KR0165531B1 - 전송선로 스위치 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

전송선로 스위치 장치

제1도는 2개의 입력선을 가진 전송선로 스위치 장치를 간략하게 나타낸 블록선도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 2 : 입력선 3 : 출력선

4 : 정합부 5 : 직류 차단기

6, 7 : 바이어싱 네트워크 9 : FET디바이스

10 : 증폭단

본 발명은 전송선로 스위치 장치에 관한 것으로서, 특히 공통 출력선에 접속된 다수의 입력선의 어느 하나로부터의 신호 이득을 전송하는 스위치 장치에 관한 것이다.

다년간 PIN 다이오드가 마이크로파 회로의 스위치의 제어요소로서 주를 이루어왔다. 근래에는 고속 스위치의 설계에 있어서 단일 및 이중 게이트 FET의 사용에 초점이 모아져 있다. FET를 사용하는 구성은 직렬 및 병렬로 설치된 장치를 포함하며, 이 장치들은 모두 '온' 상태에서 신호의 전송(직렬구성)을 위해서 또는 선로 양단의 분로(병렬구성)로서 로우 임피던스 경로로 되는 소자의 드레인-소오스 저항에 의존한다. 공지된 것으로는 스위치의 '오프' 상태에 분리를 더욱 개선하는 직렬 및 병렬로 설치된 디바이스 조합체가 있다. 이러한 장치는 광대역(동조되지 않은) 응답을 제공한다. '온' 상태에서의 삽입 로스(insertion loss)는 적절한 동조 부품을 추가해서 어느 정도 감소시킬 수 있다. 그러나, 이러한 방법에서 스위치로서 이용되는 다이오드 또는 FET는 어느 정도의 신호감쇠, 즉 그것을 포함하는 전체시스템의 노이즈 지수에 더해지는 로스를 발생한다. 또한, 상기 구조에는 FET디바이스의 증폭성이 사용되게 제조된 것이 없다. 전송된 스위치가 마이크로파 수신 시스템의 전단부에 있는, 예를 들어 스위치가 다른 편파(different polarisations)를 가진 2개의 DBS 방송신호중 하나를 선택할 필요성이 있을 수 있는 응용에서는, 노이즈 지수, 주파수 응답 및 분리 관점에서의 스위치 성능은 시스템의 나머지 부분에 활용되는 신호의 질에 깊은 영향을 미칠 것이다. 이러한 경우에, FET디바이스를 이득을 제공하는 스위치로 사용하는 것은, 수신 시스템의 전단부에서, 노이즈 성능의 관점에서 가장 중요한 단계가 되는 스위치의 노이즈 지수가 실질적으로 증폭 회로의 노이즈 지수가 되는 중요한 잇점을 가진다.

본 발명의 목적은 현존하는 스위치에 비해서 개선된 노이즈 성능을 가지는 전송된 스위치를 제공하는 것이다.

본 발명은 각각의 입력선이 1을 초과하는 이득으로 신호를 전송하는 '온' 상태와 제로 신호를 전송하는 '오프' 상태에서 동작하는 FET증폭 디바이스에 의해 정합부에 접속되며, 각각의 신호와 상관된 입력선은 정합부에서 공통 출력선에 접속되는, 2개 신호 중 어느 1개를 선택하는 전송회로 스위치 장치에 있어서, 각각의 FET증폭 디바이스는 증폭 구조체에 접속된 단일-게이트 FET디바이스를 포함하며, 각각의 입력선이 각각의 FET디바이스의 게이트 전극에 접속되고 그리고 각각의 드레인 전극이 전송선의 길이(L)로 정합부에 접속되고, '오프' 상태에 FET디바이스의 출력 임피던스와 함께, 하이 임피던스가 '오프' FET디바이스에 의해 정합부에 주어지는 길이인 것을 특징으로 하는 전송선로 스위치 장치를 제공하는 것이다.

본원의 그 '오프'에서의 증폭수단의 출력 임피던스는 입력선의 특성 임피던스에 비해 로우 임피던스인 것이다.

본원의 각각의 증폭수단은 FET디바이스가 관련 입력 전송선에 매칭되는 매칭 네트워크 및, FET디바이스의 상태를 결정하는 바이어싱 수단을 포함하는 것이다.

FET디바이스는 고전자 이동도 트랜지스터(high electron mobility transister : HEMT)인 것이다.

각각의 전송선은 상관 FET디바이스와 정합부와이 사이에 직류 차단기를 통합시키는 것이다.

입력선, 전송선, 직류 차단기, 출력선 및 정합부는 마이크로스트립(microstrip)으로 인쇄 형성하는 것이다.

