KR100272180B1 - A rf switch employing a phase modification circuit - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 RF(radio frequency) 스위치에 관한 것으로서, 특히 위상의 선형성이 유지되는 RF 스위치에 관한 것이다.The present invention relates to radio frequency (RF) switches, and more particularly to RF switches in which phase linearity is maintained.
근래 셀룰라 폰과 같은 이동 통신 단말기는 사용자의 편의를 위해 점차 소형화되어 가고 있으며, 이에 따라 신호를 송신 및 수신하기 위한 안테나의 크기도 제한되고 있다. 따라서, 각각 송신과 수신만을 하는 두 개의 안테나를 사용하는 것은 이와 같은 단말기의 소형화를 어렵게 하기 때문에 현재의 이동 통신 단말기는 하나의 안테나를 가지고 송신과 수신을 공유하고 있다. 이와 같이, 하나의 안테나로 송신과 수신을 공유하는데 필요한 것이 RF 스위치이다.Recently, a mobile communication terminal such as a cellular phone is gradually miniaturized for the convenience of a user, and accordingly, the size of an antenna for transmitting and receiving a signal is also limited. Therefore, the use of two antennas, each of which only transmits and receives, makes it difficult to miniaturize such a terminal. Thus, current mobile communication terminals share transmission and reception with one antenna. As such, it is an RF switch that is needed to share transmission and reception with one antenna.
도1은 종래의 RF 스위치를 나타내는 도면이다.1 is a view showing a conventional RF switch.
도1에서, 송신부의 전력 증폭기(1)는 제1 다이오드(D1)의 애노드에 연결되고, 인덕터(L)를 통해 전압 VC1에 연결된다. 이때, 전압 VC1은 또한 커패시터(C)의 일단에 연결되며, 커패시터(C)의 타단은 접지된다.In Fig. 1, the power amplifier 1 of the transmitter is connected to the anode of the first diode D1 and is connected to the voltage VC1 through the inductor L. At this time, the voltage VC1 is also connected to one end of the capacitor C, and the other end of the capacitor C is grounded.
제1 다이오드(D1)의 캐소드는 안테나(T)와 길이가 λ/4인 분포 정수 라인(distributed constant line)(3)의 일단에 연결된다. 여기서, λ는 송신 RF 신호의 파장이다.The cathode of the first diode D1 is connected to the antenna T and one end of a distributed constant line 3 having a length of λ / 4. Is the wavelength of the transmitted RF signal.
분포 정수 라인(3)의 타단은 수신부의 저잡음 증폭기(5)에 연결되고, 또한 제2 다이오드(D2)의 애노드에 연결된다. 제2 다이오드(D2)의 캐소드는 접지된다.The other end of the distributed constant line 3 is connected to the
도1에서, 제1 및 제2 다이오드 (D1, D2)는 핀(PIN) 다이오드이며, 제1 및 제2 다이오드의 바이어스 상태는 전압 VC1에 의해 조절된다.In Fig. 1, the first and second diodes D1 and D2 are pin (PIN) diodes, and the bias states of the first and second diodes are controlled by the voltage VC1.
이하에서는, 도1에 도시한 RF 스위치의 동작을 설명한다.The operation of the RF switch shown in FIG. 1 will be described below.
먼저, 송신 시에는 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2)를 순 바이어스 상태로 한다. 그러면, 제1 다이오드(D1)는 저항이 거의 0인 순방향 저항이 되고, 이에 따라 송신 RF 신호가 전력 증폭기(1)에서 안테나(T)로 전달된다. 이 때, 수신부의 저잡음 증폭기(5)는 제2 다이오드(D2)가 순방향 저항을 거쳐서 접지 되고 분산 정수 라인(3)의 길이가 RF 신호의 파장λ의 1/4이므로, 안테나(T)와는 분리된다.First, during transmission, the first diode D1 and the second diode D2 are in a forward bias state. The first diode D1 then becomes a forward resistance with a resistance of almost zero, whereby a transmitted RF signal is transmitted from the power amplifier 1 to the antenna T. At this time, the
수신 시에는 제1 및 제2 다이오드(D1, D2)를 역 바이어스 상태로 한다. 즉, 제1 다이오드(D1)와 제2 다이오드(D2)를 무한대의 저항으로 한다. 그러면, 제1 다이오드(D1)에 의해 송신부의 전력 증폭기(1)와 안테나(T)가 분리된다. 따라서, 안테나(T)로부터 수신되는 수신 RF 신호는 분포 정수 라인(3)을 거쳐 수신부의 저잡음 증폭기(5)만 전달되게 된다.Upon reception, the first and second diodes D1 and D2 are put in reverse bias. That is, the first diode D1 and the second diode D2 are infinite resistances. Then, the power amplifier 1 of the transmitter and the antenna T are separated by the first diode D1. Therefore, the received RF signal received from the antenna T is transmitted only through the distribution constant line 3 to the
따라서, 도1의 RF 스위치는 제1 및 제2 다이오드의 바이어스 상태를 간단히 조절함으로써 RF 신호의 송신 및 수신을 효율적으로 수행할 수 있다.Accordingly, the RF switch of FIG. 1 can efficiently perform transmission and reception of the RF signal by simply adjusting the bias states of the first and second diodes.
