KR100365876B1 - 다중밴드 무선 통신 장치용으로 적합한 무선 주파수결합기 장치 - Google Patents

다중밴드 무선 통신 장치용으로 적합한 무선 주파수결합기 장치 Download PDF

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Abstract

다중밴드 무선 통신 장치(200)용으로 적합한 무선 주파수(RF) 결합기 장치 (312)가 종단장치(termination device; 316) 및 결합기들(314, 315)을 구비하고 있다. 결합기들(314, 315) 각각은 직통경로(through-path) 결합 소자들(318, 320) 및 결합경로(coupled-path) 결합 소자들(319, 321)을 갖는다. 직통경로 결합 소자들(318, 320)은 장치(200)가 동작하는 각각의 주파수 밴드들(TX 밴드 1, TX 밴드 2)에서 전송될 RF 신호를 통과시킨다. 결합경로 결합 소자들(319, 321)은 각각의 직통경로 결합 소자들(318, 320)에 의해 통과된 RF 신호들을 결합한다. 결합경로 결합 소자들(319, 321) 및 종단장치(316)는 직렬로 연결되고, 그로 인해 단일 검출 다이오드(322)를 사용하는 RF 전력 검출기(313)와의 호환성이 허용된다.

Description

다중밴드 무선 통신 장치용으로 적합한 무선 주파수 결합기 장치{RADIO FREQUENCY COUPLER APPARATUS SUITABLE FOR USE IN A MULTI-BAND WIRELESS COMMUNICATION DEVICE}
본 발명은 일반적으로 신호 결합기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 이중 밴드(dual band) 무선 전화기와 같은 다중밴드 무선 통신 장치용으로 적합한 무선 주파수(RF) 결합기 장치에 관한 것이다.
이중 밴드 무선 전화기는 다른 주파수 밴드으로써 각각 특징지어지는 2개의 통신 시스템에서 동작 가능하다. 어떤 기존의 이중 밴드 무선 전화기는, 890MHz에서 915MHz까지의 주파수 밴드("GSM 900") 내의 RF 신호를 전송함으로써 GSM(Global Standard of Mobile) 디지털 시스템 및 1710MHz에서 1785MHz까지의 주파수 밴드(" GSM 1800") 내의 RF 신호를 전송함으로써 GSM 1800 디지털 시스템 모두에서 동작한다. 다른 기존의 이중 밴드 무선 전화기는, 824MHz에서 849MHz까지의 주파수 밴드("AMPS 800") 내의 RF 신호를 전송함으로써 AMPS(Advanced Mobile Phone Service) 아날로그 시스템 및 1850MHz에서 1910MHz까지의 주파수 밴드("TDMA 1900" 또는 "D-AMPS 1900") 내의 RF 신호를 전송함으로써 1900 MHz TDMA(Time Division Multiple Access) IS-136 디지털 시스템 모두에서 동작한다.
도 1에는 종래의 이중 밴드 무선 전화기의 전송기 회로(100)가 도시되어 있다. 전송기 회로(100)는 안테나에서 전송하도록 제1 주파수 밴드(TX 밴드 1) 내의 RF 신호를 증폭하는 RF 전력 증폭기(102), 및 안테나에서 전송하도록 제2 주파수 밴드(TX 밴드 2) 내의 RF 신호를 증폭하는 RF 전력 증폭기(103)를 포함한다. 전송된 RF 신호의 전력 레벨을 측정하기 위하여, 전송기 회로(100)는 2개의 별개의 전송선 결합 구조들(106, 107)을 갖는 RF 결합기 장치(104)를 이용하는데, 이는 RF 전력 검출기(109) 각각의 검출 다이오드(110, 111)를 통하여 덧셈 접합점(summing junction)(108)에서 병렬로 결합된다. 이 결합 구조들(106, 107) 각각은 결합기(즉, 결합기 112, 113) 및 종단장치(termination device; 즉, 종단장치 114, 115)를 갖는다. RF 전력 검출기(109)는 RF 검출 신호를 출력하는데, 이는 RF 전력 증폭기(102 또는 103)에 의해 출력된 RF 신호의 진폭과 관련된 진폭을 갖는다. 이 RF 검출 신호는 이중 밴드 무선 전화기가 전송하는 전력 레벨을 제어하는 데 이용된다.
RF 결합기 장치(104)에서는 RF 전력 검출기(109)가 결합 구조마다 하나의 검출 다이오드를 포함할 필요가 있다. 이중 밴드 무선 전화기가 휴대용 또는 포켓용일 때, 중요한 목표는 구성요소의 수를 최소화하는 것임을 알 수 있다. 덧셈 접합부(108)를 RF 전력 검출기(109)의 입력으로(즉, 검출 다이오드(110)의 양극으로) 이동시키고 검출 다이오드(111)를 제거함으로써 RF 전력 검출기(109)를 개조할 경우, RF 전력 검출기(109)의 입력에서 허용할 수 없는 RF 전압 손실이 생기고 RF 전력 검출기(109)의 감도가 떨어질 것이다. 그러므로, 다중밴드 무선 통신 장치용으로 적합하고 RF 전력 검출기에서 구성요소의 중복을 감소시키는 RF 결합기 장치가 필요하다.
도 1은 종래의 이중 밴드 무선 전화기의 전송기 회로를 도시하는 구성도로서, 이 전송기 회로는 병렬로 연결된 2개의 별개의 결합 구조로 이루어진 RF 결합기 장치를 사용하고 있다.
도 2는 다중 통신 시스템에서 동작 가능한 다중밴드 무선 통신 장치를 도시하는 블록도이다.
도 3은 도 2의 통신 장치의 전송기 회로를 도시하는 구성도로서, 통신 장치는 이중 밴드 무선 전화기이고, 전송기 회로는 2개의 결합기와 종단장치가 모두 직렬로 결합되어 단일 결합 구조로 이루어진 RF 결합기 장치를 사용하고 있다.
도 4는 AMPS 800과 관련된 주파수 밴드에서 전송된 신호들을 결합하는, 도 3의 RF 결합기 장치의 제1 실시예에 있어서 주파수에 대한 격리(isolation versus frequency)를 도시하는 그래프이다.
도 5는 AMPS 800과 관련된 주파수 밴드에서 전송된 신호들을 결합하는, 도 3의 RF 결합기 장치의 제1 실시예에 있어서 주파수에 대한 결합(isolation versus coupling)을 도시하는 그래프이다.
도 6은 TDMA 1900과 관련된 주파수 밴드에서 전송된 신호들을 결합하는, 도 3의 RF 결합기 장치의 제1 실시예에 있어서 주파수에 대한 격리를 도시하는 그래프이다.
도 7은 TDMA 1900과 관련된 주파수 밴드에서 전송된 신호들을 결합하는, 도 3의 RF 결합기 장치의 제1 실시예에 있어서 주파수에 대한 결합을 도시하는 그래프이다.
도 8은 AMPS 800과 관련된 주파수 밴드에서 전송된 신호들을 결합하는, 도 3의 RF 결합기 장치의 제2 실시예에 있어서 주파수에 대한 격리를 도시하는 그래프이다.
도 9는 AMPS 800과 관련된 주파수 밴드에서 전송된 신호들을 결합하는, 도 3의 RF 결합기 장치의 제2 실시예에 있어서 주파수에 대한 결합을 도시하는 그래프이다.
도 10은 TDMA 1900과 관련된 주파수 밴드에서 전송된 신호들을 결합하는, 도 3의 RF 결합기 장치의 제2 실시예에 있어서 주파수에 대한 격리를 도시하는 그래프이다.
도 11은 TDMA 1900과 관련된 주파수 밴드에서 전송된 신호들을 결합하는, 도 3의 RF 결합기 장치의 제2 실시예에 있어서 주파수에 대한 결합을 도시하는 그래프이다.
