 조건에 적합하도록 구현하여, 주변 상황에 따라 반사계수나 정재파비(VSWR)가 이상적인 상태에서 크게 벗어나게 된다. 반사계수나 정재파비를 줄이기 위해 종래에는 송신부에서 나오는 출력의 크기를 직접 측정하여 안테나 임피던스와 송신부 임피던스 사이의 차이를 줄이는 방식으로 운용되어 왔다.
그러나, 송신부는 고주파로 동작하는 경우가 많으므로 고주파 신호의 크기를 직접 측정하기 어렵고, 송신부와 안테나 사이에는 시스템에 따라 커플러와 아이솔레이터(isolator) 등 추가적인 부품이 삽입되는 경우가 많아 직접 송신부의 매칭회로를 수정하더라도 안테나의 매칭부는 수정되지 않아 안테나 매칭이 어려운 문제점이 있었다.
제품이 소형화되고, 구조물이 복잡해짐에 따라 통신 시스템의 개발 환경과 실장 환경 사이에 차이가 발생하고, 안테나 매칭의 난이도가 높아지고 시스템의 성능저하가 발생한다.
따라서, 본 발명의 목적은 안테나를 포함하는 통신 시스템에서 안테나가 삽입되는 대상의 종류 및 형태, 외부 환경변화에 대응하여 안테나 특성을 조정하는 자동 매칭 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 안테나 매칭 장치는 안테나, 안테나 매칭부, 상기 안테나 및 상기 안테나 매칭부를 통해 무선 신호를 수신하는 수신부, 상기 안테나 매칭부 및 상기 안테나를 통해 무선 신호를 송신하는 송신부, 및 상기 송신부로부터 발생된 정현파 신호 중에서 상기 안테나를 통하여 외부로 방사되지 않은 신호의 크기를 상기 수신부를 통해 입력받고, 입력된 신호의 크기가 소정의 값보다 크면 상기 안테나 매칭부의 안테나 반사계수를 작게 하는 제어부를 포함한다.
상기 안테나 매칭 장치는, 상기 특정 신호는 AC 신호인 것을 특징으로 한다.
상기 안테나 매칭 장치는, 상기 AC 신호는, 캐리어 주파수로부터 오프셋(offset)된 주파수 신호인 것을 특징으로 한다.
상기 안테나 매칭 장치는, 상기 수신부는, 수신된 신호의 크기를 측정하는 신호 크기 측정부(RSSI)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 안테나 매칭 장치는, 상기 제어부는, 상기 수신부로부터 입력받은 신호의 크기가 소정의 값보다 크면 상기 안테나 매칭부의 안테나 반사계수를 작게 하는 디지털 제어신호를 상기 안테나 매칭부로 출력하는 미세조정부(MCU)를 포함하고,
상기 안테나 매칭부는 상기 디지털 제어신호에 따라서 안테나의 반사계수를 변경하는 것을 특징으로 한다.
상기 안테나 매칭 장치는, 상기 제어부는, 상기 수신부로부터 입력받은 신호의 크기가 소정의 값보다 크면 상기 안테나 매칭부의 안테나 반사계수를 작게 하는 디지털 제어신호를 상기 안테나 매칭부로 출력하는 미세조정부(MCU), 및 상기 미세조정부의 디지털 제어신호를 아날로그 신호로 변환하는 디지털 아날로그 변환기(DAC)를 포함하고, 상기 안테나 매칭부는 상기 변환된 아날로그 신호에 따라서 안테나의 반사계수를 변경하는 것을 특징으로 한다.
상기 안테나 매칭 장치는, 상기 안테나 매칭부는, 고정 인덕터와 가변 커패시터를 포함하고, 상기 제어부의 출력에 따라 자동으로 커패시터 값을 조정하여 안테나의 반사계수를 변경하는 것을 특징으로 한다.
상기 안테나 매칭 장치는, 상기 안테나 매칭부와 송신부 사이에 추가 구성부가 있으면, 각 구성부 사이에 임피던스 매칭부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 안테나 자동 매칭 장치 제어 프로그램이 기록된 기록매체는, 안테나, 송수신부 및 상기 안테나와 송수신부의 임피던스를 매칭시키는 안테나 매칭부를 갖는 안테나 매칭 장치의 제어 프로그램이 기록된 기록매체에 있어서, 상기 송신부에서 특정 신호를 발생시키는 단계, 상기 송신부로부터 발생된 정현파 신호 중에서 상기 안테나를 통하여 외부로 방사되지 않은 신호의 크기를 상기 수신부를 통해 입력받고, 입력된 신호의 크기가 소정의 값보다 크면 상기 안테나의 반사계수를 작게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 안테나 매칭 장치 제어 프로그램이 기록된 기록매체는, 상기 특정 신호는, AC 신호인 것을 특징으로 한다.