일반적으로 송신 및 수신을 하기 위한 RF 신호는 이득과 위상이 선형성을 유지해야 하나, 도1에 도시한 종래의 RF 스위치에서는 전력 증폭기, 제1 다이오드 및 안테나를 거친 신호의 이득과 위상이 비선형적으로 된다는 문제점이 있다. 특히, 이 중 이득의 비선형성은 정합에 의해 어느 정도 선형성을 유지할 수 있으나, 위상의 비선형성은 정합에 의해 선형성을 유지할 수 없다는 문제점이 있다.In general, an RF signal for transmitting and receiving should maintain linearity in gain and phase. However, in the conventional RF switch shown in FIG. 1, the gain and phase of a signal passing through a power amplifier, a first diode, and an antenna are nonlinear. There is a problem. In particular, the nonlinearity of the gain can maintain the linearity to some extent by matching, but the nonlinearity of the phase can not maintain the linearity by matching.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, RF 스위치에 위상 보정용 회로를 삽입하여 위상의 선형성을 유지하기 위한 것이다.The present invention is to solve the above problems, and to maintain the linearity of the phase by inserting a phase correction circuit in the RF switch.
도1은 종래의 RF 스위치를 나타내는 도면이다.1 is a view showing a conventional RF switch.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 RF 스위치를 나타내는 도면이다.2 illustrates an RF switch according to an embodiment of the present invention.
도3은 도2의 위상 보정 회로를 상세하게 나타낸 도면이다.FIG. 3 is a detailed view of the phase correction circuit of FIG.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 RF 스위치는RF switch of the present invention for achieving the above object
파장이 λ인 송신 RF 신호를 증폭하기 위한 전력 증폭부와, 송신 RF 신호를 외부로 송신하고 외부로부터 신호를 수신하기 위한 안테나와, 안테나에서 수신된 신호를 증폭하기 위한 저잡음 증폭부와, 송신 시에는 안테나와 저잡음 증폭부를 분리하고 수신 시에는 안테나와 전력 증폭부를 분리하기 위한 스위칭부와, 송신 RF 신호 또는 수신 신호의 위상을 조절하여 위상이 선형이 되도록 하는 위상 보정부로 이루어진다.A power amplifier for amplifying a transmission RF signal having a wavelength of λ, an antenna for transmitting the transmission RF signal to the outside and receiving a signal from the outside, a low noise amplifier for amplifying the signal received at the antenna, and at the time of transmission Includes a switching unit for separating the antenna and the low noise amplifier and separating the antenna and the power amplifier during reception, and a phase correction unit for adjusting the phase of the transmitted RF signal or the received signal so that the phase becomes linear.
여기서, 스위칭부는 전력 증폭부 안테나 사이에 마련되며 송신 RF 신호 또는 수신 신호를 스위칭 시키기 위한 제1 다이오드와, 안테나와 저잡음 증폭부 사이에 마련되며 길이가 λ/4인 분포 정수 라인과, 분포 정수 라인과 저잡음 증폭부 사이의 접점과 접지점 사이에 마련된 제2 다이오드와, 제1 다이오드 및 제2 다이오드의 바이어스 상태를 조절하는 바이어스 전압으로 이루어진다.Here, the switching unit is provided between the power amplifier antenna and the first diode for switching the transmission RF signal or the reception signal, a distribution integer line having a length of λ / 4 and a distribution integer line provided between the antenna and the low noise amplifier; And a second diode provided between the contact point between the low noise amplification unit and the ground point, and a bias voltage for adjusting the bias states of the first diode and the second diode.