도 12는 정합 회로를 사용한 도 3의 RF 결합기 장치의 대체 실시예를 도시하는 구성도이다.
도 13은 AMPS 800과 관련된 주파수 밴드에서 전송된 신호들을 결합하는 경우, 도 12의 RF 결합기 장치에 있어서 주파수에 대한 격리를 도시하는 그래프이다.
도 14는 AMPS 800과 관련된 주파수 밴드에서 전송된 신호들을 결합하는 경우, 도 12의 RF 결합기 장치에 있어서 주파수에 대한 결합을 도시하는 그래프이다.
도 15는 TDMA 1900과 관련된 주파수 밴드에서 전송된 신호들을 결합하는 경우, 도 12의 RF 결합기 장치에 있어서 주파수에 대한 격리를 도시하는 그래프이다.
도 16은 TDMA 1900과 관련된 주파수 밴드에서 전송된 신호들을 결합하는 경우, 도 12의 RF 결합기 장치에 있어서 주파수에 대한 결합을 도시하는 그래프이다.
도 17은 TDMA 1900과 관련된 주파수 밴드에서 전송된 신호들을 결합하는 경우, 도 12의 RF 결합기 장치의 정합 회로에 의해 수행되는 임피던스 변환을 도시하는 스미스 차트 도면(Smith chart diagram)이다.
도 18은 단일 회로 소자를 사용한 도 12의 정합 회로의 대체 실시예를 도시하는 구성도이다.
도 19는 도 18의 정합 회로를 이용하고 AMPS 800과 관련된 주파수 밴드에서 전송된 신호들을 결합하는 경우, 도 12의 RF 결합기 장치에 있어서 주파수에 대한 격리를 도시하는 그래프이다.
도 20은 도 18의 정합 회로를 이용하고 AMPS 800과 관련된 주파수 밴드에서 전송된 신호들을 결합하는 경우, 도 12의 RF 결합기 장치에 있어서 주파수에 대한 결합을 도시하는 그래프이다.
도 21은 도 18의 정합 회로를 이용하고 TDMA 1900과 관련된 주파수 밴드에서전송된 신호들을 결합하는 경우, 도 12의 RF 결합기 장치에 있어서 주파수에 대한 격리를 도시하는 그래프이다.
도 22는 도 18의 정합 회로를 이용하고 TDMA 1900과 관련된 주파수 밴드에서 전송된 신호들을 결합하는 경우, 도 12의 RF 결합기 장치에 있어서 주파수에 대한 결합을 도시하는 그래프이다.
도 23은 TDMA 1900과 관련된 주파수 밴드에서 전송된 신호들을 결합하는 동안에 도 12의 RF 결합기 장치에 의해 이용되는 경우 도 18의 정합 회로에 의해 수행되는 임피던스 변환을 도시하는 스미스 차트 도면이다.
도 24 내지 27은 도 12의 정합 회로의 부가적인 대체 실시예들을 도시하는 구성도로서, 각각은 다수의 이산 표면 탑재 요소(multiple discrete surface mount components)들을 사용하고 있다.
도 28 내지 30은 도 3의 종단장치의 대체 실시예들을 도시하는 구성도이다.
도 31은 도 2의 통신 장치에 있어서 대체 전송기 회로를 도시하는 구성도로서, 이 통신 장치는 N 밴드 무선 전화기이고, 대체 전송기 회로는 도 3의 RF 결합기 장치의 대체 실시예를 사용하고 있다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
200 : 다중밴드 무선 통신 장치
300 : 전송기 회로
302, 303 : RF 전력 증폭기
306, 310 : 듀플렉서
312 : RF 결합기 장치
313 : RF 전력 검출기
314, 315 : 결합기
316 : 종단장치
무선 주파수(RF) 결합기 장치는 2개의 결합기 및 종단장치를 구비한 단일 결합 구조를 포함한다. 결합기들 각각은 직통경로(through-path) 결합 소자 및 결합경로(coupled-path) 결합 소자를 갖는다. 제1 결합기의 직통경로 결합 소자는 제1 주파수 밴드 내의 주파수를 갖는 신호를 통과시키도록 동작한다. 제2 결합기의 직통경로 결합 소자는 제2 주파수 밴드 내의 주파수를 갖는 신호를 통과시키도록 동작한다. 2개의 결합기들은 각각의 결합경로 결합 소자와 각각의 직통경로 결합 소자에 의해 통과된 신호를 결합한다. 제1 결합기의 결합경로 결합 소자의 일단은 종단장치와 직렬로 결합된다. 제1 결합기의 결합경로 결합 소자의 타단은 제2 결합기의 결합경로 결합 소자와 직렬로 결합된다. 결합기들을 직렬로 결합함으로써, RF 결합기 장치는 단일 검출 다이오드를 이용하는 RF 전력 검출기와 호환 가능하다.
도 2에는 다중밴드 무선 통신 장치(200)가 도시되어 있다. 이 통신 장치 (200)는 원격 통신 장치들(202-205)로 대표되는 다중 통신 시스템에서 동작 가능하다. 기술된 실시예에 있어서, 통신 장치(200)는 AMPS 800/TDMA 1900 이중 밴드 무선 전화기이고 원격 통신 장치들(202, 203)은 각각 AMPS 800 및 TDMA 1900 무선 기지국들이다. 도면에서는 AMPS 800/TDMA 1900 이중 밴드 무선 전화기로서 도시하였지만, 이 통신 장치(200)는, 예를 들어 GSM 900/GSM 1800 이중 밴드 무선 전화기; TDMA 1900 시스템 및 800MHz TDMA IS-136 디지털 시스템("TDMA 800" 또는 "D-AMPS 800") 모두에서 동작하는 TDMA 이중 밴드 무선 전화기; AMPS 800 및 1900MHz 코드 분할 다중 접속(CDMA) IS-95 디지털 시스템("CDMA 1900")에서 동작하는 이중 밴드 무선 전화기 또는 CDMA 1900 및 800MHz CDMA IS-95 디지털 시스템에서 동작하는 CDMA 이중 밴드 무선 전화기와 같은, 다른 이중 밴드 무선 전화기일 수도 있다. 통신 장치(200)가 이들 대체 이중 밴드 무선 전화기들 중 하나인 경우, 원격 통신 장치들(202, 203)은 대응하는 무선 기지국들일 것이다.