상기 안테나 매칭 장치 제어 프로그램이 기록된 기록매체는, 상기 정현파 신호는 캐리어 주파수로부터 오프셋(offset)된 주파수 신호인 것을 특징으로 한다.
상기 안테나 매칭 장치 제어 프로그램이 기록된 기록매체는, 상기 수신부는, 수신된 신호의 크기를 측정하는 신호 크기 측정부(RSSI)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 안테나 매칭 장치 제어 프로그램이 기록된 기록매체는, 상기 제어부는, 상기 수신부로부터 입력받은 신호의 크기가 소정의 값보다 크면 상기 안테나 매칭부의 안테나 반사계수를 작게 하는 디지털 제어신호를 상기 안테나 매칭부로 출력하는 미세조정부(MCU)를 포함하고, 상기 안테나 매칭부는 상기 디지털 제어신호에 따라서 안테나의 반사계수를 변경하는 것을 특징으로 한다.
상기 안테나 매칭 장치 제어 프로그램이 기록된 기록매체는, 상기 제어부는, 상기 수신부로부터 입력받은 신호의 크기가 소정의 값보다 크면 상기 안테나 매칭부의 안테나 반사계수를 작게 하는 디지털 제어신호를 상기 안테나 매칭부로 출력하는 미세조정부(MCU), 및 상기 미세조정부의 디지털 제어신호를 아날로그 신호로 변환하는 디지털 아날로그 변환기(DAC)를 포함하고, 상기 안테나 매칭부는 상기 변환된 아날로그 신호에 따라서 안테나의 반사계수를 변경하는 것을 특징으로 한다.
상기 안테나 매칭 장치 제어 프로그램이 기록된 기록매체는, 상기 안테나 매칭부는, 고정 인덕터와 가변 커패시터를 포함하고, 상기 제어부의 출력에 따라 자동으로 커패시터 값을 조정하여 안테나의 반사계수를 변경하는 것을 특징으로 한다.
상기 안테나 매칭 장치 제어 프로그램이 기록된 기록매체는, 상기 안테나 매칭부와 송신부 사이에 하나 이상의 추가 회로부가 있으면, 각 구성부 사이에 하나 이상의 매칭부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 안테나 매칭 방법은, 안테나를 이용한 송수신 통신 방법에 있어서, 송신부에서 특정 신호를 발생시키는 단계, 안테나에서 상기 송신부로부터 발생된 정현파 신호를 외부로 방사하는 단계, 수신부에서, 상기 정현파 신호 중에서 상기 안테나를 통하여 외부로 방사되지 않은 신호의 크기를 측정하여 제어부로 전달하는 단계, 상기 제어부에서 상기 수신부로부터 수신된 신호의 크기를 입력받아 소정의 크기보다 큰 경우 안테나 매칭부에 매칭부 제어신호를 전달하는 단계, 및 상기 안테나 매칭부에서 상기 제어부로부터 전달받은 제어신호에 의하여 안테나의 반사계수를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 안테나 매칭 방법은, 상기 특정 신호는, AC 신호인 것을 특징으로 한다.
상기 안테나 매칭 방법은, 상기 정현파 신호는 캐리어 주파수로부터 오프셋(offset)된 주파수 신호인 것을 특징으로 한다.
상기 안테나 매칭 방법은, 상기 수신부는, 수신된 신호의 크기를 측정하는 신호 크기 측정부(RSSI)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 안테나 매칭 방법은, 상기 제어부는, 상기 수신부로부터 입력받은 신호의 크기가 소정의 값보다 크면 상기 안테나 매칭부의 안테나 반사계수를 작게 하는 디지털 제어신호를 상기 안테나 매칭부로 출력하는 미세조정부(MCU)를 포함하고, 상기 안테나 매칭부는 상기 디지털 제어신호에 따라서 안테나의 반사계수를 변경하는 것을 특징으로 한다.
상기 안테나 매칭 방법은, 상기 제어부는, 상기 수신부로부터 입력받은 신호의 크기가 소정의 값보다 크면 상기 안테나 매칭부의 안테나 반사계수를 작게 하는 디지털 제어신호를 상기 안테나 매칭부로 출력하는 미세조정부(MCU), 및 상기 미세조정부의 디지털 제어신호를 아날로그 신호로 변환하는 디지털 아날로그 변환기(DAC)를 포함하고, 상기 안테나 매칭부는 상기 변환된 아날로그 신호에 따라서 안테나의 반사계수를 변경하는 것을 특징으로 한다.
상기 안테나 매칭 방법은, 상기 안테나 매칭부는, 고정 인덕터와 가변 커패시터를 포함하고, 상기 제어부의 출력에 따라 자동으로 커패시터 값을 조정하여 안테나의 반사계수를 변경하는 것을 특징으로 한다.
