KR19990015772A - 매칭회로를 내장한 안테나 회로 및 그 회로 구현방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선(RF)모듈을 구비하는 전화기의 안테나에 관한 것으로, 서로 다른 임피던스를 가지는 안테나와 무선모듈의 임피던스를 매칭시킬 시 무선모듈의 위치에 따라 무선전력이 손실되는 문제점을 해결하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 안테나 회로는 전화기에서 제1임피던스를 가지는 안테나와 제2임피던스를 가지는 무선모듈을 연결하기 위해, 상기 안테나에 상기 무선모듈과의 임피던스 매칭을 위한 회로를 내장시키고 이 매칭회로와 상기 무선모듈을 소정 동축케이블을 통해 서로 연결하는 것을 특징으로 한다.

Description

매칭회로를 내장한 안테나 회로 및 그 회로 구현 방법

본 발명은 전화기의 안테나에 관한 것으로, 특히 서로 다른 임피던스를 가지는 안테나와 무선모듈의 임피던스를 매칭시키기 위한 회로를 내장하는 안테나 회로 및 그 회로를 구현하는 방법에 관한 것이다.

무선전화기나 유무선 자동응답 전화기와 같이 무선(RF: Radio Frequency)모듈을 구비하는 전화기에는 RF신호를 공중으로 방사하거나 공중으로부터 RF신호를 수신하는 역할을 하는 안테나가 구비된다. 초기의 전화기에서 이용되었던 전형적인 형태의 안테나로는 λ/4 안테나가 있다. 이러한 λ/4 안테나는 그 길이가 매우 작아 효과적이었지만, 이득에 있어서는 저효율을 나타내었다. 따라서 RF모듈을 구비하는 전화기의 안테나로는 λ/4 안테나를 사용하는 대신에 고효율의 이득을 가지는 반파장 다이폴 안테나(λ/2 dipole antenna)를 사용하는 형태로 발전되어 왔다.

그러나 반파장 다이폴 안테나는 안테나의 길이가 매우 길기 때문에 점차적으로 소형화 추세에 있는 전화기에 사용하기에는 부적합한 안테나라고 말할 수 있다. 예를 들어, 914∼959MHz의 사용주파수 대역을 가지는 무선전화기에 이용되고 있는 반파장 다이폴 안테나의 길이는 본체의 길이보다도 더 긴 166.7mm나 되었다.

많은 연구가들은 반파장 다이폴 안테나를 사용함에 따라 야기되던 문제점, 즉 안테나의 길이가 길어지는 문제점을 해결하기 위해 많은 노력을 기울여 왔다. 이러한 연구결과에 따르면, 안테나의 길이를 줄이는 대신에 내부적으로 RF모듈과 안테나의 임피던스 매칭을 위한 회로가 요구되어진다. 왜냐하면, 안테나의 길이가 줄어듬에 따라 안테나의 임피던스 특성도 변화되기 때문이다. 전형적인 RF모듈과 안테나의 임피던스 특성은 50오옴을 갖도록 설계되었었으나, 상기와 같은 연구결과에 의해 요즈음은 비 50오옴의 임피던스 특성을 가지는 안테나가 설계되는 추세에 있다.

다시 말하면, 안테나의 임피던스가 기존의 50오옴에서 비 50오옴으로 변화됨에 따라 안테나와의 임피던스 매칭을 위한 매칭회로(Matching Circuit)가 전화기의 RF모듈측에 실장되는 추세에 있다. 이때 RF모듈은 전화기의 PCB구조상 안테나에 직접 연결되도록 실장되는 것이 아니고 대부분 안테나로부터 멀리 떨어져서 실장되는 것이 일반적이다. 따라서 RF모듈에는 매칭회로가 연결되고 이 매칭회로와 안테나의 사이에는 RF전류가 전달될 수 있도록 하는 와이어(wire)가 연결된다. 이때 매칭회로가 PCB기판에 실장되므로 와이어도 PCB상에 납땜된 후 안테나와 연결되게 된다. 여기에서 유의할 점은 와이어는 일률적으로 조립되지 않기 때문에 와이어와 PCB기판의 사이에 리액턴스 성분이 발생한다는 것이다. 이렇게 발생한 리액턴스 성분은 와이어의 위치에 따라 변화하는 것으로, 리액턴스 성분이 변화함에 따라 매칭회로가 영향을 받아 50오옴으로 매칭되도록 설계된 매칭회로가 50오옴이 아닌 다른 값으로 바뀌어 미스매치(mismatch)상태가 된다. 이러한 안테나와 RF모듈간의 미스매치는 결과적으로 열화(RF전력의 손실)를 야기한다. RF전력의 손실이 있다는 것은 공기중으로 방사되는 전력에 손실이 있다는 것으로, 결과적으로 전화기의 통화거리를 단축시키는 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 RF모듈을 구비하는 전화기에서 안테나와 RF모듈간의 미스매치를 방지하는 회로 및 그 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 RF모듈을 구비하는 전화기에서 미스매치에 의해 RF전력이 손실됨을 방지하는 회로 및 그 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 RF모듈을 구비하는 전화기에서 통화거리를 연장시키는 회로 및 그 방법을 제공함에 있다.