이중 밴드 무선 전화기로서의 통신 장치(200)는 각각의 통신 링크(206, 207) 상의 RF 신호를 통하여 원격 통신 장치들(202, 203) 중 어느 하나와 통신한다. 통신 장치(200)는 안테나(210), 안테나(210)에 결합된 수신기(211), 수신기(211)에 결합된 제어부(212), 제어부(212)에 결합된 사용자 인터페이스(213) 및 제어부 (212)와 안테나(210)에 결합된 전송기(214)를 포함한다. 수신기(211)는 안테나 (210)를 통하여 통신 링크(206 또는 207)로부터 RF 신호를 수신하여 이 RF 신호를 복조한다. 제어 정보를 포함하고 메시지 또는 음성 정보를 포함할 수 있는 RF 신호로부터 복조된 정보가 수신기(211)에 의해 제어부(212)에 제공된다. 제어부 (212)는 음성 정보로부터 파생된 가청 음성 및/또는 메시지 정보로부터 수신된 데이터를 출력하도록 사용자 인터페이스(213)를 제어한다. 사용자 인터페이스(213)에 입력된 데이터 및 음성은 제어부(212)에 의해 포맷되고 또한 접속부(215)를 통하여 전송기(214)에 결합된다. 각 주파수 밴드에 대하여 별개의 전송 경로를 사용하고 접속부(216) 상의 제어 신호(212)에 의해 전송된 신호 밴드 선택(siganl BAND SELECT)의 제어 하에 원하는 전송 경로를 선택하는, 전송기(214)는 포맷된 데이터 및 음성 신호를 변조하고 이 변조된 신호를 증폭하여 원하는 주파수 밴드에서 전송한다. 전송기(214)는 변조된 신호를 접속부(216) 상에서 제어부(212)에 의해 전송된 신호 TX 제어(signal TX CONTROL)에 의해 설정된 전력 레벨까지 증폭한다. 증폭된 신호는 전송기(214)에 의해 안테나(210)에서 출력되어 통신 링크(206 또는 207) 상에서 RF 신호로서 방사된다. 안테나(210)에서 출력되는 증폭 신호의 전력 레벨은 전송기(214)에 의해 검출되는데, 이는 실제 출력 전력 레벨을 나타내는 신호 RF 검출(signal RF DETECT)을 접속부(217)를 통하여 제어부(212)에 전송한다. 제어부(212)는 전송기(214)의 원하는 출력 전력 레벨과 신호 RF 검출로 나타나게 되는 실제 출력 전력 레벨과의 차이를 최소화하도록 신호 TX 제어를 조정한다. 통신 장치(200)는 하나 또는 그 이상의 인쇄 회로 기판(도시되지 않음)을 사용하는데, 이들 위에는 수신기(211), 제어부(212), 사용자 인터페이스(213) 및 전송기 (214)로 이루어진 전자 회로들 있다.
여기서는 이중 밴드 무선 전화기로서 설명하였지만, 통신 장치(200)는 GSM 900, GSM 1800 및 1900MHz GSM 디지털 시스템("GSM 1900")에서 동작하는 3중 밴드 (tri-band) 무선 전화기; 또는 GSM 900, GSM 1800, D-AMPS 800 및 D-AMPS 1900에서 동작하는 4중 밴드(quad-band) 무선 전화기와 같이, 2 이상의 밴드에서 동작하는 무선 전화기일 수도 있다. 통신 장치(200)가 3중 밴드 무선 전화기일 경우, 원격 통신 장치들(202, 203) 뿐만 아니라 통신 링크(208)와 관련된 부가적인 원격 통신장치(204)는 대응하는 무선 기지국들일 것이다. 통신 장치(200)가 4중 밴드 무선 전화기일 경우, 원격 통신 장치들(202-204) 뿐만 아니라 통신 링크(209)와 관련된 부가적인 원격 통신 장치(205)는 대응하는 무선 기지국들일 것이다.
도 3에는 RF 전력 증폭기를 각각 사용한 2개의 전송 경로를 갖는 전송기 (214)의 전송기 회로(300)가 도시되어 있다. RF 전력 증폭기(302)는 주파수 밴드 (TX 밴드 1)에서의 전송을 위해 신호를 증폭하고 RF 전력 증폭기(303)는 주파수 밴드(TX 밴드 2)에서의 전송을 위해 신호를 증폭한다. 접속부(304) 상의 주파수 밴드(TX 밴드 1)에서의 전송을 위해 변조된 입력 신호는 RF 전력 증폭기(302)에 의해 증폭되어, RF 전력 증폭기(302)의 출력 경로를 정의하는 접속부(305) 상에 증폭된 RF 출력 신호를 생성한다. 전송기 회로(300)는 RF 격리를 수행하기 위해 RF 전력 증폭기(302)의 출력 경로에 결합된 듀플렉서(306)를 포함한다. 접속부(308) 상의 주파수 밴드(TX 밴드 2)에서의 전송을 위해 변조된 입력 신호는 RF 전력 증폭기 (303)에 의해 증폭되어 접속부(309) 상에 증폭된 RF 출력 신호를 생성하고, 이는 RF 전력 증폭기(303)의 출력 경로를 정의한다. 전송기 회로(300)는 RF 격리를 수행하기 위해 RF 전력 증폭기(303)의 출력 경로에 결합된 듀플렉서(310)를 포함한다. 전송기 회로(300)는, 통신 장치(200)가 주파수 밴드(TX 밴드 1)에서 전송할 때는 RF 전력 증폭기(302)의 출력 경로를 안테나(210)에 접속시키고, 또는, 통신 장치 (200)가 주파수 밴드(TX 밴드 2)에서 전송할 때는 RF 전력 증폭기(303)의 출력 경로를 안테나(210)에 접속시키도록 도 2의 신호 밴드 선택의 제어 하에 스위치(311)를 포함한다. 스위치는 하나의-폴 두 개의-스로 스위치(single-poledouble-throw switch)인 것이 바람직하지만, 통신 장치(200)가 주파수 밴드(TX 밴드 1)에서 전송할 때는 RF 전력 증폭기(303)의 출력 경로를 안테나(210)로부터 분리시키고, 통신 장치(200)가 주파수 밴드(TX 밴드 2)에서 전송할 때는 RF 전력 증폭기(302)의 출력 경로를 안테나(210)로부터 분리시키는 장치이면 된다.
전송기 회로(300)는 RF 결합기 장치(312) 및 RF 결합기 장치(312)에 결합된 RF 전력 검출기(313)를 포함한다. 종래의 RF 결합기 장치와 달리, RF 결합기 장치(312)는 2개의 결합기(314, 315)와 종단장치(316)가 모두 직렬로 결합된 단일 결합 구조를 갖는다. 결합기(314)는 RF 증폭기(302)의 출력 경로에 결합된다. 결합기(314)는 직통경로 결합 소자(318) 및 결합경로 결합 소자(319)를 갖는다. 직통경로 결합 소자(318)는 접속부(305)와 일렬로 결합된 2개의 포트를 갖는다. 결합경로 결합 소자(319)는 직통경로 결합 소자(318)와 물리적으로 아주 근접하여 배치된다. 결합경로 결합 소자(319)는 종단장치(316)에 바로 직렬로 결합된 격리 포트(isolated port) 및 결합기(315)에 바로 직렬로 결합된 결합 포트(coupled port)를 갖는다. 결합기(315)는 RF 전력 증폭기(303)의 출력 경로에 결합된다. 결합기 (315)는 직통경로 결합 소자(320) 및 결합경로 결합 소자(321)를 갖는다. 직통경로 결합 소자(320)는 접속부(309)와 동일 선상에 결합된 2개의 포트를 갖는다. 결합경로 결합 소자(321)는 직통경로 결합 소자(320)와 물리적으로 아주 근접하여 배치된다. 결합경로 결합 소자(321)는 결합기(314)의 결합경로 결합 소자(319)에 바로 직렬로 결합된 격리 포트 및 RF 전력 검출기(313)에 바로 직렬로 결합된 결합 포트를 갖는다. 종단장치(316)는, 일단은 결합경로 결합 소자(319)의 격리 포트에결합되고 타단은 전기적 접지에 결합된 저항기(317)를 포함한다.
RF 전력 검출기(313)는 단일 검출 다이오드(322) 및 R-C 회로망(323)을 포함한다. RF 전력 검출기(313)의 입력을 정의하는 검출 다이오드(322)의 양극은 결합기(314)의 결합경로 결합 소자(319)의 결합 포트에 바로 직렬로 결합된다. 검출 다이오드(322)의 음극은 병렬로 결합된 커패시터(324) 및 저항기(325)를 포함하는 R-C 회로망(323)에 바로 직렬로 결합된다. R-C 회로망(323)의 출력은 RF 전력 검출기(313)의 출력을 형성하며, 이는 접속부(217)를 통하여 도 2의 제어부에 결합된다.