상기 안테나 매칭 방법은, 상기 안테나 매칭부와 송신부 사이에 하나 이상의 추가 회로부가 있으면, 각 구성부 사이에 하나 이상의 매칭부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 안테나를 포함하는 통신시스템에서 안테나가 삽입되는 대상의 종류와 형태 및 외부환경 변화에 대응하여 안테나의 특성이 조정된다.
본 발명에 따르면, 안테나를 포함하는 통신시스템에서 안테나가 삽입되는 대상의 종류와 형태 및 외부환경 변화에 관계없이 안테나의 특성인 반사계수(S11)를 최적화할 수 있다.
본 발명에 따르면, 안테나를 포함하는 통신시스템에서 안테나가 삽입되는 대상의 종류와 형태 및 외부환경 변화에 관계없이 안테나의 특성인 밴드위쓰(Bandwidth)를 최적화할 수 있다.
본 발명에 따르면, 안테나를 포함하는 통신시스템에서 송신부와 안테나의 임피던스 차이를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 자동 매칭 장치에 대한 회로이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 안테나 매칭부를 디지털 제어를 하는 안테나 자동 매칭 장치에 대한 회로이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 안테나 매칭부를 아날로그 제어를 하는 안테나 자동 매칭 장치에 대한 회로이다.
도 4는 안테나 매칭부의 치환 가능한 회로이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 구성부가 추가된 경우의 안테나 자동 매칭 장치에 대한 회로이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 안테나 자동 통신 장치에서 안테나의 반사계수를 줄이는 방법의 순서를 나타내는 흐름도이다.
도 7은 안테나 매칭부에서 임피던스 매칭을 위해 구현 가능한 회로이다.
도 8은 송신부에서의 오프셋(offset) 된 신호의 주파수 스펙트럼에 관한 그래프이다.
도 9는 버랙터에서 입력 전압과 가변 커패시터간의 상관관계를 나타내는 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 상세히 설명한다. 본 발명의 구성요소 중 종래기술에 의하여 당업자가 명확하게 파악할 수 있고 용이하게 재현할 수 있는 것에 관해서는 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위하여 그 구체적인 설명을 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 안테나 자동 매칭 장치의 실시예를 나타낸 도면이다. 도 2는 도 1에 도시된 자동 매칭 장치의 구성을 더욱 구체화한 실시예를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 안테나 자동 매칭 장치는 무선 신호를 발생시키는 송신부(110), 송신부(110)로부터 생성된 신호를 외부로 방사하거나 외부로부터 전파를 받는 송수신 안테나(130), 안테나(130)와 안테나 매칭부(120)를 통해 무선 신호를 수신하는 수신부(140), 수신부(140)로부터의 입력에 따라 안테나 매칭부(120)를 제어하는 제어부(150), 제어부(150)의 출력값에 따라 안테나(130)의 반사계수를 조절하는 안테나 매칭부(120)로 구성되어 있다.
송신부(110)는 송신을 위한 무선 신호를 발생시킨다. 본 발명에 따르면, 송신부(110)는 안테나 자동 매칭을 위해 특정 신호를 만들어 낸다. 이러한 특정 신호는 DC가 아닌 AC 신호임이 바람직하다. AC 신호 중에서 정현파 신호일 수도 있으며, 이러한 정현파 신호는 캐리어 주파수로부터 오프셋(offset)된 주파수 신호인 것이 좋다.
송수신 안테나(130)는 송신용, 수신용으로 모두 이용되는 안테나를 말한다. 송수신 안테나(130)는 다이폴 안테나(Dipole Antenna), 파라볼릭 안테나(Parabolic Antenna) 등 다양한 안테나가 사용될 수 있다. 본 발명에서 안테나(130)는 송신부에서 생성한 신호를 외부로 방사하고 안테나의 특성에 따라 외부로 방사하지 못한 신호를 수신부로 되돌린다.
안테나 매칭부(120)는 송신부의 임피던스와 안테나의 임피던스의 차이를 줄여 안테나의 임피던스를 매칭시키는 것을 말한다. 상기 안테나 매칭부(120)는 바람직하기로는 고정 인덕터와 가변 커패시터를 포함한다. 가변 커패시터는 제어방법에 따라 버랙터나 커패시터 뱅크 등이 사용될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따르면 고정 인덕터(L1)은 일단은 송수신부(110, 140)와 타단은 안테나(130)와 직렬로 연결되어 있다. 가변 커패시터(Cv1, Cv2)의 일단은 고정 인덕터(L1) 양단에서 각각 안테나(130) 또는 송수신부(110, 140)과 연결되며, 타단은 접지되는 형태이다. 도 4에 도시된 바와 같이 상기 가변 커패시터는 아날로그 제어와 디지털 제어에 따라 버랙터(410) 또는 커패시터 뱅크(420)형태를 가질 수 있다. 이외에도 안테나 매칭부(120)의 구현 가능한 형태는 도 7에 나타나 있으며, 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다.