출력 임피던스는 용량성분을 가지는 것이다.

전송선 전환장치는 '온' 상태에서의 FET디바이스의 노이즈 지수에 의해 결정된 노이즈 지수를 가지는 것이다.

전송선 전환장치는 상기 입력선이 2개의 전송선으로 구성되고, 각각은 마이크로파 안테나의 수신 혼(receiving horn)으로부터 오는 직각으로 편향된 2개의 신호의 어느 1개를 운반하고, 상기 '온' 상태에서의 FET증폭 디바이스는 신호용 수신기의 파트를 구성하는 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

제1도는 정합부(4)에서 공통 출력선(3)에 영구 접속된 2개의 전송선(1, 2)을 나타낸 도면이다. 입력선(1, 2) 각각은 그 경로에 증폭단(10)을 포함하고, 증폭단(10)은 바이어싱 네트워크(6, 7)를 가진 FET디바이스(9)를 포함한다. 바이어싱 네트워크(6, 7)는 FET디바이스(9)가 다음의 두 상태중 한 상태로 동작될 수 있게 한다. 입력선에 의해 증폭단(10)에 인가된 신호를 증폭단(10)이 증폭하는 하이 이득 '온' 상태, 및 입력선에 인가된 신호가 증폭단(10)의 출력에서 충분히 감쇠되고 FET디바이스(9)가 로우 출력 임피던스를 갖게되는 분리 또는 '오프' 상태. 상기 바이어싱 기능에 더하여, 네트워크(6)는 디바이스(9)에 최적의 노이즈 소스 임피던스를 나타내도록 설계되고, 이때 네트워크(7)는 디바이스(9)의 출력 임피던스를 입력선의 특정 임피던스에 매칭되게 한다.

동작시에 2개의 상이한 신호가 입력선(1, 2)에 개별적으로 인가되는데, 그중 하나의 신호는 출력선(3)에 전송 또는 전환되고, 다른 신호는 출력선(3)과 다른 입력선으로부터 기본적으로 분리된다. 예를 들어 입력선(1)에 인가된 신호가 소망 신호라고 가정한다. 이 경우에, 디바이스(9')는 그 바이어싱 네트워크(6', 7')의 제어에 의해 '온' 상태로 바이어스되어, 네트워크(7')에서 나오는 신호는 네트워크(6')를 경유하여 디바이스(9')에 인가된 소망 신호의 증폭 버젼이 된다. '온' 상태에서의 디바이스(9')의 출력 임피던스 네트워크(7')에 의해 입력선(1)의 특정 임피던스로 변환되며; 이것은 증폭단(10')의 출력으로부터 입력선(1)까지 최대 신호전달이 있을 수 있게 해준다. 이와 동시에, 입력선(2)의 증폭단(10)에 디바이스(9)는 그 바이어싱 네트워크(6, 7)에 의해 '오프' 상태로 바이어스 된다. 따라서, 디바이스(9)는 입력선(2)에 인가된 신호에는 아무 이득도 제공하지 못하고, 이 신호는 증폭단(10)이 그 출력에서 입력선(2)에 나타나는 로우 출력 임피던스에 의해 더욱 감쇠 된다.

정합부(4)에서 입력선(1)의 소망(증폭)신호는 두 경로; 즉, 정합부(4)에 전송로의 특정 임피던스를 나타내는 출력 전송선(3) 그리고 다른 입력선(2)을 선택할 수 있다. 이상적으로는, 입력선(1)으로부터의 소망신호는, 출력선(3)으로만 전송되고 입력선(2)으로는 전송되지 않는 것이다. 소망신호를 출력선(3)에 최적하게 전달하는 것과 동시에 입력선(1, 2)간의 분리를 최대로 하는 것은 입력선(2)이 정합부(4)에서 소망신호에 상당한 하이 임피던스 경로를 나타나게 함으로써 달성된다. 입력선(2)에 의해 나타나는 임피던스는 출력선(3)에 의해 나타나는 특정 임피던스에 비해 하이 이어야 하는데, 그 이유는 정합부(4)에서의 삽입 로스를 결정하는 것이 바로 상기 2개 임피던스의 비이기 때문이다. '오프' 상태에 있는 디바이스(9)에 의해 나타나는 로우 출력 임피던스는 증폭단(10)의 출력과 정합부(4)사이에서 적당한 입력선(2) 길이(L)를 선택함으로써 정합부(4)에서 하이 임피던스로 변환될 수 있다. 전송로의 길이(L)가 적절히 선택되면 정합부(4)에서의 소망신호는 선택적으로 로우 임피던스의 경로를 따라간다. 즉, 입력선(2)에 대한 출력선(3) 및 신호의 '로스'가 최소로 된다.