RF 전력 증폭기(302)의 동작 중에, 결합기(314)의 직통경로 결합 소자(318)는 RF 전력 증폭기(302)에 의해 출력된 증폭된 RF 신호를 순방향 전력으로서 안테나(210) 쪽으로 통과시킨다. 증폭된 RF 신호의 일부는 역방향 전력으로서 직통경로 결합 소자(318)로 다시 반사된다. 결합기(314)의 결합경로 결합 소자(319)는 직통경로 결합 소자(318)에 존재하는 순방향 전력을 결합경로 결합 소자(319)의 결합 포트에 결합시키고, 직통경로 결합 소자(318)에 존재하는 역방향 전력을 결합경로 결합 소자(319)의 격리 포트에 결합시킨다. 결합경로 결합 소자(319)의 격리 포트에서의 임피던스와 정합하는 임피던스를 갖도록 선택되는 종단장치(316)의 저항기(317)는 역방향 전력을 소거한다. 결합경로 결합 소자(319)의 격리 포트에서의 순방향 전력은 결합기(315)의 결합경로 결합 소자(312)를 통하여 검출 다이오드 (322)에 결합되고, 이 검출 다이오드(322)는 커패시터(324)와 함께 순방향 전력을 반파 정류하여 RF 전력 증폭기(302)에 의해 증폭된 RF 신호 출력의 진폭에 비례하는 DC 전압을 발생시킨다. 이 DC 전압은 커패시터(324) 상에 저장되고 저항기 (325)에 의해 신호 RF 검출로서 접속부(217)에 결합된다.
RF 전력 증폭기(303)의 동작 중에, 결합기(315)의 직통경로 결합 소자(320)는 RF 전력 증폭기(303)에 의해 출력된 증폭된 RF 신호를 순방향 전력으로서 안테나(210) 쪽으로 통과시키고, 증폭된 RF 신호의 반사된 부분을 역방향 전력으로서 수신한다. 결합기(315)의 결합경로 결합 소자(321)는 직통경로 결합 소자(320)에 존재하는 순방향 전력을 결합경로 결합 소자(321)의 결합 포트에 결합시키고, 직통경로 결합 소자(320)에 존재하는 역방향 전력을 결합경로 결합 소자(321)의 격리 포트에 결합시킨다. 결합경로 결합 소자(321)의 격리 포트는 결합경로 결합 소자(319) 및 종단장치(316)의 저항기(317)에 의해 종결되어 결합경로 결합 소자 (321)의 격리 포트에서의 역방향 전력을 소거한다. 결합경로 결합 소자(321)의 격리 포트에서의 순방향 전력은 검출 다이오드(322)에 결합되고, 이 검출 다이오드 (322)는 커패시터(324)와 함께 순방향 전력을 반파 정류하여 RF 전력 증폭기(303)에 의해 증폭된 RF 신호 출력의 진폭에 비례하는 DC 전압을 발생시킨다. 이 DC 전압은 커패시터(324) 상에 저장되고 저항기(325)에 의해 신호 RF 검출로서 접속부 (217)에 결합된다.
도 3에 도시된 RF 결합기 장치(312)는 결합기들(314, 315)의 임피던스가 종단장치(316)의 그것과 동일할 때 사용하기에 가장 적합하다. 결합기(314)의 결합 소자들(318, 319) 및 결합기(315)의 결합 소자들(320, 321)은 에지-결합된 스트립라인(edge-coupled striplines)인 것이 바람직하다. 주파수 밴드(TX 밴드 1)이AMPS 800과 관련된 밴드과 같이 2개의 밴드 중 저밴드이고, 주파수 밴드(TX 밴드 2)이 TDMA 1900과 관련된 밴드과 같이 2개의 밴드 중 고밴드이라고 가정할 경우, RF 결합기 장치(312)에 대한 예시적인 값들은 다음과 같다.
결합기(314)의 경우,
결합 소자들(318, 319)의 각 스트립라인은 500 밀(mils)의 길이, 7.5 밀의 폭, 50 옴(ohms)의 임피던스 및 다른 스트립라인으로부터 5 밀의 수평 간격을 가지며,
결합기(315)의 경우,
결합 소자들(320, 321)의 각 스트립라인은 300 밀의 길이, 7.5 밀의 폭, 50 옴의 임피던스 및 다른 스트립라인으로부터 5 밀의 수평 간격을 가지며,
종단장치(316)의 경우,
저항기(317)는 50 옴의 임피던스를 갖는다.
본 기술분야에 잘 알려져 있는 바와 같이, RF 결합기 장치의 유효성은 그것의 지향성(directivity)에 의해 측정된다. 일반적으로 순방향 전력과 역방향 전력을 분리시키는 결합기의 능력으로서 정의될 수 있는 지향성은 RF 결합기 장치의 격리로부터 그것의 결합을 공제함으로써 측정될 수 있다. 여기서, 결합(coupling)은 직통경로 결합 소자로부터 원하는 량의 전력을 결합경로 결합 소자에 전달하는 결합기의 능력으로서 정의될 수 있고, 격리(isolation)는 역방향 전력이 결합경로 결합 소자의 결합 포트에 들어가지 못하게 하는 결합기의 능력으로서 정의될 수 있다. 결합기들(314, 315) 및 종단장치(316)에 대해 주어진 예시적인 값들을 이용할때, RF 결합기 장치(312)는 다음과 같은 방법으로 동작한다. AMPS 800에 대한 저밴드에서 전송된 RF 신호를 결합할 때, RF 결합기 장치(312)는 도 4의 점 400이 나타내는 바와 같은 약 -50 dB의 격리 및 도 5의 점 500이 나타내는 바와 같은 약 -21 dB의 결합을 나타내어 약 -29 dB의 지향성를 생성한다. TDMA 1900에 대한 고밴드에서 전송된 RF 신호를 결합할 때, RF 결합기 장치(312)는 도 6의 점 600이 나타내는 바와 같은 약 -54 dB의 격리 및 도 7의 점 700이 나타내는 바와 같은 약 -19 dB의 결합을 나타내어 약 -35 dB의 지향성를 생성한다. 이들 -29 dB 및 -35 dB의 지향성은 우수한 것으로 정량화될 수 있다.
휴대용 또는 포켓용일 때, 통신 장치(200)는 가능하다면 최소 크기의 구성요소들을 이용하여 제한된 형태 인자(constrained form factor)를 달성한다. 이와 관련하여, 결합기들(314, 315) 각각은 상술한 에지-결합된 스트립라인보다 더욱 소형의 구조를 제공하는 브로드사이드-결합된 마이크로스트립라인(broadside-coupled microstriplines)을 이용하는 것이 바람직하다. Klomsdorf 등에게 미국 특허 제5,448,771호로 허여되고, 1995년 9월 5일 공지되고 본원의 양수인인 모토로라사에 양도된 "Embedded Transmission Line Coupler For Radio Frequency Signal Amplifiers"에는 브로드사이드-결합된 마이크로스트립라인 결합기 구조의 예들이 도시 및 설명되어 있다. 동작 중에, 매입형 브로드사이드-결합된 마이크로스트립라인 결합기(embedded broadside-coupled microstripline coupler)는 복소 임피던스(즉, 실수부와 허수부를 갖는 임피던스)를 가지며 일반적으로 복소 임피던스를 갖는 종단장치에 의해 종결되어야 한다.
RF 결합 장치(312)의 결합기들(314, 315) 각각에 대해 매입형 브로드사이드-결합된 마이크로스트립라인 결합기 구조를 이용하는 다음의 예를 고려해보자. 주파수 밴드(TX 밴드 1)이 AMPS 800과 관련된 밴드과 같이 2개의 밴드 중 저밴드이고, 주파수 밴드(TX 밴드 2)이 TDMA 1900과 관련된 밴드과 같이 2개의 밴드 중 고밴드이라고 가정할 경우, RF 결합기 장치(312)에 대한 예시적인 값들은 다음과 같다.
