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KR20000005472A - 휴대용 무선 통신 장치 - Google Patents

휴대용 무선 통신 장치 Download PDF

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KR20000005472A
KR20000005472A KR1019980708248A KR19980708248A KR20000005472A KR 20000005472 A KR20000005472 A KR 20000005472A KR 1019980708248 A KR1019980708248 A KR 1019980708248A KR 19980708248 A KR19980708248 A KR 19980708248A KR 20000005472 A KR20000005472 A KR 20000005472A
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South Korea
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antenna
communication device
portable radio
housing
spiral
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아키히로 스구로
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이토오 겐스케
교세라 가부시키가이샤
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Abstract

휴대용 무선 통신 장치에 탑재된 소형 플랫 안테나는 좁은 대역폭에 이용 가능하며, 하우징과 사람의 몸과 같은 주변 유전체와 플랫 안테나 사이의 간섭에 기인하여 플랫 안테나의 공진 주파수가 변화한다. 결과적으로, 안테나의 수신 감도 및 전송 효율이 감소되어 왔다. 통신부(동축선 또는 마이크로-스트립선)가 위성 통신을 위한 원형 분극 안테나를 가진 휴대용 무선 통신 장치에 배치되어 휴대용 무선 통신 장치의 하우징과 안테나 사이뿐만 아니라 사람의 몸과 안테나 사이에도 적당한 거리가 제공되게 된다.

Description

휴대용 무선 통신 장치
휴대용 무선 통신 장치 등을 통한 이동 통신에 있어서, 800MHz, 1.5GHz 및 1.9GHz의 주파수 대역에 속하는 선형적으로 분극화된 전파가 현재 이용되고 있다. 중간 궤도 및 저 궤도 위성을 이용하는 이동 전화기가 최근 이동 통신 회사에 의해 제안되어 오고 있으며, 다음의 주파수 대역 할당 시스템이 조직되고 있다. 그 중 한 시스템은 지상에서의 이동 전화기로부터 위성까지의 업링크를 위한 1.6GHz의 주파수 대역와, 위성에서 지상의 이동 전화기까지의 다운 링크를 위한 2.4GHz의 주파수 대역을 할당한다. 다른 시스템은 업링크 및 다운 링크 동신 각각에 대해 1.6GHz의 주파수 대역을 할당한다. 이러한 통신에 대해, 무선 통신 라인의 품질을 보증하기 위해 원형 분극화가 일반적으로 이용된다.
도 7에 도시된 바와 같이 제안된 전형적인 안테나 구조는 폴딩 안테나 어레이(25; folding antenna arrary, "세계 비정지 궤도 위성 통신 시스템", ITU Research, No. 261/262, New Japan ITU Scoiety, 1993년 8월, p. 36)이다. 위성 통신 안테나 어레이(25)는 마이크로 스트립 플랫 안테나(22; 이후, 전송 플랫 안테나로 언급된다)와, 수신 마이크로 스트립 플랫 안테나(23; 이후, "수신 플랫 안테나로 언급된다)를 위성 통신에 이용한다.
이하, 폴링 안테나 어레이(25)가 기술된다. 설명을 위해, 전술한 문헌 "ITU Research)에 나타난 ODYSSEY 시스템(미국의 TRW Corp.)에 의해 제안된 구조가 예로서 선택될 것이다. 도 7에 도시한 이동 전화기(92)는 유전체 상에 배치된 수신 플랫 안테나(23)와 플랫 안테나(22)를 갖춘 폴딩 안테나 어레이(25)를 가진다. 폴딩 안테나 어레이(25)는 힌지(85)를 통해서 0 내지 180°를 범위로 하는 폴딩 각(α)으로 이동 전화기(92)에 대해서 독단적으로 폴드될 수 있다.
이 경우에 있어서, 전송 플랫 안테나(22) 및 수신 플랫 안테나(23)는 각각의 주파수(f1, f2)를 이용하는 위성과 통신한다. 전송 및 수신 각각에 대해 동일한 주파수(f1)를 이용하는 위성 통신 시스템의 경우에 있어서, 전송 플랫 안테나(22)만이 전송 및 수신 각각에 이용될 수 있다. 일반적으로, 주파수(f1)는 1.6GHz의 주파수 대역을 이용하고, 주파수(f2)는 2.4GHz의의 주파수 대역을 이용한다.