수신부(140)는 안테나를 통해 들어온 신호를 수신한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 수신부는 수신된 신호의 크기를 측정하기 위하여 신호 크기 측정부(RSSI, Received Signal Strength Indicator)를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 한 실시예에 따르면, 수신부(140)의 입력단과 출력단 간에 수신기(241) 및 신호 크기 측정부(242)가 직렬로 접속될 수 있다.
상기 수신기(241)는 안테나(130)로부터 되돌아 온 신호를 직접 받아들이는 부분이다. 상기 수신기(241)는 직접 입력 신호를 받아들여 원하는 신호를 추출해 내고, 증폭이 필요한 경우는 이 신호를 증폭한다. 본 발명에서, 입력 신호가 오프셋 된 신호이므로, 상기 수신기(241)은 오프셋 주파수를 갖는 신호를 추출해낸다. 즉, 900.1MHz의 신호에서 100KHz의 신호를 추출한다.
수신 신호 크기 측정부(RSSI)(242)는 상기 수신부(140)에 들어온 신호의 크기를 측정한다. 본 발명에서는 상기 수신기(241)에서 추출한 신호의 크기를 측정한다.
제어부(150)는 수신부(140)로부터 수신 신호의 크기를 입력 받아, 레퍼런스 값과 비교를 하며, 그 결과에 따라 안테나 매칭부(120)의 소자값을 조절하는 신호를 발생시킨다. 상기 제어부(150)는 수신된 신호의 크기와 기설정된 레퍼런스 값과 비교를 한다.
이하에서는 도 1 내지 도 2에 도시된 안테나 자동 매칭 장치의 작동원리에 대해 상세히 설명한다.
먼저, 송신부(110)는 소정의 신호를 발생시킨다. 바람직하기로는 이러한 소정의 신호로는 AC가 적합하다. 본 발명의 실시예에 따르면, 송신부(110)는 정현파를 발생시킨다. 송신부(110)가 발생시키는 정현파는 캐리어 주파수(carrier frequency)에서 밴드위쓰 범위 내의 오프셋(offset)을 갖는 정현파를 발생시킨다. 예를 들어, 캐리어 주파수가 900MHz이고, 오프셋이 100KHz이면, 송신부(110)에서는 900.1MHz의 정현파 신호를 발생시키게 된다. 이는 도 8에 나와있듯이, 캐리어주파수가 fTX이고, offset 주파수를 foffset이라고 하면, 송신부에서 출력되는 주파수는 fTX+foffset이 된다.
수신부(140)는 안테나(130)에서 방사되지 못하고 되돌아오는 신호를 수신하게 된다. 수신부(140)는 수신기(241)에서 신호를 수신하여 오프셋 신호를 추출하고, RSSI(242)에서는 입력 신호로부터 추출한 신호의 크기를 측정한다. 수신된 신호의 크기를 측정하는 방법은 RSSI(242)외에도 당업자가 용이하게 실시가능한 방법이라면 어느 것이라도 가능하다. 예를 들면, 수신부(140)에서 정재파비(VSWR)의 값을 검출하여 기설정된 정재파비(VSWR)값과 비교하여 안테나(130)에서 방사되지 않고 되돌아온 신호의 크기를 측정할 수도 있다. 또한, 반사계수(S11)를 이용하거나, 반사손실(Return Loss)도 이용 가능하다. 이 외에도 당업자에게 용이한 여러가지 방법들이 사용될 수 있다.
안테나(130)의 정재파비(VSWR, Voltage Standing Wave Ratio)가 1이라면, 즉 안테나 매칭이 이상적인 경우라면, 송신부(110)에서의 발생신호가 모두 안테나(130)를 통해 외부로 방사될 것이다. 그러나, 정재파비 1보다 크면, 송신부(110)에서의 발생 신호가 모두 안테나(130)를 통해 방사되지 못하고 일부는 반사되어 돌아오게 된다. 수신부(140)에서는 이 반사된 신호의 크기를 측정하게 된다. 수신부에서는 900.1MHz의 신호를 복조하여 100kHz인 신호를 추출한다. 고주파 신호인 경우 상대적으로 정확한 측정이 어렵기 때문에, 오프셋 주파수를 이용하면 정확한 결과를 얻을 수 있다.
제어부(150)에서는 수신부(140)로부터 수신 신호의 크기를 입력으로 받아, 이미 설정된 레퍼런스 값과 비교를 수행한다. 수신된 반사 신호가 레퍼런스 값보다 작거나 같은 경우라면 안테나(130) 매칭이 허용범위 내이므로 현재 설정상태를 유지한다. 그러나, 레퍼런스 값보다 수신된 반사 신호의 크기가 크다면, 제어부(150)는 안테나 매칭부(120)의 커패시터 값을 조절하여 송신부 임피던스와 안테나 임피던스 차이를 줄이며, 결과적으로 반사계수 또는 정재파비(VSWR)를 줄인다. 즉, 제어부(150)는 안테나의 임피던스와 송신부(110)의 임피던스 차이를 줄이기 위하여, 안테나 매칭부(120)에 임피던스 매칭을 위한 신호를 출력한다.