결합기(314)의 경우,
a) 결합 소자(318)의 마이크로스트립라인은 300 밀의 길이 및 30 밀의 폭을 갖는 직선 형상이고,
b) 결합 소자(319)의 마이크로스트립라인은 300 밀의 길이에 맞는 310 밀의 유효 길이 및 10 밀의 폭을 갖는 "s"자 형상이고,
c) 결합 소자들(318, 319)의 마이크로스트립라인들은 9 밀만큼 수직으로 이격되어 있으며,
결합기(315)의 경우,
a) 결합 소자(320)의 마이크로스트립라인은 120 밀의 길이 및 30 밀의 폭을 갖는 직선 형상이고,
b) 결합 소자(321)의 마이크로스트립라인은 120 밀의 길이에 맞는 130 밀의 유효 길이 및 10 밀의 폭을 갖는 "s"자 형상이고,
c) 결합 소자들(320, 321)의 마이크로스트립라인들은 9 밀만큼 수직으로 이격되어 있으며,
종단장치(316)의 경우,
저항기(317)는 28 옴의 임피던스를 갖는다.
종단장치(316)에서의 종결 임피던스가 28 옴일 때, 결합경로 결합 소자(319)의 결합 포트에서의 임피던스는 AMPS 800에 대해 저밴드에서 전송된 RF 신호를 결합할 때 약 28 + j7이고, 결합경로 결합 소자(321)의 격리 포트에서의 임피던스는 TDMA 1900에 대해 고밴드에서 전송된 RF 신호를 결합할 때 약 31 + j16이다.
결합기들(314, 315) 및 종단장치(316)에 의해 구현되는 매입형 브로드사이드 -결합된 마이크로스트립라인 결합기 구조에 대해 주어진 예시적인 값들을 이용할 때, RF 결합기 장치(312)는 다음과 같이 동작한다. AMPS 800에 대해 저밴드에서 전송된 RF 신호를 결합할 때 RF 결합기 장치(312)는 도 8의 점 800이 나타내는 바와 같은 약 -47 dB의 격리 및 도 9의 점 900이 나타내는 바와 같은 약 -21 dB의 결합을 나타내어 약 -26 dB의 지향성를 생성한다. TDMA 1900에 대한 고밴드에서 전송된 RF 신호를 결합할 때 RF 결합기 장치(312)는 도 10의 점 1000이 나타내는 바와 같은 약 -32 dB의 격리 및 도 11의 점 1100이 나타내는 바와 같은 약 -21 dB의 결합을 나타내어 약 -11 dB의 지향성를 생성한다. TDMA 1900에 대한 고밴드에서 전송된 RF 신호를 결합할 때 RF 결합기 장치(312)의 이러한 실시예의 지향성은 RF 결합기 장치(312)의 이전 실시예의 지향성보다 상당히 작다. TDMA 1900에 대해 고밴드에서 전송된 RF 신호를 결합할 때의 이러한 낮은 지향성은 RF 결합기 장치 (312)가 직통경로 결합 소자(321)의 격리 포트를 적당한 임피던스로 종결시키지 못한 데에 원인이 있을 수 있다.
지향성를 향상시키기 위하여, 도 12에 도시된 바람직한 대체 RF 결합기 장치 (1200)가 사용될 수 있다. RF 결합기 장치(1200)는 RF 결합기 장치(312)의 일반적인 구조를 사용하지만 또한 결합기들(314, 315) 사이에 직렬로 결합된 정합 회로 (matching circuit)(1202)를 포함한다. 정합 회로(1202)는 전송 라인들(1204, 1205) 및 갈래 커패시터(shunt capacitor; 1206)를 사용한다. 전송 라인(1204)은 결합기(314)의 결합경로 결합 소자(319)의 결합 포트에 결합된 하나의 포트 및 전송 라인(1205)에 결합된 다른 포트를 갖는다. 전송 라인(1205)은 전송 라인(1204)에 결합된 하나의 포트 및 결합기(315)의 결합경로 결합 소자(321)의 격리 포트에 결합된 다른 포트를 갖는다.
정합 회로(1202)는 임피던스 변환 소자로서 동작한다. 주파수 밴드(TX 밴드 2)에서 전송된 RF 신호들을 결합하는 동안 정합 회로(1202)는 직통경로 결합 소자 (321)의 격리 포트에서 적당한 종결 임피던스를 제공한다. 주파수 밴드(TX 밴드 1)에서 전송된 RF 신호들을 결합하는 동안 정합 회로(1202)는 RF 전력 검출기 (313)로의 전력 전달에 있어서 무시할만한 효과를 갖는 저손실 전송 라인으로서 동작한다. 주파수 밴드(TX 밴드 1)이 AMPS 800과 관련된 밴드과 같이 2개의 밴드 중 저밴드이고, 주파수 밴드(TX 밴드 2)이 TDMA 1900과 관련된 밴드과 같이 2개의 밴드 중 고밴드이라고 가정할 경우, 정합 회로(1202)에 대한 예시적인 값들은 다음과 같다. 전송 라인(1204)은 200 밀의 길이, 5 밀의 폭 및 100 옴의 임피던스를 갖고, 전송 라인(1205)은 300 밀의 길이, 5 밀의 폭 및 100 옴의 임피던스를 가지며, 커패시터(1206)는 2.2 pF이다. 구성요소의 수를 최소화하기 위하여, 전송 라인들(1204, 1205)은 통신 장치(200)의 인쇄 회로 기판에 매입된 금속 스트립인 것이 바람직하고, 이는 FR-4 섬유 유리 물질로 구성될 수도 있다. 커패시터(1206)는 인쇄 회로 기판의 표면상에 탑재된 이산 요소(discrete component)인 것이 바람직하다.
도 8 내지 11과 관련하여 상술한 결합기들(314, 315) 및 종단장치(316)에 대해 주어진 예시적인 값들 및 정합 회로(1202)에 대한 예시적인 값들을 이용할 때, RF 결합기 장치(1200)는 다음과 같이 동작한다. AMPS 800에 대해 저밴드에서 전송된 RF 신호를 결합할 때, RF 결합기 장치(1200)는 도 13의 점 1300이 나타내는 바와 같은 약 -47 dB의 격리 및 도 14의 점 1400이 나타내는 바와 같은 약 -21 dB의 결합을 나타내어 약 -26 dB의 지향성를 생성한다. TDMA 1900에 대해 고밴드에서 전송된 RF 신호를 결합할 때 RF 결합기 장치(1200)는 도 15의 점 1500이 나타내는 바와 같은 약 -54 dB의 격리 및 도 16의 점 1600이 나타내는 바와 같은 약 -22 dB의 결합을 나타내어 약 -32 dB의 지향성를 생성한다. RF 결합기 장치(1200)는 TDMA 1900에 대한 고밴드의 에지에서 전송된 RF 신호를 결합할 때, 도 15의 점 1502가 나타내는 바와 같은 약 -44 dB의 격리를 나타내고 약 -22 dB의 결합과 함께 약 -21 dB의 지향성를 생성한다. 여기서 알 수 있듯이, TDMA 1900에 대해 고밴드에서 전송된 RF 신호를 결합할 때, RF 결합 장치(1200)의 32 dB 및 -21 dB 지향성은 RF 결합기 장치(312)의 이전 실시예의 -11 dB 지향성보다 훨씬 양호하다.