그러나, 유전 시트(dielectric sheet)를 이용하는 소형 플랫 안테나는 좁은 대역폭을 가지고, 플랫 안테나의 공진 주파수는 하우징 및 사람의 몸과 같은 그 자체와 주위의 유전성 사이의 간섭 때문에 가변된다. 결과적으로, 안테나의 수신 감도와 전송 효율은 떨어지게 된다. 특히, 저 궤도 위성으로 통신하는 경우에 있어서는 사람의 몸의 머리에 의한 안테나 이득에서의 손실이 문제로 문제로서 제기된다.
더욱이, 주 빔이 제니스(zenith)쪽으로 향하는 경우(90°의 고도각으로), 낮은 고도각에서의 통신 감도는 플랫 안테나에서 악화된다. 플랫 안테나 또는 나선형 안테나 중 어느 하나의 사용이 통신 위성을 통한 이동 통신에 제안되어 오고 있지만, 위성이 낮은 고도각에 있을 때, 또는 위성이 높은 고도각에 있을 때 중 어느 하나만이 만족할만한 통신 감도가 얻어질 수 있는데, 이것은 각 형태의 안테나에 특정한 지향성의 제한 때문이다.
본 발명은 위성 통신에 효과적인 원형으로 분극화된 안테나를 가진 휴대용 무선 통신 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예인 휴대용 무선 통신 장치를 설명하는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예인 이동 전화기의 사용을 통해서 안테나로부터의 방사가 사람의 몸의 머리에 의해 차폐되지 않는 조건을 나타내는 도면.
도 3a는 4개의 와이어 나선형 안테나에서 통신부를 갖춘 안테나를 설명하는 도면.
도 3b는 모노 파일러 나선형 안테나에 통신부를 갖춘 안테나를 설명하는 도면.
도 4는 휴대용 무선 통신 장치가 플랫 안테나 수단과 거기에 탑재된 나선형 안테나 수단을 갖춘 본 발명의 다른 실시예를 도시한 도면.
도 5는 나선형 안테나 수단과 플랫 안테나 수단에 대한 안테나 회로를 나타내는 블록도.
도 6a는 플랫 안테나의 원형 분극파의 주 빔의 관련 파워를 도시한 도면.
도 6b는 나선형 안테나의 원형 분극파의 주 빔의 관련 파워를 도시한 도면.
도 6c는 도 6a 및 도 6b의 종합된 주 빔의 관련 파워를 도시한 도면.
도 7은 종래 휴대용 무선 통신 장치를 설명하는 도면.
본 발명은 사용자가 휴대용 무선 통신 장치를 사용할 때, 사람의 몸(특히, 머리)쪽으로 안테나 요소의 접근을 방지함으로써 상술한 문제점을 극복하기 위해 이루어진 것이다. 즉, 휴대용 무선 통신 장치에 탑재된 원형 분극 안테나에 있어서, 휴대용 무선 통신 장치 및 안테나 요소 사이에 통신부를 배치된다.
또한, 본 발명은 휴대용 무선 통신 장치에 2개의 원형 분극 안테나를 제공하고, 3개의 안테나 중 하나의 주 빔 방사 방향은 서로 다르게 구성되는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예를 나타낸다. 참조 번호 5는 마이크로-스트립선으로 구성된 통신부 또는 마이크로-스트립선을 표시한다. 동축선(9) 등으로 구성된 원형 분극 나선형 안테나(14)는 통신부(5)에 의해 이동 전화기(92)로부터 분리되어 있다. 참조 부호 81은 디스플레이부, 82는 수신기, 83은 동작부, 84는 송신기로서 표시되어 있다.
먼저, 나선형 안테나(14)의 동작 및 특성은 이하에 기술될 위성 통신을 위한 원형 분극파를 생성한다. 나선형 안테나(14)로서, 예컨대 2개의 와이어 나선형 안테나(일본 공개 특허 용개) 등이 공지되어 있다. 이 2개의 와이어 나선형 안테나는 본 발명의 실시예에서 채용된다. 나선형 안테나(14)는 방사 요소 및 컨덕터(8)로서 동작하는 동축선을 포함하고, 피드 포인트(7; feed point)에서 방사 요소 및 컨덕터(8)로서 동작하는 동축선(9)의 코어 컨덕터에 전기적으로 결합되고, 나선단(6; helix end)에서 방사 요소와 컨덕터(8)로서 동작하는 동축선(9)의 외부 컨덕터에 전기적으로 결합된다. 참조 부호 11은 나선으로 감겨져 있는 동축선(9) 및 컨덕터(8) 주위의 유전 실린더를 나타낸다.