안테나 매칭부(120)는 제어부(150)로부터의 출력을 입력받아 안테나(130)의 임피던스를 조절한다. 안테나 매칭부(120)은 고정 인덕터와 가변 커패시터로 이루어지며, 커패시터의 값의 조절을 통해 안테나(130)의 임피던스를 자동으로 매칭한다. 임피던의 매칭을 통해 반사계수 또는 정재파비(VSWR)를 줄인다. 상기 안테나 매칭부(120)는 입력되는 전압에 따라 커패시터 값이 변화하는 버랙터 다이오드를 포함하여 구성될 수 있다. 이와 같은 본 발명에 따르면, 무선 통신 장치에서 임피던스를 적절하게 변화시켜 다양한 주파수에서 보다 효과적인 안테나 매칭을 수행할 수 있다.
도 3은 안테나 매칭부(120)를 아날로그 제어를 하기 위한 실시예이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 안테나 자동 매칭 장치는 무선 신호를 발생시키는 송신부(110), 송신부(110)로부터 생성된 신호를 외부로 방사하거나 외부로부터 전파를 받는 송수신 안테나(130), 안테나(130)와 안테나 매칭부(120)를 통해 무선 신호를 수신하는 수신부(140), 수신부(140)로부터의 입력에 따라 안테나 매칭부(120)를 제어하는 제어부(150), 제어부(150)의 출력값에 따라 안테나(130)의 반사계수를 조절하는 안테나 매칭부(120)로 구성되어 있다.
도 3에서 도시된 바와 같이, 제어부(150)는 미세조정부(MCU, Micro Control Unit)(351)와 디지털 아날로그 변환기(DAC, Digital Analog Converter)(352)를 포함할 수 있다.
미세조정부(MCU)(351)는 수신부(140)로부터 수신 신호의 크기를 입력으로 받아, 이미 설정된 레퍼런스 값과 비교를 수행한다. 비교 결과에 따라, 입력값이 레퍼런스 값보다 큰 경우, 디지털 아날로그 변환기(352)에 안테나 매칭을 위한 신호를 전송한다.
디지털 아날로그 변환기(DAC)(352)는 미세조정부(351)로부터의 디지털 신호를 입력으로 받아, 이를 아날로그 신호를 변환하여 출력한다. 본 발명에서는 미세조정부(351)의 안테나 매칭을 위한 신호를 입력으로 받아 안테나 매칭부(120)의 소자값을 조절하기 위한 전압을 출력한다.
도 3을 참조하면, 제어부(150)는 수신부(140)로부터 입력받은 수신 신호의 크기가 레퍼런스 값보다 작거나 같은 경우라면 안테나(130) 매칭이 허용범위 내이므로 현재 설정상태를 유지한다. 그러나, 레퍼런스 값보다 수신된 반사 신호의 크기가 크다면, 제어부(150)는 안테나 매칭부(120)의 커패시터 값을 조절하여 송신부 임피던스와 안테나 임피던스 차이를 줄이며, 결과적으로 반사계수 또는 정재파비(VSWR)를 줄인다.
미세조정부(351)는 수신부(140)로부터 수신 신호의 크기를 입력으로 받아 레퍼런스 값과 비교를 수행한다. 도 2에서 서술했듯이, 수신 신호의 크기가 레퍼런스 값보다 큰 경우, 미세조정부(351)는 디지털 아날로그 변환기(352)에 디지털 제어 신호를 보내게 된다.
디지털 아날로그 변환기(352)는 미세조정부(351)로부터 입력받은 신호에 따라, 해당되는 전압을 출력하게 된다. 디지털 아날로그 변환기(352)의 출력 전압에 따라, 안테나 매칭부(120)의 버랙터 값이 자동으로 조절된다. 버랙터에서 입력 전압과 커패시턴스 값의 관계는 도 9에 도시되어 있다. 이로써, 안테나(130)의 임피던스를 조절하여 안테나의 임피던스와 송신부의 인피더스 차이를 줄이게 되며, 결과적으로 반사계수 또는 정재파비(VSWR)를 줄인다.
도 4는 안테나 매칭부(120)의 가변 커패시터의 형태를 보여준다.
안테나 매칭 장치의 제어부(150)가 아날로그 제어를 하는 경우에는 버랙터를 사용하여 가변 커패시터를 구성할 수 있고(410), 디지털 제어를 하는 경우에는 커패시터 뱅크로 구성될 수 있다(420). 디지털 제어를 하는 경우에는, 하나 이상의 커패시터 뱅크를 포함하며, 커패시터 뱅크는 n개의 커패시터들이 연결된 구조를 이루고 있다.