이러한 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 전화기에서 제1임피던스를 가지는 안테나와 제2임피던스를 가지는 무선모듈을 연결하기 위해, 상기 안테나에 상기 무선모듈과의 임피던스 매칭을 위한 회로를 내장시키고 이 매칭회로와 상기 무선모듈을 소정 동축케이블을 통해 서로 연결하는 것을 특징으로 하는 안테나 회로를 제안한다.

본 발명에 따른 안테나 회로는, 제1임피던스를 가지는 안테나와, 제2임피던스를 가지며 상기 안테나로 무선신호를 송출하거나 상기 안테나를 통해 수신되는 무선신호를 입력하기 위한 무선모듈과, 상기 안테나와 상기 무선모듈의 사이에 위치하며 상기 안테나와 상기 무선모듈의 임피던스를 매칭시키기 위한 매칭회로와, 상기 제2임피던스를 가지며 상기 무선모듈과 상기 매칭회로의 사이를 연결하기 위한 동축케이블로 이루어짐을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구현된 안테나 회로의 구성을 보여주는 도면.

도 2는 도 1에 도시된 안테나 회로의 구체적인 구성을 보여주는 도면.

도 3은 도 2에 도시된 내장회로의 다른 구현예를 보여주는 도면.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 구현된 안테나 회로의 구성을 보여주는 도면.

이하 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의내려진 용어들로서 이는 사용자 또는 칩설계자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 안테나 회로는 안테나 ANT와, RF모듈 10과, 동축케이블 20과, 매칭회로 30으로 이루어진다. 상기 안테나 ANT는 제1임피던스를 가지며, 상기 RF모듈 10은 제2임피던스를 갖는다. 즉, 상기 안테나 ANT와 RF모듈 10은 서로 다른 임피던스를 가진다. 이와 같이 서로 다른 임피던스를 가지는 안테나 ANT와 RF모듈 10의 임피던스는 본 발명의 특징적인 요소인 매칭회로 30에 의해 서로 매칭된다. 이때 매칭회로 30은 안테나 ANT에 내장되는 형태로 연결되는 것을 특징으로 한다. 그리고 이 매칭회로 30과 RF모듈 10의 사이에는 동축케이블(coaxial cable) 20이 연결되어 매칭회로 30이 내장된 안테나 ANT와 RF모듈 10 사이의 RF전류의 흐름을 가능하게 한다. 이와 같이 매칭회로 30을 안테나 ANT에 내장시키고 안테나 ANT와 RF모듈의 사이에 동축케이블 20을 연결시킴으로써 동축케이블 20의 위치에 따라 리액턴스 성분이 변화됨을 방지할 수 있다. 왜냐하면 동축케이블 20의 위치가 변화하더라도 RF모듈 10에서 바라본 동축케이블 20의 임피던스 및 매칭회로 30에서 바라본 동축케이블 20의 임피던스는 일정하게 되기 때문이다. 이때 RF모듈 10과, 동축케이블 20에 연결되는 매칭회로 30의 임피던스는 물론 일정한 값으로 고정되어 있다. 결과적으로 동축케이블 20의 길이의 변화에 따른 리액턴스 성분의 변화가 없으므로 매칭회로 30는 이로 인한 영향을 받지 않게 된다.

도 2는 도 1에 도시된 안테나 회로를 임피던스 관점에서 구체적으로 도시한 도면이다. 여기서 안테나 ANT는 500오옴 특성의 임피던스를 가지며, RF모듈 10은 50오옴 특성의 임피던스를 가지는 것을 예로 하여 설명한다.