이 때, 제1 다이오드 및 제2 다이오드는 핀 다이오드로서, 순 바이어스 상태인 경우에는 온으로 되고 역 바이어스 상태인 경우에는 오프로 된다.At this time, the first diode and the second diode are pin diodes, which are turned on in the forward bias state and turned off in the reverse bias state.
여기서, 상기한 위상 보정부는 전력 증폭부와 제1 다이오드의 사이에 마련되어 송신 RF 신호의 위상을 조절하기 위한 제1 위상 보정회로와, 안테나와 분포 정수 라인 사이 또는 분포 정수 라인과 저잡음 증폭부 사이에 마련되어 수신 신호의 위상을 조절하기 위한 제2 위상 보정 회로로 이루어진다.Here, the phase correction unit is provided between the power amplifier and the first diode, the first phase correction circuit for adjusting the phase of the transmission RF signal, between the antenna and the distribution constant line or between the distribution constant line and the low noise amplifier And a second phase correction circuit for adjusting the phase of the received signal.
한편, 상기한 제1 및 제2 위상 보정 회로는 저항 성분, 인덕턴스 성분, 커패시터 성분과 가변 커패시터 성분 또는 가변 인덕턴스 성분으로 이루어지며, 이 가변 커패시터 성분 또는 가변 인덕턴스 성분을 조절함으로써 위상이 선형이 되도록 한다.On the other hand, the first and second phase correction circuit is composed of a resistance component, an inductance component, a capacitor component and a variable capacitor component or a variable inductance component, so that the phase becomes linear by adjusting the variable capacitor component or the variable inductance component. .
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention;
도2에서, 송신부의 전력 증폭기(10)는 위상 보정 회로(20)를 거쳐 제1 다이오드(D1)의 애노드에 연결되고, 인덕터(L)를 통해 전압 VC1에 연결된다. 이때, 전압 VC1은 또한 커패시터(C)의 일단에 연결되며, 커패시터(C)의 타단은 접지된다.In FIG. 2, the
제1 다이오드(D1)의 캐소드는 안테나(T)와 위상 보정 회로(30)의 일단에 연결되며, 위상 보정 회로(30)의 타단은 길이가 d인 분포 정수 라인(40)의 일단에 연결된다. 여기서, 분포 정수 라인의 길이 d는 λ/4로 설정되며, λ는 송신 RF(radio frequency) 신호의 파장이다.The cathode of the first diode D1 is connected to the antenna T and one end of the
분포 정수 라인(40)의 타단은 수신부의 저잡음 증폭기(50)에 연결되고, 또한 제2 다이오드(D2)의 애노드에 연결된다. 제2 다이오드(D2)의 캐소드는 접지된다.The other end of the
도2에서, 제1 및 제2 다이오드 (D1, D2)는 핀(PIN) 다이오드이며, 제1 및 제2 다이오드의 바이어스 상태는 전압 VC1에 의해 조절된다.In Fig. 2, the first and second diodes D1 and D2 are pin (PIN) diodes, and the bias states of the first and second diodes are controlled by the voltage VC1.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 RF 스위치의 동작을 설명한다.Hereinafter, the operation of the RF switch according to the embodiment of the present invention will be described.
먼저, 송신 시에는 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2)를 순 바이어스 상태로 한다. 그러면, 제1 다이오드는 저항이 거의 0인 순방향 저항이 되고, 이에 따라 송신 RF 신호가 전력 증폭기(10)에서 안테나(T)로 전달된다. 이때, 송신 RF 신호는 위상 보정 회로(20)를 통해 제1 다이오드(D1) 및 안테나(T)에 전달되기 때문에 RF 신호의 위상은 선형적으로 된다.First, during transmission, the first diode D1 and the second diode D2 are in a forward bias state. The first diode then becomes a forward resistance with almost zero resistance, whereby a transmitted RF signal is transmitted from the
이 때, 제2 다이오드(D2)가 순방향 저항을 거쳐서 접지 되고 분산 정수 라인(40)의 길이가 RF 신호의 파장λ의 1/4이기 때문에 다음과 같은 이유로 안테나(T)와는 분리된다.At this time, since the second diode D2 is grounded through the forward resistance and the length of the distributed
즉, 안테나(T)에서 위상 보정 회로(30)를 거쳐 제2 다이오드(D2)의 캐소드를 바라본 입력 임피던스(Zin)는 식1로 나타내어진다.That is, the input impedance Zin viewed from the antenna T through the
여기서, Zo는 특성 임피던스이고, Zl은 부하 임피던스 즉, 제2 다이오드의 임피던스이다. 또한, β는 2π/λ이고, d는 분포 정수 라인의 길이다.Here, Zo is the characteristic impedance, and Zl is the load impedance, that is, the impedance of the second diode. Β is 2π / λ, and d is the length of the distributed integer line.