실시예에서 입력선(1, 2)과 증폭단(10' 및 10)은 대체로 동일한 특성을 가지고 있어서 증폭단(10)의 출력에서의 두 입력선의 길이(L)는 동일하게 된다. 따라서, 소망신호는 바이어싱 네트워크(6, 7)의 적절한 제어에 의해 어느 한 입력선으로부터 선택될 수 있다. 효율적인 변환을 위하여 디바이스(9)의 출력 임피던스는 '오프' 상태에서 상당한 하이 또는 상당한 로우의 어느 하나이어야 한다. FET디바이스 또는 고전자 이동도 트랜지스터(HEMT)로는 '오프' 상태에서 로우 출력 임피던스를 제공하기 위해 바이어스가 가장 쉽게 이루어 질 수 있다. 그러나 '오프' 상태에서 하이 출력 임피던스를 제공하는 다른 디바이스와 다른 바이어싱 방법이 이용될 수 있다. 이러한 디바이스에 대해서, 로우 출력 임피던스는 약 5옴 이지만 일반적으로 약 10옴 보다 크지는 않다. 디바이스는 하이 출력 임피던스로 동작될 때에 비해 로우 출력 임피던스로 동작될 때 불필요한 신호의 보다 큰 감쇠를 제공하는 것으로 밝혀졌다. 로우 출력 임피던스는 정합부(4)에서 전송선의 특정 임피던스(보통 50옴)에 비해 높은 임피던스로 변환된다. 최소 500옴을 하이 라고 볼 수 있으나, 다른 응용에서는 증폭단의 이득과 다른 입력선이 받아들일 수 있는 소망신호의 로스로 볼 수 있는 것이 무엇인가에 따라 훨씬 낮은 임피던스가 이용될 수 있다.

실시예에서 전송선은 공통 기판에 인쇄될 수 있을 것이다. 이때 네트워크(6, 7)는 FET디바이스(9)에서 적절한 거리만큼 떨어져서 입력선의 인쇄트랙에 부가된 '스터브(stub)'로서 유사하게 인쇄될 수 있다. 임피던스 매칭은 상기 거리와 스터브 길이의 결정에 의해 이루어진다. 디바이스(9)용 전원으로부터 전송신호를 분리시키는 저역 필터를 포함할 수 있는 네트워크(6, 7)의 일부 바이어싱 성분도 기판에 인쇄될 수 있다. 입력선(1, 2)의 각각은 증폭단(10)의 출력과 정합부(4)사이에 직류 차단기(5)를 반드시 포함한다. 직류 차단기(5)는 디바이스(9)중 하나에 인가된 바이어스 전압이 다른 디바이스에 도달하는 것을 방지하는 역할을 한다. 인쇄된 마이크로스트립 전송선에서, 직류 차단기(5)는 선로의 일부를 용량성 결합으로 차단함으로써 만들어진다. 이러한 결합은 입력선의 두 분리부분 사이에서 '섞어짠' 트랙의 얇고 밀접 이격된 다수의 평행 스트립(a number of thin, closely-spaced parallel strips track 'interwoven')을 포함할 수 있다. 상기 스트립의 길이는 입력선의 일부를 구성하고 전체 선로 길이(L)에 포함된, 신호에 유효한 경로길이를 포함한다.

입력선은 디바이스(9)의 '오프' 상태에서 필요한 임피던스 변환을 제공하는 양호한 길이(L)(도시된 것과 같음)의 것이다. '오프' 상태에서의 디바이스(9)의 출력 임피던스는 필연적으로 로우 저항에 추가되는 용량 성분을 포함한다. 이것은 주로 디바이스(9)의 드레인-소스 용량성에 기인한다. 정합부(4)에서 하이 임피던스를 얻기 위해서는 이러한 용량성을 고려하여 선로길이(L)가 증가되어야만 한다. 스위치는 근본적으로 협대역이고 고정된 전송선의 전기적 길이(fixed electrical lengths of transmission line)에 따른다. 따라서, 입력선의 길이(L)는 광대역폭을 제공하고 손실을 최소화하기 위해 실질적으로 가능한 만큼 짧게 유지되어야 한다.