RF 결합 장치(1200)의 이 향상된 지향성은 RF 결합 장치(1200)가 TDMA 1900에 대해 고밴드에서 전송된 RF 신호를 결합할 때 결합경로 결합 소자(321)의 격리 포트를 적절히 종결시킨 데에 원인이 있다. 도 17을 참조하여 정합 회로(1202)의동작을 더 설명한다. 결합경로 결합 소자(319)의 결합 포트는 도 17의 점 1700에서 정규화(normalize)되어 도시된 바와 같이 31 + j16의 복소 임피던스를 갖는다. 전송 라인(1204)은 31 + j16의 이러한 복소 임피던스를 도 17의 점 1701에서 정규화되어 도시된 바와 같이 약 39 + j44의 복소 임피던스로 변환시킨다. 커패시터 (1206)는 약 39 + j44의 이러한 복소 임피던스를 도 17의 점 1702에서 정규화되어 도시된 바와 같이 약 37 - j44의 복소 임피던스로 더 변환시킨다. 전송 라인 (1205)은 약 37 - j44의 이러한 복소 임피던스를 도 17의 점 1703에서 정규화되어 도시된 바와 같이 약 28 - j2의 복소 임피던스로 변환시킴으로써, 결합경로 결합 소자(321)의 격리 포트에서 적당한 종결 임피던스를 제공한다.
정합 회로(1202)의 대체 실시예들이 임피던스 변환에 이용될 수 있다. 도 18은 단 하나의 회로 소자만을 사용하는 대체 정합 회로(1800)를 보여준다. 특히, 대체 정합 회로(1800)는 단일 이산 표면 탑재 요소, 커패시터(1802)를 사용한다. 커패시터(1802)는 결합 소자들(319, 321) 사이에 직렬로 결합된다. 주파수 밴드 (TX 밴드 1)이 AMPS 800과 관련된 밴드과 같이 2개의 밴드 중 저밴드이고 주파수 밴드(TX 밴드 2)이 TDMA 1900과 관련된 밴드과 같이 2개의 밴드 중 고밴드이라고 가정할 경우, 커패시터(1802)에 대한 예시적인 값은 5.6 pF이다. 여기서는 단일 이산 표면 탑재 요소를 사용한 것으로 도시되어 있지만, 대체 정합 회로(1800)는 결합 소자들(319, 321) 사이에 직렬로 결합된 단일 매입형 전송 라인과 같은 다른 단일 회로 소자 실시예들을 이용할 수도 있다.
도 8 내지 11과 관련하여 상술한 결합기들(314, 315) 및 종단장치(316)에 대해 주어진 예시적인 값들 및 정합 회로(1202)에 대한 예시적인 값들을 이용할 때, RF 결합기 장치(1200)는 다음과 같이 동작한다. AMPS 800에 대한 저밴드에서 전송된 RF 신호를 결합할 때, RF 결합기 장치(1200)는 도 19의 점 1900이 나타내는 바와 같은 약 -47 dB의 격리 및 도 20의 점 2000이 나타내는 바와 같은 약 -21 dB의 결합을 나타내어 약 -26 dB의 지향성를 생성한다. TDMA 1900에 대한 고밴드에서 전송된 RF 신호를 결합할 때, RF 결합기 장치(1200)는 도 21의 점 2100이 나타내는 바와 같은 약 -43 dB의 격리 및 도 22의 점 2200이 나타내는 바와 같은 약 -22 dB의 결합을 나타내어 약 -21 dB의 지향성를 생성한다. TDMA 1900에 대한 고밴드에서 전송된 RF 신호를 결합할 때, 도 23을 참조하여 RF 결합기 장치(1200)의 이 실시예를 더 설명한다. 상술한 바와 같이, 결합경로 결합 소자(321)는 도 23의 점 2300에서 정규화되어 도시된 바와 같이 약 31 + j16의 복소 임피던스를 나타낸다. 커패시터(1802)는 약 31 + j16의 이러한 복소 임피던스를 도 23의 점 2302에서 정규화되어 도시된 바와 같이 약 31 + j1의 복소 임피던스로 변환시킨다. 31 + j1의 이러한 변환된 복소 임피던스는 종단장치(316)의 27 옴 임피던스와 정확히 정합하지는 않지만, 도 19 내지 22에 의해 검증되는 바와 같이 RF 결합기 장치(1200)의 이러한 실시예는 결합경로 결합 소자들(319, 321)의 격리 포트들에서 종결이 충분하여 양호한 지향성를 갖는다. 그러나, 대체 정합 회로(1800)가 도 21에 도시된 바와 같이 TDMA 1900과 관련된 밴드의 하이 에지에서 전송된 RF 신호를 결합할 때, 열화된 지향성를 포함하여 RF 결합 장치(1200)의 이러한 실시예에 대해 어떤 제한을 부가하게 된다.
도 24 내지 27의 부가적인 대체 정합 회로들은 이산 표면 탑재 요소들만을 사용하고, 전송 라인과 같은 매입형 소자들- 최적의 동조(tuning)를 위하여 인쇄 회로 기판 정정을 많이 반복하도록 요구됨 -의 이용을 회피한다. 도 24의 대체 정합 회로(2400)는 결합 소자들(319, 321) 사이에 직렬로 결합되는 인덕터들(2402, 2403); 및 인덕터들(2402, 2403)의 상호접속부와 전기적 접지의 사이에 결합된 갈래 커패시터(2404)를 사용한다. 도 25의 대체 정합 회로(2500)는 결합 소자들 (319, 321) 사이에 직렬로 결합되는 커패시터들(2502, 2503); 및 커패시터들(2502, 2503)의 상호접속부와 전기적 접지의 사이에 결합된 갈래 인덕터(shunt inductor; 2404)를 사용한다. 도 26의 대체 정합 회로(2600)는 결합 소자들(319, 321) 사이에 직렬로 결합되는 커패시터(2602); 결합 소자(319)와 전기적 접지 사이에 결합되는 갈래 인덕터(2604); 및 결합 소자(321)와 전기적 접지 사이에 결합되는 갈래 인덕터(2605)를 사용한다. 도 27의 대체 정합 회로(2700)는 결합 소자들(319, 321) 사이에 직렬로 결합되는 인덕터(2702); 결합 소자(319)와 전기적 접지 사이에 결합되는 갈래 커패시터(2704); 및 결합 소자(321)와 전기적 접지 사이에 결합되는 갈래 커패시터(2705)를 사용한다.
어떤 기하학적 형태에 있어서, 인쇄 회로 기판은 도 12의 정합 회로(1202)의 전송 라인들(1204, 1205)이 매입될 위치에서 제한된 공간을 가질 수 있다. 그러한 상황에서, 매입되는 전송 라인들(1204, 1205)은 필수 임피던스 변환을 위해 필요한 물리적 길이가 모자랄 수 있다. 전송 라인들(1204 또는 1205)의 물리적 길이가 너무 짧은 경우를 보상하기 위하여, RF 결합기 장치(1200)의 종단장치(316)는 다중요소 종결 회로망 형태의 대체 회로를 사용할 수 있다. 일반적으로, 그러한 대체 종단장치는 복소 임피던스를 제공하고 공진 회로를 포함하여 도 2의 통신 장치가 주파수 밴드(TX 밴드 1) 또는 주파수 밴드(TX 밴드 2)에서 전송중일 때 최적의 종결을 제공한다. 도 28에는 대체 종단장치(2800)가 도시되어 있다. 대체 종단장치 (2800)는 결합경로 결합 소자(319)의 격리 포트와 전기적 접지 사이에 직렬로 결합된 상부 및 하부 회로망(2801, 2802)을 포함한다. 상부 회로망(2801)은 저항기 (2802) 및 이 저항기(2802)와 병렬로 결합된 인덕터(2804)와 커패시터(2806)로 이루어진 직렬 공진 회로를 포함한다. 하부 회로망(2803)은 저항기(2808) 및 저항기 (2808)와 병렬로 결합된 커패시터(2810)를 포함한다. 인덕터(2804)와 커패시터 (2806)는 직렬 공진 회로가 주파수 밴드(TX 밴드 1) 내의 대상 주파수들에 동조되도록 하는 값을 갖도록 선택된다. 저항기(2808)는 통신 장치가 주파수 밴드(TX 밴드 2)에서 전송중일 때 RF 결합기 장치(1200)의 최량의 지향성를 위해 최적화된 임피던스를 갖도록 선택된다. 도 12의 커패시터(1206)는 통신 장치가 주파수 밴드 (TX 밴드 2)에서 전송중일 때 RF 결합기 장치(1200)의 최종 동조를 위하여 선택된다. 하부 회로망(2803)의 저항기(2808)와 커패시터(2810)는 통신 장치가 주파수 밴드(TX 밴드 1)에서 전송중일 때 RF 결합기 장치(1200)의 최량의 지향성를 위해 최적화된 임피던스를 갖도록 선택된다. 주파수 밴드(TX 밴드 1)이 AMPS 800과 관련된 밴드과 같이 2개의 밴드 중 저밴드이고 주파수 밴드(TX 밴드 2)이 TDMA 1900과 관련된 밴드과 같이 2개의 밴드 중 고밴드이라고 가정할 경우, 종단장치(2800) 및 정합 회로(1202)에 대한 예시적인 값들은 다음과 같다. 저항기(2802)는 82 옴이고; 인턱터(2804)는 10nH이고; 커패시터(2810)는 2 pF이고; 전송 라인(1204)은 45 밀의 길이, 7 밀의 폭 및 50 옴의 임피던스를 갖고; 전송 라인(1205)은 170 밀의 길이, 7 밀의 폭 및 50 옴의 임피던스를 갖고; 커패시터(1206)는 1.8 pF이다.