도 5는 안테나 자동 매칭 장치의 또 다른 실시예이다.
안테나 매칭부(120)와 송신부(110) 사이에 커플러(560)나 아이솔레이터(isolator)(570)와 같은 구성이 추가되는 경우에 각 구성사이에 매칭부가 추가될 수 있음을 보여준다.
커플러(560)는 한 개의 진입 신호를 다수의 송출 경로로 라우팅 하거나, 다수의 진입 경로를 하나의 송출 경로로 라우팅 해주는 역할을 한다. 본 발명에서는 안테나와 송신부, 수신부 사이의 원활한 신호 흐름을 위한 부분이다.
아이솔레이터(550)는 전력의 흐름방향을 한 방향으로 고정시키는 역할을 한다. 즉, 역방향으로 들어오는 전력을 제거하여, 통신 변조 성능을 높여준다.
도 5를 참조하면, 안테나(130) 매칭 이외에도 각각의 구성간의 매칭이 요구되는 경우에는 각각의 구성 사이에 매칭부1(580), 매칭부2(590)를 추가할 수 있다. 즉, 안테나 매칭부(120)와 송신부(110) 사이에 추가 구성이 필요한 경우에는 도 5에 도시된 바와 같이 매칭부1(580), 매칭부2(590)를 추가하여 각 구성간의 임피던스 매칭이 가능하다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 안테나 매칭 장치에서 임피던스를 매칭하는 방법의 순서를 나타내는 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 먼저 송신부(110)는 송신 신호 Tx를 발생시킨다(Tx signal generation, S610).
상기 송신부(110)는 특정 신호를 발생시키며, 이러한 특정 신호는 DC가 아닌 AC 신호임이 바람직하다. AC 신호 중에서 정현파 신호일 수도 있으며, 이러한 정현파 신호는 캐리어 주파수로부터 오프셋(offset)된 주파수 신호인 것이 좋다.
송신부(110)에서 발생된 신호가 전부 안테나(130)에서 방사되지 못하고 일부가 되돌아 오게 되며, 수신부(140)에서는 이 신호 Rx를 수신하여 크기를 측정한다(Rx RSSI measurement, S620)
수신부는 수신된 신호 Rx의 크기를 측정하기 위하여 신호 크기 측정부(242)를 더 포함할 수 있다. 상기 수신기(241)는 안테나(130)로부터 되돌아 온 신호를 직접 받아들이는 부분이다. 상기 수신기(241)는 직접 입력 신호를 받아들여 원하는 신호를 추출하며, 증폭이 필요한 경우는 이 신호를 증폭한다. 본 발명에서, 입력 신호가 오프셋 된 신호이므로, 상기 수신기(241)는 오프셋 주파수를 갖는 신호를 추출해낸다. 즉, 900.1MHz의 신호에서 100KHz의 신호를 추출한다. 수신 신호 크기 측정부(RSSI)(242)는 상기 수신부(140)에 들어온 신호의 크기를 측정하여 이 값을 제어부(150)에 전달한다.
제어부(150)는 수신부(140)로부터 수신 신호의 크기 RSSI value를 입력 받아 레퍼런스 값 Reference 와 비교하게 된다(Reference < RSSI value?, S630).
도 3에 도시된 바와 같이, 제어부(150)의 미세조정부(351)에서는 수신부(140)로부터 수신 신호의 크기 RSSI value를 입력으로 받아 레퍼런스 값 Reference 와 비교를 수행한다.
수신 신호의 크기 RSSI value가 레퍼런스 값 Reference보다 크면, 제어부(150)는 안테나 매칭부(120)의 커패시터 값을 조절하여 임피던스 차이를 줄여 반사계수를 줄이게 된다(S640).
수신 신호의 크기 RSSI value가 레퍼런스 값 Reference보다 큰 경우, 제어부(150)는 안테나 매칭부(120)에 제어 신호를 보내게 된다.
아날로그 제어를 하는 경우에는, 미세조정부(351)는 디지털 아날로그 변환기(352)에 디지털 제어 신호를 보내게 되며, 디지털 아날로그 변환기(352)는 미세조정부(351)로부터 입력받은 신호에 따라, 해당되는 전압을 출력하게 된다. 디지털 아날로그 변환기(352)의 출력 전압에 따라, 안테나 매칭부(120)의 버랙터 값이 자동으로 조절된다. 버랙터에서 입력 전압과 커패시턴스 값의 관계는 도 9에 도시되어 있다. 이로써, 안테나(130)의 임피던스를 조절하여 안테나의 임피던스와 송신부의 인피더스의 차이를 줄이게 되며, 결과적으로 반사계수 또는 정재파비(VSWR)를 줄인다. 제어부(150)는 수신부(140)로부터의 수신 신호의 크기가 레퍼런스 값보다 크다면, 제어부(150)는 안테나 매칭부(120)의 커패시터 값을 조절하여 송신부(110)의 임피던스와 안테나(130)의 임피던스 차이를 줄이며, 결과적으로 반사계수 또는 정재파비(VSWR)를 줄인다. 즉, 제어부(150)는 안테나(130)의 임피던스와 송신부(110)의 임피던스 차이를 줄이기 위하여, 안테나 매칭부(120)에 임피던스 매칭을 위한 신호를 출력한다.