'온' 상태에서 증폭단의 이득은 사용되는 디바이스에 종속되지만 HEMT디바이스를 사용하는 약 11GHz 주파수에서는 대략적으로 10dB 가 될 것이다. 출력선(3)에 두 신호 사이에 20dB 보다 큰 분리는 이루어져 있는 것이다. 예를 들어, 상기 스위치가 두 신호중 하나를 선택하기 위해 수신장치의 전단부에 이용되면, 증폭단은 수신장치의 일부가 되고, 스위치의 노이즈 지수는 실질적으로 증폭단의 노이즈 지수에 의해 결정된다. 이러한 유형의 응용에서 설명된 스위치장치를 이용하는 장점은, 증폭에 앞서 신호에 자체 노이즈를 유입하는 전단부에서 손실 스위치를 이용하는 시스템의 노이즈 지수에 비해서 개선된 전체 노이즈 지수이거나 또는 두 입력 증폭기 후에 별개의 스위치를 사용하는 것에 대해서 공간과 부품을 절약한다는 것이다. 이러한 스위치의 한 응용분야는 DBS위성수신기인데, 이 장치에서는 2개의 개별 프로그램이 공통 주파수를 공유할 수 있고, 신호들은 상이한(서로 직각인) 편파들을 가진다. 만약 수신 안테나가 두 신호를 동시에 추출하고 이들을 설명된 스위치장치에 신호공급하는 전송선로에 개별적으로 인가하도록 배열되었다면, 프로그램 선택은 수신 안테나로부터 원격진 먼 곳에서 전자제어에 의해 편리하게를 이루어질 수 있을 것이다.

상기 실시예는 2개의 입력선 만으로 나타내었으나, 상기 스위치의 동작 원리는 다수의 입력선, 즉 선택된 입력이 하이 이득의 '온' 상태에서 동작하는 증폭기를 가지고 다른 입력의 증폭기는 '오프' 상태로 바이어스 되는 입력선을 가진 장치에도 동일하게 응용될 수 있는 것이다. 그러나, 입력의 수가 증가하면 그에 따라 소망신호를 '오프' 입력선으로 잃어버릴 가능성도 증가하게 된다. 따라서, 소망신호에 대한 열등한 삽입 감쇠량 지수를 피하고자하면 '오프' 입력선이 정합부에서 하이 임피던스를 나타내야 한다는 필요조건을 강화시키면 된다.

Claims (9)

1. 각각의 입력선이 1을 초과하는 이득으로 신호를 전송하는 '온' 상태와 제로 신호를 전송하는 '오프' 상태에서 동작하는 FET증폭 디바이스(10)에 의해 정합부에 접속되며, 각각의 신호와 상관된 입력선(1, 2)은 정합부(4)에서 공통 출력선(3)에 접속되는, 2개 신호 중 어느 1개를 선택하는 전송선로 스위치 장치에 있어서, 각각의 FET증폭 디바이스는 증폭 구조체에 접속된 단일-게이트 FET디바이스(9)를 포함하며, 각각의 입력선이 각각의 FET디바이스(9)의 게이트 전극에 접속되고 그리고 각각의 드레인 전극이 전송선의 길이(L)로 정합부(4)에 접속되고, 상기 길이(L)는, '오프' 상태에 FET디바이스의 출력 임피던스와 함께, 하이 임피던스가 '오프' FET디바이스에 의해 정합부에 주어지는 길이인 것을 특징으로 하는 전송선로 스위치 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 출력 임피던스는 입력선(1, 2)의 특정 임피던스(the characteristic impedance of the input lines)에 비해 로우 임피던스인 것을 특징으로 하는 전송선로 스위치 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전송선로 스위치 장치는, 관련 입력 전송선에 FET디바이스(9)가 매칭되는 매칭 네트워크(6, 7) 및, FET디바이스의 상태를 결정하는 바이어싱 수단(6, 7)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전송선로 스위치 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, FET디바이스(9)는 고전자 이동도 트랜지스터(high electron mobility transister : HEMT)인 것을 특징으로 하는 전송선로 스위치 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 전송선은 상관 FET디바이스와 정합부(4) 사이에 직류 차단기(5)를 통합시키는 것을 특징으로 하는 전송선로 스위치 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 입력선, 전송선, 직류 차단기(5), 출력선(3) 및 정합부(4)는 마이크로스트립(microstrip)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전송선로 스위치 장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 출력 임피던스는 용량성분을 가지는 것을 특징으로 하는 전송선로 스위치 장치.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 '온' 상태에서의 FET디바이스의 노이즈 지수에 의해 결정된 노이즈 지수를 가지는 것을 특징으로 하는 전송선로 스위치 장치.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입력선은 2개의 전송선으로 구성되고, 각각은 마이크로파 안테나의 수신 혼(receiving horn)으로부터 오는 직각으로 편향된 2개의 신호중 1개를 운반하고, 상기 '온' 상태에서의 FET증폭 디바이스는 신호용 수신기의 파트를 구성하는 것을 특징으로 하는 전송선로 스위치 장치.

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