도 2를 참조하면, 매칭회로 30은 안테나 ANT와 접지단의 사이에 연결되는 캐패시터 C와, 안테나 ANT와 동축케이블 20의 사이에 연결되는 인덕터 L로 이루어진다. 상기 동축케이블 20은 50오옴 특성의 임피던스를 가지며 RF모듈 10의 급전부(feeding point)와 매칭회로 30의 사이에 연결되어, 안테나 ANT와 RF모듈 10 사이의 RF전류의 흐름을 가능하게 한다. 상기 캐패시턴스 및 인덕턴스 값을 적절하게 설정하면, 매칭회로 30에서 안테나 ANT측으로 바라본 임피던스 Z6과 안테나 ANT측에서 매칭회로 30을 바라본 임피던스 Z5의 값이 각각 500오옴이 될 수 있을 것이다. 또한 적절한 캐패시턴스 및 인덕턴스 값을 설정하면, 매칭회로 30에서 안테나 ANT측으로 바라본 임피던스 Z6과 안테나 ANT측에서 매칭회로 30을 바라본 임피던스 Z5의 값은 500오옴이 될 것이다.

한편 매칭회로 30에서 동축케이블 20을 바라본 임피던스 Z3과 동축케이블 20에서 매칭회로 30을 바라본 임피던스 Z4의 값은 각각 50오옴으로 매칭되고, 동축케이블 20에서 RF모듈 10을 바라본 임피던스 Z1과 RF모듈 10에서 동축케이블 20을 바라본 임피던스 Z2의 값 또한 각각 50오옴으로 매칭된다. 왜냐하면 RF모듈 10과 매칭회로 30의 사이에는 동축케이블 20이 연결되는데 이 동축케이블 20은 그 길이가 변화하는 경우에도 동일한 임피던스 특성을 갖기 때문이다.

전술한 바와 같이 본 발명의 매칭회로 30은 RF모듈 10측에 연결되는 것이 아니라 안테나 ANT에 내장되고 RF모듈 10과 매칭회로 30의 사이에 동축케이블 20이 연결되므로, 동축케이블 20의 위치가 변화하는 경우에 발생할 수 있는 안테나 ANT와 RF모듈 10간의 미스매치를 방지할 수 있다. 이에 따라 본 발명은 결과적으로 RF전력 손실의 방지 및 통화거리가 단축되는 문제점을 해결한다.

한편 전화기를 사용하다 보면 취급 부주의로 안테나에 충격이 가해지거나 안테나가 낙하하되는 등에 의해 안테나의 휨이 발생하거나 부러지는 현상을 종종 발견할 수 있다. 이러한 현상이 발생한다면, 도 2에 도시된 바와 같이 병렬접속된 인덕터 L과 캐패시터 C로 구현되어 안테나 ANT의 하단부에 설치되는 매칭회로 30의 파손이 있을 수 있다. 보다 구체적으로 말하면, 안테나 ANT가 휜다든가 부러지게 되면 이에 따라 매칭회로 30의 인덕터 L 및 캐패시터 C도 휘거나 부러지는 문제점이 야기될 수도 있을 것이다.

도 3은 이렇게 야기될 수 있는 문제점을 해결하기 위해 구현된 매칭회로 30의 구성을 보여주는 도면이다.

도 3을 참조하면, 매칭회로 30의 캐패시터 31 및 인덕터 32는 각각 패튼캐패시터(Pattern Capacitor) 및 패튼코일(Pattern Coil)로 구현됨을 알 수 있다. 이와 같이 캐패시터 31 및 인덕터 32가 패튼의 형태로 구현되기 때문에 안테나 ANT가 휜다거나 부러진다고 하더라도 매칭회로 30이 파손될 염려는 없게 된다. 상기 매칭회로 30을 패튼의 형태로 구성함과 아울러 안테나 ANT를 페이퍼커퍼(Paper Cupper)로서 구현하게 되면, 안테나 ANT의 휨 및 부러짐의 발생을 보다 효율적으로 해결할 수 있을 것이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 구현된 안테나 회로의 구성을 보여주는 도면이다. 이 안테나 회로는 상기 도 3의 설명에서 언급하였던 안테나 ANT의 충격 및 낙하 등에 의해 야기되던 문제점을 도 3의 방법과는 다르게 해결하기 위한 것이다. 즉, 매칭회로 30의 인덕터 L 및 캐패시터 C를 패튼의 형태로 구현하지 않고 다만 매칭회로 30의 설치위치를 변화시킴으로써 상기 문제점을 해결하기 위한 것이다.

