As the mobile phone requirements are increased by customers’ demands such as the miniaturization and the high data rate, the size of antenna become smaller and the data bandwidth requirement is increasing. Since the frequency range for 4G mobile communication is from 700 MHz to 2700 MHz, the burden of antenna’s bandwidth is increased and the mismatch loss at the band edge is high. In order to reduce burden, loss and side effect like death grip problem due to device miniaturization, a Tunable Matching Circuit (TMC) is needed and the tunability for the antenna becomes essential functionality.
Unfortunately, any study on the design method for the TMC was not published so far. Two reasons for employing a TMC for mobile handset applications are well known. Antenna impedances are far from 50Ω at outside of the antenna resonant frequency is the first reason. And the second reason for using a TMC is an antenna impedance mismatch due to fluctuating head and hand effects.
In this paper, firstly, various electronically tunable capacitors with high power handling capability and small power loss are reviewed and then SOI-CMOS digitally programmable capacitor array (DPCA) is proposed. Based on designed SOI-CMOS DPCA, new design methodology for the TMC is proposed and measured performance TMC is presented. And finally, the need of research on optimal combination method of antenna and TMC is proposed.
소비자의 다양한 요구에 따라 크기나 데이터 전송 속도 등과 같은 이동 단말기에 요구되는 사항들이 점차 증가하고 다양화되고 있다. 이동 단말기가 점차 소형화됨에 따라 내부에 들어가는 안테나의 크기는 보다 작아져야 한다. 빠른 데이터 전송 속도를 제공해야 하는 4세대 이동 통신의 주파수 대역은 700MHz에서 2700MHz까지 상당히 넓고 다양하기에 이러한 주파수 대역을 감당하기 위해 안테나의 대역폭은 보다 증가해야 하는 부담도 함께 발생하며, 대역폭의 가장자리에서 발생하는 부 정합으로 인한 손실은 보다 증가할 수 밖에 없다. 이러한 넓은 대역폭을 감당해야 하는 부담을 줄이고 동시에 소형화에 따른 데스 그립과 같은 부작용과 손실을 줄이기 위해서는 가변 정합 회로가 필요하며, 가변 안테나가 필요하다.
이동 단말기에 가변 정합 회로가 필요한 이유를 크게 두 가지로 볼 수 있다. 첫 번째는 안테나의 임피던스가 안테나의 공진 주파수에서 50옴을 벗어난 것을 바로 잡기 위함이고, 두 번째는 손과 머리와 같은 주변 영향으로 발생하는 변조 현상을 바로 잡아 안테나의 임피던스를 50옴으로 복귀 시켜주기 위함이다. 본 논문에서는 위의 두 가지 측면에서의 가변 정합 회로 설계 방법을 정리하여 보았다.
우선 작은 전력 손실을 갖고 고 전력을 감당할 수 있는 다양한 가변 가능한 정전 용량 소자를 살펴보고, SOI-CMOS 공정으로 설계한 디지털 프로그래머블 캐패시터를 제안한다. 설계한 디지털 프로그래머블 캐패시터를 활용하여 새로운 가변 정합 회로 설계 방식을 제안하고 가변 정합 회로의 성능을 보인다. 또한 설계한 가변 정합 회로를 실제 단말기와 안테나에 적용하여 성능을 살펴 본 후, 최종적으로 안테나와 가변 회로 간의 최적 조합 방법 연구의 필요성을 제안한다.