본 발명의 실시예에서 d는 λ/4이므로 βd= 2π/λ×λ/4 = π/2가 되며, 이에 따라 Zin = Zo2/Zl이 된다. 이 경우, 송신 시에는 제2 다이오드가 순바이어스 상태로 되므로 Z1은 0이 되고 이에 따라 식1의 Zin은 무한대로 된다. 따라서, 송신 시에 안테나와 수신부는 분리되게 된다.In the embodiment of the present invention, since d is λ / 4, βd = 2π / λ × λ / 4 = π / 2, and thus Zin = Zo 2 / Zl. In this case, since the second diode is in the forward bias state at the time of transmission, Z1 becomes 0, and accordingly, Zin of the formula 1 becomes infinite. Therefore, the antenna and the receiver are separated at the time of transmission.
수신시에는 제1 및 제2 다이오드(D1, D2)를 역 바이어스 상태로 한다. 즉, 제1 다이오드와 제2 다이오드를 무한대의 저항으로 한다. 그러면, 제1 다이오드에 의해 송신부의 전력 증폭기(10)와 안테나(T)가 분리된다. 따라서, 안테나로부터 수신되는 수신 RF 신호는 위상 보정 회로(30)와 분포 정수 라인(40)을 거쳐 수신부의 저잡음 증폭기(50)로만 전달되게 된다.Upon reception, the first and second diodes D1 and D2 are put in reverse bias. In other words, the first diode and the second diode are infinite resistances. Then, the
이때, 수신되는 RF 신호는 위상 보정 회로를 거치기 때문에 신호의 선형성을 유지할 수 있다.In this case, since the received RF signal passes through a phase correction circuit, the linearity of the signal may be maintained.
도3은 도2에 도시한 위상 보정 회로의 상세 회로도를 나타내는 도면이다.FIG. 3 is a diagram showing a detailed circuit diagram of the phase correction circuit shown in FIG.
도3에서, 위상 보정 회로는 저항 R, 인덕턴스( L1, L2, L3..), 커패시터(C1, C2, C3, C4, C5...)와, 가변 커패시터(Cvar) 등으로 이루어지며, 이러한 위상 보정 회로는 스트립 라인, 마이크로 스트립 라인 또는 개별 소자로 구성된 부품으로서 구현된다.In Fig. 3, the phase correction circuit is composed of a resistor R, an inductance L1, L2, L3 .., capacitors C1, C2, C3, C4, C5 ..., a variable capacitor Cvar, and the like. The phase correction circuit is implemented as a strip line, a micro strip line or a component composed of individual elements.
도3에 도시한 회로의 합성 임피던스는 Z = A + jB로 되며, 이를 극좌표계로 나타내면
여기서, A는 저항 R 값에 따라 좌우되며, B는 인덕턴스(L1∼L3)와 커패시터(C1∼C4) 값에 의해 좌우된다.Here, A depends on the value of the resistor R, and B depends on the values of the inductances L1 to L3 and the capacitors C1 to C4.
이 때, 합성 임피던스의 위상은
도3에서는 가변 소자로서 커패시턴스를 사용하였으나, 가변 인덕턴스를 사용하여도 무방하다.In FIG. 3, a capacitance is used as the variable element, but a variable inductance may be used.
도2에서, 위상 보정회로는 송신부의 전력 증폭부와 안테나의 사이, 안테나와 분포 정수 라인의 사이에 마련하였으나, 그 이외에 분포 정수 라인과 수신부의 저잡음 증폭부의 사이에 마련하여도 무방하다.In Fig. 2, the phase correction circuit is provided between the power amplifier and the antenna of the transmitter, between the antenna and the distributed constant line, but may be provided between the distributed constant line and the low noise amplifier of the receiver.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 위상 보정 회로를 RF 스위치에 삽입함으로써 비선형적인 신호의 위상을 보정하여 위상이 선형이 되도록 조절할 수 있다.As described above, according to the present invention, by inserting the phase correction circuit into the RF switch, the phase of the nonlinear signal can be corrected so that the phase becomes linear.
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