도 4를 참조하면, 매칭회로 30은 도 1 내지 도 3에 도시된 구성과는 달리 RF모듈 10측에 직접 연결된다. 그러나 종래 기술과 같이 매칭회로 30이 와이어를 통해 안테나 ANT에 연결되는 것이 아니고, 직접 안테나 ANT에 연결된다. 종래 기술에 따르면, 매칭회로 30이 RF모듈측에 연결되고 이 매칭회로 30이 와이어를 통해 안테나 ANT에 연결되어 와이어의 위치에 따라 매칭회로 30이 영향을 받기 때문에 안테나 ANT와 RF모듈 10간의 미스매칭이 일어났다. 그러나 상기 도 4에 도시된 바와 같은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 회로에서 RF모듈 10은 안테나 ANT측에 위치되고, RF모듈 10과 안테나 ANT의 사이에는 매칭회로 30이 연결된다. 즉, 상기 매칭회로 30이 구현된 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board)의 일측은 RF모듈 10측에 연결되고, 다른 일측은 안테나 ANT에 연결된다. 이때 매칭회로 30과 RF모듈 10의 연결 및 매칭회로 30과 안테나 ANT 사이의 연결은 납땜에 의해 이루어진다.

상술한 바와 같이 본 발명은 RF모듈이 전화기 내부의 PCB상의 어느 위치에 실장되더라도 그 위치에 따라 리액턴스 성분이 변화하지 않는 동축케이블을 통해 RF모듈과 안테나를 서로 연결시켜준다. 이때 서로 다른 임피던스를 가지는 RF모듈과 안테나의 임피던스를 매칭시켜 주기 위한 매칭회로가 안테나에 내장된다. 이에 따라 서로 다른 임피던스를 가지는 안테나와 RF모듈을 서로 매칭시킬 수 있으며, 또한 RF모듈의 위치가 변하는 경우에는 동축케이블의 리액턴스 성분은 변화하지 않게 된다. 이러한 본 발명은 RF전력의 손실을 막을 수 있으며, 결과적으로 통화거리가 단축됨을 방지하는 이점이 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 않되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (7)

1. 전화기에 있어서,

   제1임피던스를 가지는 안테나와,

   제2임피던스를 가지며 상기 안테나로 무선신호를 송출하거나 상기 안테나를 통해 수신되는 무선신호를 입력하기 위한 무선모듈과,

   상기 안테나의 하단부에 설치되며 상기 안테나와 상기 무선모듈의 임피던스를 매칭시키기 위한 매칭회로와,

   상기 제2임피던스를 가지며 상기 무선모듈과 상기 매칭회로의 사이를 연결하기 위한 동축케이블로 이루어짐을 특징으로 하는 안테나 회로.
2. 제1항에 있어서, 상기 매칭회로는,

   일측이 상기 안테나에 연결되고 다른 일측이 접지단에 연결되는 캐패시터와,

   일측이 상기 안테나에 연결되고 다른 일측이 상기 동축케이블에 연결되는 인덕터로 이루어짐을 특징으로 하는 안테나 회로.
3. 제2항에 있어서, 상기 캐패시터 및 상기 인덕터는 각각 패튼캐패시터 및 패튼코일로 구현됨을 특징으로 하는 안테나 회로.
4. 제3항에 있어서, 상기 안테나는 페이퍼커퍼로 구현됨을 특징으로 하는 안테나 회로.
5. 전화기에서 제1임피던스를 가지는 안테나와 제2임피던스를 가지는 무선모듈을 매칭하는 방법에 있어서,

   상기 안테나에 상기 무선모듈과의 임피던스 매칭을 위한 회로를 내장시키고 이 매칭회로와 상기 무선모듈을 소정 동축케이블을 통해 서로 연결하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 동축케이블은 제2임피던스를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 매칭회로는 상기 안테나와 접지단의 사이에 연결되는 캐패시터와 상기 안테나와 상기 동축케이블의 사이에 연결되는 인덕터로 구현되어 상기 제1임피던스와 상기 제2임피던스를 매칭하는 것을 특징으로 하는 방법.