안테나(14)를 통해서 흐르는 고주파수 전류에 기초해서 그 동작이 기술된다. 나선형 안테나(14)의 피드 포인트(7)는 안테나의 상부에 위치된다. 방사 요소로서 동작하는 동축선(9)의 외부 컨덕터에 접속되는 안테나 요소로서 동작하지 않는다. 피드 포인트(7)에서 동축선(9)의 코어 컨덕터로부터 여자하는 고주파수 전류는 동축선(9)의 외부 컨덕터의 외벽측에서 나선단(6)으로부터 위쪽으로 흐르고, 동축선(9)의 외부 컨덕터의 내벽측에서 반대 방향에 전류가 흐른다. 따라서, 공칭 기간에 동축선(9)의 외부 컨덕터에 흐르는 고주파수 전류는 없다. 결과적으로, 고주파수 전류는 순환 전류(loop current)가 된다. 컨덕터(8) 및 동축선(9)이 유전 실린더(11) 주위에 나선으로 감겨져 있기 때문에, 고주파수 전류는 나선을 따라 원형 분극을 방사한다.
다음, 나선형 안테나(14)를 이동 전화기에 접속하는 동작 동안, 방사 요소가 전화기 하우징에 접근하는 경우, 방사 패턴이 불안정하게 된다. 결과적으로, 독립적 몸체로서 안테나의 수행이 악화되고, 결국 하우징 및 안테나 각각의 전자기적 특성을 맞추는 동작의 수행을 요구하게 된다. 이 동작은 제조상 악화된다. 더욱이, 전화기 하우징에 근접하는 안테나의 방사 요소는 사람의 몸의 머리에 더욱 가깝게 되어 안테나에 대해 요구되는 수행을 어렵게 만든다. 이러한 문제를 극복하기 위해, 통신부(5)는 안테나 홀더(10)에 배치되어 안테나는 나선형 안테나(14)와 전화기 하우징 사이의 간섭을 줄이도록 요구되는 것을 수행할 수 있다. 슬라이딩 접속기(13)는 이동 전화기(92)의 상부 우측 표면에 배치되고, 슬라이딩 접속기(12)는 통신부(5)의 측면에 배치되어, 안테나 홀더(10)가 해제가 가능하게 된다. 통신부(5)의 길이는 원형 분극 안테나의 방사 요소의 물리적 길이의 약 20% 내지 100%로 설계되거나, 원형 분극 안테나의 방사 요소의 동작 파장의 0.1λ 내지 0.5λ(파장)로 설계된다.
통신부(5)는 안테나 홀더(10)내에 배치되기 때문에, 전화기 하우징과 나선형 안테나(14) 사이의 거리와, 사람의 몸의 머리와 나선형 안테나(14) 사이의 거리가 증가될 수 있고, 차례로 적당한 안테나 수행이 유지되게 한다. 도 2는 안테나로부터의 방사가 본 실시예에 따른 이동 전화기의 사용을 통해서 사람의 몸의 머리에 의해 차폐되지 않는 조건을 나타낸다. 이것은 저궤도에서 위성과 통신함에 필수적인 낮은 고도값에서의 안테나 이득이 손실되지 않는다는 것을 이 도면으로부터 이해될 수 있는 것이다.
상기한 실시예에서는 2 개의 와이어 나선형 안테나가 채용되었지만, 다른 형태의 나선형 안테나가 적절히 채용될 수 도 있다. 예컨대, 도 3a에 도시한 바와 같은 방사 요소로서 4개의 컨덕터를 갖춘 4개의 와이어 나선형 안테나와, 도 3b에 도시한 바와 같이 접지면(17)과 컨덕터(16)로 구성된 모니필터(1개의 와이어) 나선형 안테나 등이 통신부(5)가 안테나 홀더(10)에 배치되는 것 만큼의 유사한 장점을 제공할 수 있다.
이동 무선 통신 장치가 이용되는 시스템에 따라 최적 형태의 나선형 안테나가 선택될 수 있다. 나선형 안테나는 뽑는 형태 또는 회전 형태일 수 있는 것으로, 이러한 나선형 안테나가 무선 통신 장치의 하우징에 수신될 수 있음이 주지될 수 있다.