그러나, 수신 신호의 크기 RSSI value가 레퍼런스 값 Reference보다 작거나 같은 경우, 제어부(150)은 현재 상태의 안테나 매칭부(120)의 설정을 유지하도록 한다(S650). 즉, 현재 안테나 매칭부(120)의 소자값을 유지하여 안테나(130)와 송신부(110)의 임피던스 차이를 유지하도록 한다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 즉, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110 : 송신부
120 : 안테나 매칭부
130 : 안테나
140 : 수신부
150 : 제어부
241 : 수신기
242 : 수신 신호 크기 측정부(RSSI)
351 : 미세조정부(MCU)
352 : 디지털 아날로그 변환기(DAC)
410 : 버랙터
420 : 커패시터 뱅크
560 : 커플러
570 : 아이솔레이터
580 : 매칭부1
590 : 매칭부2
S600 : 안테나 자동 매칭 방법
S610 : 송신 신호 발생 단계
S620 : 수신 신호 크기 측정 단계
S630 : 수신된 신호와 레퍼런스 값을 비교하는 단계
S640 : 안테나 매칭부의 임피던스를 조절하는 단계
S650 : 현재 설정 상태를 유지하는 단계

Claims (24)

  1. 안테나, 송수신부, 및 상기 안테나와 송신단의 임피던스를 매칭시키는 안테나 매칭부를 갖는 무선 통신 장치의 안테나 매칭 장치에 있어서,
    상기 송신부로부터 발생된 특정 신호 중에서 상기 안테나를 통하여 외부로 방사되지 않은 신호의 크기를 상기 수신부를 통해 입력받고, 입력된 신호의 크기가 소정의 값보다 크면 상기 안테나의 반사계수를 작게 하는 제어부를 포함하는,
    안테나 매칭 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 특정 신호는,
    AC 신호인,
    안테나 매칭 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 AC 신호는,
    캐리어 주파수로부터 오프셋(offset)된 주파수 신호인,
    안테나 매칭 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수신부는,
    수신된 신호의 크기를 측정하는 신호 크기 측정부(RSSI)를 더 포함하는,
    안테나 매칭 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 수신부로부터 입력받은 신호의 크기가 소정의 값보다 크면 상기 안테나 매칭부의 안테나 반사계수를 작게 하는 디지털 제어신호를 상기 안테나 매칭부로 출력하는 미세조정부(MCU)를 포함하고,
    상기 안테나 매칭부는 상기 디지털 제어신호에 따라서 안테나의 반사계수를 변경하는,
    안테나 매칭 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 수신부로부터 입력받은 신호의 크기가 소정의 값보다 크면 상기 안테나 매칭부의 안테나 반사계수를 작게 하는 디지털 제어신호를 상기 안테나 매칭부로 출력하는 미세조정부(MCU), 및
    상기 미세조정부의 디지털 제어신호를 아날로그 신호로 변환하는 디지털 아날로그 변환기(DAC)를 포함하고,
    상기 안테나 매칭부는 상기 변환된 아날로그 신호에 따라서 안테나의 반사계수를 변경하는,
    안테나 매칭 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 매칭부는,
    고정 인덕터와 가변 커패시터를 포함하고,
    상기 제어부의 출력에 따라 자동으로 커패시터 값을 조절하여 안테나의 반사계수를 변경하는,
    안테나 매칭 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 매칭부와 송신부 사이에 추가 구성부가 있으면, 각 구성부 사이에 임피던스 매칭부를 더 포함하는,
    안테나 매칭 장치.