도 29 및 30에는 각각 대체 종단장치들(2900, 3000)로서, 도 12의 전송 라인들(1204, 1205)의 길이를 보상하는 도 3의 종단장치(316)에 대한 다른 대체 다중 요소 종결 회로망들이 도시되어 있다. 대체 종단장치(2900)는 저항기들(2902, 2903), 인덕터들(2904, 2905) 및 커패시터(2906)를 포함한다. 저항기(2902)는 저항기(2903)와 병렬로 결합된다. 저항기(2903)는 또한 인덕터(2905)와 직렬로 결합되고, 인턱터(2905)는 또한 인덕터(2904)와 커패시터(2906)로 이루어진 질렬 공명 회로와 병렬로 결합된다. 대체 종단장치(3000)는 저항기들(3002, 3003), 인덕터 (3004) 및 커패시터들(3006, 3007)을 포함한다. 저항기(3002)는 저항기(3003)와 병렬로 결합된다. 저항기(3003)는 또한 커패시터(3007)와 직렬로 결합되고, 커패시터(3007)는 또한 커패시터(3006)와 인덕터(3005)로 이루어진 질렬 공명 회로와 병렬로 결합된다.
도 12의 전송 라인들(1204, 1205)의 길이를 보상하는 것 외에도, 도 28, 29 및 30의 대체 종단장치들(2800, 2900, 3000) 각각은 개발 비용과 시간도 최소화한다. 대체 종단장치들(2800, 2900, 3000)은 벤치 테스트(bench testing) 중에 용이하게 검사될 수 있는 노출된 콘택트를 갖는 이산 표면 탑재 요소들을 이용한다. 이 이산 표면 탑재 요소들은 회로 동작을 최적화하도록 용이하게 교환될 수 있다. 한편, 매입형 전송 라인들은 벤치 테스트 중에 용이하게 검사될 수 없고 매입형 전송 라인들의 치수는 인쇄 회로 기판의 개조와 더불어 고정된다. 그 때문에, 인쇄 회로 기판의 개조를 통하여 매입형 전송 라인들에 대한 임의의 변경 또는 변형 (tweaks)이 이루어져야 하고, 이로 인해 개발 과정에 시간과 비용은 추가된다.
또한 도 12의 정합 회로(1202)에 의해 수행되는 임피던스 변환은 도 3의 종단장치(316)에 의해서만 수행될 수도 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 이 실시예에서는, RF 결합기 장치(312)가 사용되지만 종단장치(316)의 저항기(317)는 대체 종단장치(도 29의 2800, 도 29의 2900, 도 30의 3000) 또는 통신 장치(200)가 주파수 밴드(TX 밴드 1) 또는 주파수 밴드(TX 밴드 2)에서 전송중일 때 적당한 종결 및 양호한 결합기 지향성를 확보해주는 다른 적합한 회로 구성으로 대체된다.
통신 장치(200)가 상술한 3중 밴드 또는 4중 밴드 무선 전화기와 같이 2 이상의 주파수 밴드에서 전송하는 장치인 경우, 도 3의 RF 결합기 장치(312)는 이러한 장치에서의 RF 결합에 적합하게 하기 위해 용이하게 확장될 수 있다. RF 결합기 장치(312)는 단일 검출 다이오드를 구비한 RF 전력 검출기와의 호환성 및 직렬 결합된 결합기들을 구비한 단일 결합 구조를 벗어나지 않고서 도 31의 RF 결합기 장치(3100)가 되도록 확장될 수 있다. 2 이상의 주파수 밴드에서 전송하기 위하여, 통신 장치(200)의 전송기(214)는 도 31에 도시된 대체 전송기 회로(3101)를 사용한다. 이 대체 전송기 회로(3101)는 주파수 밴드(TX 밴드 1) 내의 RF 신호를 전송하기 위한 RF 전력 증폭기(3102) 및 결합기(3106)를 구비한 제1 전송 경로와, 주파수 밴드(TX 밴드 2) 내의 RF 신호를 전송하기 위한 RF 전력 증폭기(3103) 및 결합기(3107)를 구비한 제2 전송 경로와, 주파수 밴드(TX 밴드 3) 내의 RF 신호를 전송하기 위한 RF 전력 증폭기(3104) 및 결합기(3108)를 구비한 제3 전송 경로와, 주파수 밴드(TX 밴드 N) 내의 RF 신호를 전송하기 위한 RF 전력 증폭기(3105) 및 결합기(3109)를 구비한 제N 전송 경로에 이르기까지 RF 전력 증폭기 및 결합기를 각각 구비한 부가적인 전송 경로들을 규정한다. 변수 N은 통신 장치(200)가 전송하는 주파수 밴드의 최대수이다. 결합기들(3106-3109) 각각의 결합경로 결합 소자들 (3100-3113)은 결합기 체인을 형성하도록 직렬로 결합된다. 도 3의 종단장치(316)와 유사한 종단장치(3114)가 결합경로 결합 소자(3110)의 격리 포트에 결합된다. RF 전력 검출기(313)와 유사한 RF 전력 검출기(3115)가 결합경로 결합 소자(3113)의 결합 포트에 결합된다. 도 12의 정합 회로(1202) 또는 도 18, 24, 25, 26, 27 각각의 대체 정합 회로들(1800, 2400, 2500, 2600, 2700)과 유사한 선택적인 정합 회로들(3116, 3117, 3118)이 결합기들(3106-3109) 사이에 각각 직렬로 결합될 수 있다. 보다 구체적으로는, 결합경로 결합 소자들 중 연속적인 것들 사이에, 즉 결합경로 결합 소자들(3110, 3111) 사이, 결합경로 결합 소자들(3111, 3112) 사이, 및 결합경로 결합 소자들(3112, 3113) 사이에서 각각 선택적인 정합 회로들(3116, 3117, 3118)이 결합될 수 있다. 종단장치(3114)는 도 3의 저항기(317), 도 28의 대체 종단장치(2800), 도 29의 대체 종단장치(2900) 또는 도 30의 대체 종단장치 (3000)를 포함할 수 있다. 결합기들(3106-3109), 종단장치(3114) 및 선택적인 정합 회로들(3116-3118)이 집합적으로 RF 결합기 장치(3100)를 형성한다.