또한, 동축선 또는 마이크로-스트립선은 예컨대 상기한 예에서 안테나 홀더(10)에 배치된 통신부(5)에 수용되지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않고, 통신부(5)가 동축선, 마이크로-스트립선 등으로 구성되는 경우에 적용될 수 있다. 또한, 안테나는 슬라이딩 접속기(13) 및 슬라이딩 접속기(12)를 통해서 해제되도록 설계되었지만, 본 발명은 이러한 설계에 한정되지 않고, 통신부(5)가 제공되는 만큼의 고정된 안테나 설계에 적용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸다. 도 1 내지 도 3에 도시한 실시예에 대응하는 부분은 동일한 참조 부호로 설계되고, 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다. 도 4에 있어서, 참조 부호 40은 플랫 안테나 수단; 14는 나선형 안테나 수단; 92는 휴대용 무선 통신 장치(이동 전화기)이다. 플랫 안테나 수단(40)은 휴대용 무선 통신 장치(92)의 하우징의 상부 표면부에 배치되고, 나선형 안테나 수단(14)은 하우징의 상부측 표면부에 배치된다. 도 5는 안테나의 회로를 나타내는 블록도이다. 신호 합성기(32)는 무선 통신부(31)에 접속된다. 신호 선택기는 신호 합성기(32) 대신 이용될 수 있다. 안테나들 각각은 주 빔 방사 방향과 다른 방향을 가지고 있지만, 동일한 동작 주파수 대역과 동일한 회로 분극의 회전 방향을 가지고 있다.
플랫 안테나 수단(40)은 유사-패치 컨덕터(2; patch-like conductor)가 유전 시트(3)의 상부 표면에 본드(bond)되고, 접지면(도시하지 않음)이 유전 시트(3)의 하부 표면에 본드되도록 구성된다. 관통 구멍(through hole; 도시하지 않음)은 유전 시트(3)에 배치된다. 피드 핀(1; feed pin)은 관통 구멍에 삽입되어 피드핀(1)에서 유사-패치 컨덕터(2)로 전기적으로 접속한다. 동시에, 관통 구멍 주위의 컨덕터부는 접지면과의 접촉으로부터 피드핀(1)을 보호하기 위해 제거된다. 유사하게, 관통 구멍은 컨덕터 플레이트(50)에 배치되고, 컨덕터 플레이트(50)가 피드핀(1)과의 전기적 접속이 되지 않도록 배치된다. 컨덕터 플레이트(50)는 플랫 안테나 수단(40)보다 크기가 약간 크다. 유사 패치 컨덕터(2)의 가장 공통인 형태는 실직적으로 정사각형이다. 유사-패치 컨덕터는 장측 방향에서 저주파수에서와 단즉 방향에서 고주파수에서 공진한다. 즉, 유사-패치 컨덕터(2)는 2개의 다른 주파수에서 공진하고, 2개의 다른 주파수 사이에서 원형 분극 안테나로서 동작한다. 피드핀(1)의 위치를 조정함으로써 제공된다.
플랫 안테나 수단(40)의 주 빔은 일반적으로 제니스쪽으로 향하고(도 6a), 따라서 설계 자유도가 제한된다(거기에는 컨덕터 플레이트(5)의 크기에 의존하는 일부 설계 자유도가 있다). 다른 한편으로, 설계 자유도의 큰 등급이 나선형 안테나 수단(14)에 주어진다. 이것은 감는(winding) 조건의 선택을 가능하게 하여, 주 빔이 낮은 고도각으로 향하게 된다(도 6b). 도 4에 도시한 바와 같은 이러한 방법으로 휴대용 무선 통신 장치에 2가지 형태의 지향성 안테나를 결합 및 배치함으로써, 높은 고도각(제니스쪽으로)에서 낮은 고도각으로의 레이징(raging)으로 안정한 통신 감도가 제공될 수 있다(도 6c).
또한, 도 1 에 도시한 나선형 안테나 수단(14)은 안테나 홀딩관(10)에서 수용 및 유지된다. 휴대용 무선 통신 장치(92)와 나선형 안테나 수단(14) 사이의 신호 전송 경로(동축선(4) 또는 마이크로-스트립선)를 삽입하면서 휴대용 무선 통신 장치(92)의 상부로부터 떨어진 위치에서 나선형 안테나 수단(14)이 유지되고, 신호 전송 경로는 무선 통신부(31)로부터 유도된다. 나선형 안테나 수단(14; 2개의 와이어 나선형 안테나)의 주 빔이 낮은 고도각으로 향하게 되기 때문에, 사람의 몸의 머리에 의해 야기된 안테나 이득상의 손실은 휴대용 무선 통신 장치(92)로부터 떨어지도록 휴대용 무선 통신 장치(92) 위쪽의 나선형 안테나 수단(14)을 유지함으로써 방지될 수 있다.