  9. 안테나, 송수신부 및 상기 안테나와 송수신부의 임피던스를 매칭시키는 안테나 매칭부를 갖는 무선 통신 장치의 안테나 매칭 장치 제어 프로그램이 기록된 기록매체에 있어서,
    상기 송신부에서 특정 신호를 발생시키는 단계;
    상기 송신부로부터 발생된 정현파 신호 중에서 상기 안테나를 통하여 외부로 방사되지 않은 신호의 크기를 상기 수신부를 통해 입력받고, 입력된 신호의 크기가 소정의 값보다 크면 상기 안테나의 반사계수를 작게 하는 단계를 포함하는,
    안테나 매칭 장치 제어 프로그램이 기록된 기록매체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 특정 신호는,
    AC 신호인,
    안테나 매칭 장치 제어 프로그램이 기록된 기록매체.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 정현파 신호는 캐리어 주파수로부터 오프셋(offset)된 주파수 신호인,
    안테나 매칭 장치 제어 프로그램이 기록된 기록매체.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 수신부는,
    수신된 신호의 크기를 측정하는 신호 크기 측정부(RSSI)를 더 포함하는,
    안테나 매칭 장치 제어 프로그램이 기록된 기록매체.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 수신부로부터 입력받은 신호의 크기가 소정의 값보다 크면 상기 안테나 매칭부의 안테나 반사계수를 작게 하는 디지털 제어신호를 상기 안테나 매칭부로 출력하는 미세조정부(MCU)를 포함하고,
    상기 안테나 매칭부는 상기 디지털 제어신호에 따라서 안테나의 반사계수를 변경하는,
    안테나 매칭 장치 제어 프로그램이 기록된 기록매체.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 수신부로부터 입력받은 신호의 크기가 소정의 값보다 크면 상기 안테나 매칭부의 안테나 반사계수를 작게 하는 디지털 제어신호를 상기 안테나 매칭부로 출력하는 미세조정부(MCU), 및
    상기 미세조정부의 디지털 제어신호를 아날로그 신호로 변환하는 디지털 아날로그 변환기(DAC)를 포함하고,
    상기 안테나 매칭부는 상기 변환된 아날로그 신호에 따라서 안테나의 반사계수를 변경하는
    안테나 매칭 장치 제어 프로그램이 기록된 기록매체.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 안테나 매칭부는,
    고정 인덕터와 가변 커패시터를 포함하고,
    상기 제어부의 출력에 따라 자동으로 커패시터 값을 조절하여 안테나의 반사계수를 변경하는,
    안테나 매칭 장치 제어 프로그램이 기록된 기록매체.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 안테나 매칭부와 송신부 사이에 하나 이상의 추가 회로부가 있으면, 각 구성부 사이에 하나 이상의 매칭부를 더 포함하는,
    안테나 매칭 장치 제어 프로그램이 기록된 기록매체.
  17. 안테나를 이용한 송수신 통신 방법에 있어서,
    송신부에서 특정 신호를 발생시키는 단계;
    안테나에서 상기 송신부로부터 발생된 정현파 신호를 외부로 방사하는 단계;
    수신부에서, 상기 정현파 신호 중에서 상기 안테나를 통하여 외부로 방사되지 않은 신호의 크기를 측정하여 제어부로 전달하는 단계;
    상기 제어부에서 상기 수신부로부터 수신된 신호의 크기를 입력받아 소정의 크기보다 큰 경우 안테나 매칭부에 매칭부 제어신호를 전달하는 단계; 및
    상기 안테나 매칭부에서 상기 제어부로부터 전달받은 제어신호에 의하여 안테나의 반사계수를 조절하는 단계를 포함하는,
    안테나 매칭 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 특정 신호는,
    AC 신호인,
    안테나 매칭 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 정현파 신호는 캐리어 주파수로부터 오프셋(offset)된 주파수 신호인,
    안테나 매칭 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 수신부는,
    수신된 신호의 크기를 측정하는 신호 크기 측정부(RSSI)를 더 포함하는,
    안테나 매칭 방법.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 수신부로부터 입력받은 신호의 크기가 소정의 값보다 크면 상기 안테나 매칭부의 안테나 반사계수를 작게 하는 디지털 제어신호를 상기 안테나 매칭부로 출력하는 미세조정부(MCU)를 포함하고,
    상기 안테나 매칭부는 상기 디지털 제어신호에 따라서 안테나의 반사계수를 변경하는,
    안테나 매칭 방법.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 수신부로부터 입력받은 신호의 크기가 소정의 값보다 크면 상기 안테나 매칭부의 안테나 반사계수를 작게 하는 디지털 제어신호를 상기 안테나 매칭부로 출력하는 미세조정부(MCU), 및
    상기 미세조정부의 디지털 제어신호를 아날로그 신호로 변환하는 디지털 아날로그 변환기(DAC)를 포함하고,
    상기 안테나 매칭부는 상기 변환된 아날로그 신호에 따라서 안테나의 반사계수를 변경하는,
    안테나 매칭 방법.
  23. 제17항에 있어서,
    상기 안테나 매칭부는,
    고정 인덕터와 가변 커패시터를 포함하고,
    상기 제어부의 출력에 따라 자동으로 커패시터 값을 조절하여 안테나의 반사계수를 변경하는,
    안테나 매칭 방법.
  24. 제17항에 있어서,
    상기 안테나 매칭부와 송신부 사이에 하나 이상의 추가 회로부가 있으면, 각 구성부 사이에 하나 이상의 매칭부를 더 포함하는,
    안테나 매칭 방법.
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