단지 상술한 정합 회로들 및/또는 다중 요소 종결 회로망의 값들을 변화시킴으로써, 그것의 결합기들의 특정한 기계적 또는 전기적 구조로 인해 RF 결합기 장치에 나타나게 되는 넓은 범위의 가능한 임피던스 부정합들을 보상하는 것이 가능하다. 그 때문에, 바람직하게는 브로드사이드-결합된 마이크로스트립라인을 이용한 것으로 위에서 설명한, 도 12의 RF 결합기 장치(1200)의 결합기들(314, 315), 및 바람직하게는 브로드사이드-결합된 마이크로스트립라인을 이용할 수 있는 도 31의 RF 결합기 장치(3100)의 결합기들(3106-3109)이 에지-결합된 스트립라인과 같은 다른 전자기 결합 장치, 페라이트 자기 매체(ferrite magnetic media)를 사용한 것과 같은 자기 결합 장치, 또는 하나의 전송 경로로부터 다른 전송 경로로의 신호 전달에 있어서 제어된 양을 발생시킬 수 있는 임의의 다른 장치를 사용할 수도 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이, 도 3의 RF 결합기 장치(312), 도 12의 RF 결합기 장치 (1200), 및 도 31의 RF 결합기 장치(3100)의 하나의 이점은 그것들이 단일 검출 다이오드를 이용하는 RF 전력 검출기(313 또는 3115)와 호환 가능하다는 데에 있다. 상술한 바와 같이, 검출 다이오드는 결합된 RF 신호의 반파 정류에 이용된다. 검출 다이오드 이외에, 온도 보상을 목적으로 RF 전력 검출기에 부가적인 다이오드를 사용하는 것은 해당 기술분야에 잘 알려져 있다. 예를 들면, 제목이 "Temperature Compensated Automatic Output Control Circuitry for RF Signal Power Amplifiers With Wide Dynamic Range"이고 1985년 6월 11일 발행, 본원의 양수인인 모토로라사에 양도되었으며 Walczak 등에게 허여된 미국 특허 제4,523,155호에 개시된 도 2의 다이오드(212)를 참조하기 바란다. 어떤 경우에도, 단일 검출 다이오드를 이용하는 RF 전력 검출기(313) 또는 RF 전력 검출기(3115)에 대한 설명이, 검출 다이오드 및 온도 보상 또는 다른 목적으로 부가적인 다이오드들을 사용하는 다른 RF 전력 검출기를 구비한 RF 결합기 장치들(312, 1200, 3100) 이용으로 인한 이점을 경감시켜서는 안될 것이다.
따라서, 직렬 결합된 결합기들을 구비한 단일 결합 구조를 사용하는 RF 결합 장치가 다중밴드 무선 전화 장치에서의 사용에 적합하고 단일 검출 다이오드를 사용한 RF 전력 검출기와 호환 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. RF 결합 장치의 지향성은, 정합 회로 및/또는 다중 요소 종결 회로망을 부가함으로써, 특히 TDMA 1900과 관련된 것과 같은 높은 주파수 밴드에서 전송된 RF 신호를 결합하는 데 있어서, 더욱 향상될 수 있다. 이상, 다수의 특정 실시예들을 도시하고 설명하였지만, 다른 변형이 이루어질 수도 있다는 것을 알 것이다. 그러므로, 첨부된 특허청구범위에서 발명의 진의 및 범위 내에 드는 모든 그러한 변경 또는 변형을 포함하도록 의도된다.

Claims (10)

  1. 무선 주파수(RF) 결합기 장치(312)에 있어서,
    종단장치(termination device)(316);
    제1 및 제2 결합 소자들(318, 319)을 구비한 제1 결합기(314)- 상기 제1 결합 소자는 제1 주파수 밴드 내의 주파수를 갖는 제1 RF 신호를 통과시키기 위한 것이고, 상기 제2 결합 소자는 상기 제1 결합 소자에 의해 통과된 상기 제1 RF 신호를 결합하기 위한 것이고, 상기 제2 결합 소자는 상기 종단장치와 직렬로 결합됨 -; 및
    제1 및 제2 결합 소자들(320, 321)을 구비한 제2 결합기(315)- 상기 제2 결합기의 상기 제1 결합 소자는 제2 주파수 밴드 내의 주파수를 갖는 제2 RF 신호를 통과시키기 위한 것이고, 상기 제2 결합기의 상기 제2 결합 소자는 상기 제2 결합기의 상기 제1 결합 소자에 의해 통과된 상기 제2 RF 신호를 결합하기 위한 것이고, 상기 제2 결합기의 상기 제2 결합 소자는 상기 제1 결합기의 상기 제2 결합 소자와 직렬로 결합됨 -
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 주파수(RF) 결합기 장치(312).
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 결합기(314)의 상기 제2 결합 소자(319)와 상기 제2 결합기(315)의 상기 제2 결합 소자(321) 사이에 직렬로 결합된 정합 회로 (matching circuit)(1202)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 주파수(RF) 결합기 장치(312).
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 결합기(314)의 상기 제2 결합 소자(319)는 제1 및 제2 포트들을 갖고,
    상기 종단장치(316)는 상기 제1 결합기의 상기 제2 결합 소자의 상기 제1 포트에 결합되고,
    상기 정합 회로(1202)는 제1 및 제2 포트들을 갖는 하나 이상의 전송 라인을 포함하고, 상기 하나 이상의 전송 라인의 상기 제1 포트는 상기 제1 결합기의 상기 제2 결합 소자의 상기 제2 포트에 결합된 것을 특징으로 하는 무선 주파수(RF) 결합기 장치(312).
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 결합기(315)의 상기 제2 결합 소자(321)는 제1 및 제2 포트들을 갖고,
    상기 하나 이상의 전송 라인은 제1 및 제2 전송 라인들을 포함하고,
    상기 제1 전송 라인은 제1 및 제2 포트들을 갖고, 상기 제1 전송 라인의 상기 제1 포트는 상기 제1 결합기의 상기 제2 결합 소자의 상기 제2 포트에 결합되고,
    상기 제2 전송 라인은 제1 및 제2 포트들을 갖고, 상기 제2 전송 라인의 상기 제1 포트는 상기 제1 전송 라인의 상기 제2 포트에 결합되고, 상기 제2 전송 라인의 상기 제2 포트는 상기 제2 결합기의 상기 제2 결합 소자의 상기 제1 포트에 결합된 것을 특징으로 하는 무선 주파수(RF) 결합기 장치(312).
  5. 제3항에 있어서, 상기 종단장치(316)는 단일 이산 요소(single discrete component)(317)만을 포함하고, 상기 단일 이산 요소는 저항기인 것을 특징으로 하는 무선 주파수(RF) 결합기 장치(312).
  6. 제3항에 있어서, 상기 종단장치(316)는 다중 요소 종결 회로망(multiple component termination network)인 것을 특징으로 하는 무선 주파수(RF) 결합기 장치(312).
  7. 제2항에 있어서, 상기 정합 회로(1202)는 단일 회로 소자(1800)만을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 주파수(RF) 결합기 장치(312).
  8. 제7항에 있어서, 상기 단일 회로 소자(1800)는 커패시터(1802)인 것을 특징으로 하는 무선 주파수(RF) 결합기 장치(312).
  9. 제2항에 있어서, 상기 정합 회로(1202)는 이산 표면 탑재 요소들(discrete surface mount components)만을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 주파수(RF) 결합기 장치(312).
  10. 제1항에 있어서, 상기 종단장치(316)는 다중 요소 종결 회로망(2800)을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 주파수(RF) 결합기 장치(312).
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