사각 마이크로 스트립 플랫 안테나는 상기한 실시예에서 플랫 안테나로서 예시되었지만, 삼각, 오각 또는 원형 마이크로 스트립 안테나도 이용될 수 있다. 또한, 일점 후면 피딩이 피드 시스템으로서 예시되었지만, 어느 하나의 2점 후면 피딩, 일점 피딩, 또는 인접 패치를 공급하는 2점 피딩 또는 2점 피딩도 채용될 수 있다.
2개의 와이어 나선형 안테나가 나선형 안테나로서 예시되었지만, 도 3a에 도시한 바와 같은 4개의 와이어 안테나 , 도 3b에 도시한 바와 같은 모노 파일러(하나의 와이어) 나선형 안테나, 3개의 와이어 나선형 안테나 등도 통신 위성 시스템에 따라 선택될 수 있다.
또한, 안테나 홀딩관에 고정된 나선형 안테나의 상단부에 플랫 안테나를 배치함으로써, 사람의 몸의 머리에 의해 야기된 플랫 안테나의 안테나 이득의 손실이 방지될 수 있다. 신호 전송 경로는 플랫 안테나에 신호를 공급하는 안테나 홀딩관에 제공된다.
상술한 바와 같이 본 발명은 휴대용 무선 통신 장치 위에 배치된 원형 분극 안테나와 휴대용 무선 통신 장치 사이에 신호를 전송하는 통신부를 제공하는 것을 특징으로 한다. 결과적으로, 이러한 배치의 결과로서, 안정한 위성 통신이 허용될뿐 아니라 생산성도 개선될 수 있다.
또한, 낮은 고도각에서 위성 핸드오버(하나의 위성에 다른 위성으로 접속)를 요구하는 위성 통신 시스템에 있어서, 낮은 고도각에서 통신상의 신뢰성이 개선될 수 있다.
대지로부터 본 통신 위성의 독립적 고도각과, 안정된 통신 감도가 쉽게 얻어질 수 있다. 부가적으로, 높은 고도각에서의 위성에서 낮은 고도각(및, 역으로)의 위성으로 핸드오버가 유연하게 수행될 수 있다.

Claims (6)

  1. 휴대용 무선 통신 장치에 있어서,
    신호를 전송하기 위한 통신부는 무선 통신 장치의 하우징의 상부에 배치되고, 상기 하우징은 내부에 무선 통신부를 수용하고, 원형 분극 안테나의 방사 요소(radiating element)는 통신부상에 유지되는 휴대용 무선 통신 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 원형 분극 안테나의 방사 요소는 저궤도에서의 위성들과의 통신을 위해 낮은 고도각에서의 안테나 이득을 갖는 안테나의 방사 요소인 휴대용 무선 통신 장치.
  3. 휴대용 무선 통신 장치에 있어서,
    상기 휴대용 무선 통신 장치의 2개의 원형 분극 안테나의 주 빔 중 한 빔은 높은 고도각으로 향하게 되어 있고, 다른 빔은 낮은 고도각으로 향하게 되어 있는 휴대용 무선 통신 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 2개의 원형 분극 안테나 중 한 안테나는 플랫 안테나이고, 다른 안테나는 나선형 안테나이고, 플랫 안테나의 패치의 컨덕터 표면과 나선형 안테나의 상단부는 무선 통신 장치의 하우징에 대해서 각각 위쪽으로 향하게 되어 있으며, 상기 플랫 안테나의 주 빔은 높은 고도각으로 향하게 되어 있고, 나선형 안테나의 주 빔은 낮은 고도각으로 향하게 되면서 하우징에 의해 지지되는 휴대용 무선 통신 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 플랫 안테나는 나선형 안테나의 상단부에 고정되는 휴대용 무선 통신 장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 나선형 안테나는 상기 하우징의 상부로부터 이격되도록 상기 무선 통신 장치의 하우징의 상부에 지지되면서 하우징의 상부와 나선형 안테나 사이에 신호 전송 경로를 삽입하는 휴대용 무선 통신 장치.
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