KR100384970B1 - 분배 경로수에 따른 정합선로를 구비한 스위칭 분배기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 통신 시스템의 기지국에 사용되는 스위칭 분배기에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 단극단투(SPST;Single Pole Double Throw) 구조의 핀 다이오드(Pin Diode) 스위치 회로를 사용함으로써 시스템 비용을 절감하고, 분배 경로수에 따른 정합선로를 구비하여 완전한 임피던스 정합이 이루어지도록 하는 분배경로수에 따른 정합선로를 구비한 스위칭 분배기에 관한 것이다.

종래 기술에 따른 스위칭 분배기는 분배시에 평균정합 방식을 사용하고 있어 임피던스 정합이 불안정하다는 점과 기계식 스위치를 사용함으로써 시스템 비용이 증가되는 문제점이 있었으나, 본 발명은 저전력을 사용하는 스위칭 분배기의 특성에 맞도록 기계식 스위치 대신 단극단투 구조의 핀 다이오드 스위치 회로를 사용함으로써 시스템 비용을 절감함과 동시에 분배 경로수에 따른 정합선로를 구비하여 완전한 임피던스 정합이 이루어지도록 하는 분배 경로수에 따른 정합선로를 구비한 스위칭 분배기를 제공한다.

Description

분배 경로수에 따른 정합선로를 구비한 스위칭 분배기{Switchable divider having matched transmission lines according to dividing branches}

본 발명은 각종 통신 시스템의 기지국에 사용되는 스위칭 분배기에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 단극단투 구조의 핀 다이오드 스위치 회로를 사용함으로써 시스템 비용을 절감하고, 분배 경로수에 따른 정합선로를 구비하여 완전한, 임피던스 정합이 이루어지도록 하는 분배 경로수에 따른 정합선로를 구비한 스위칭 분배기에 관한 것이다.

일반적으로 스위칭 분배기는 기지국 전력 증폭기의 입력단에 사용되어 스위칭 합성기와 함께 기지국 송신 출력을 제어하는 역할을 수행한다. 최근에 다채널 전력 증폭기(MCPA;Multi Carrier Power Amplifier)의 사용이 증가하면서 기존의 채널 합성기 또는 리던던시(Redundancy)를 갖는 4:3이나 5:4 스위치 시스템을 대체하는 스위칭 분배기/합성기 시스템이 기지국에 많이 사용되고 있다. 스위칭 분배기/합성기 시스템은 기존의 분배기능과 합성기능, 그리고 N:N-1 시스템의 동작 이상에 대비한 예비기능을 동시에 수행한다. 스위칭 분배기/합성기 시스템에서 사용되는 전력은 일반적으로 분배기 부분은 저전력인 반면 합성기에는 고전력이 인가된다.기존의 스위칭 분배기/합성기 시스템은 분배기와 합성기에 모두 기계식 스위치를 사용하고 있는데 이는 시스템 비용이 증가한다고 하는 단점이 있을 뿐만 아니라, 현재 스위칭 분배기/합성기는 전력의 분배시나 합성시에 평균정합 방식을 사용하고 있어 경로수에 따른 임피던스 정합이 불안정하다고 하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같이 종래 기술에 따른 스위칭 분배기가 분배시에 평균정합 방식을 사용하고 있어 임피던스 정합이 불안정하다는 점과 기계식 스위치를 사용함으로써 시스템 비용이 증가되는 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 저전력을 사용하는 스위칭 분배기의 특성에 맞도록 기계식 스위치 대신 단극단투 구조의 핀 다이오드 스위치 회로를 사용함으로써 시스템 비용을 절감함과 동시에 분배 경로수에 따른 정합선로를 구비하여 완전한 임피던스 정합이 이루어지도록 하는 분배 경로수에 따른 정합선로를 구비한 스위칭 분배기를 제공함을 그 기술적과제로 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 평균 정합 3경로 스위칭 분배기의 블록도.

도 2는 본 발명에 따른 분배 경로수에 따른 정합선로를 구비한 스위칭 분배기의 블록도.

도 3은 본 발명에 따른 분배 경로수에 따른 정합선로를 구비한 스위칭 분배기의 임피던스 정합부의 일실시예를 나타내는 구성도.

도 4는 본 발명에 따른 핀 다이오드 단극단투 스위치의 구성도.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

P_i. 입력 포트 P_o1. 출력 포트 1

P_o2. 출력 포트 2 P_o3. 출력 포트 3

11. 평균정합 선로(Mean Impedance:

12, 27. 아이솔레이션 저항 21, 32. 정합선로

22, 33. 임피던스 정합부23, 34. 제 1 스위치부

24, 35. 임피던스 정합부25, 36. 제 2 스위치부

26. 선로 1 28. 선로 2

29, 38. 접합점 31. 프린트 기판

37, D. 핀 다이오드 C1. 커패시터 1

C2. 커패시터 2 L1. 인덕터 1

L2. 인덕터 2 Bias. 전원 바이어스

본 발명에 따른 분배 경로수에 따른 정합선로를 구비한 스위칭 분배기는 신호가 입력되는 입력 포트; 1경로 신호 전달을 위한 정합선로; 분배되는 경로수에 따라 선택적으로 접속되는 2경로용 임피던스 정합부 1과 3경로용 임피던스 정합부 2; 상기 임피던스 정합부 1 또는 임피던스 정합부 2를 각각 선택하여 접속하기 위한 제 1 스위치부와 제 2 스위치부; 분배되는 경로를 선택하여 접속하기 위한 제 3 스위치부 내지 제 5 스위치부; 분배된 신호를 전달하기 위한 선로 1; 분배된 신호가 출력되는 출력 포트 1 내지 출력 포트 3; 상기 출력 포트간의 신호 분리도를 높이기 위한 아이솔레이션 저항; 공통접점 구성을 위한 선로 2; 및 분배되는 경로를 선택하여 접속하기 위해 상기 제 3 스위치부 내지 제 5 스위치부와 각각 동일 경로상에서 연동하는 제 6 스위치부 내지 제 8 스위치부를 포함한다.

일반적인 고정경로를 갖는 윌킨슨(Wilkinson) 분배기는 사용하고자 하는 경로의 수에 따라 임피던스 정합부의 임피던스가 결정된다. 예를 들어, 2경로의 경우는, 3경로의 경우는이며 여기서Z _o 는 특성임피던스로서 그 값은 50Ω이다. 따라서, 2경로의 경우에는 임피던스 정합부의 임피던스가 70.7Ω이고 3경로의 경우에는 임피던스 정합부의 임피던스가 86.6Ω이 되는데, 기존의 평균정합 스위칭 분배기는 상기 70.7Ω과 86.6Ω의 중간값인의 임피던스를 갖는 임피던스 정합부를 사용하여 2경로 또는 3경로로 동작할때 어느 정도 정합이 이루어지는 결과를 이용한 것이다. 그러나 이것은 평균값을 취한 것이기 때문에 원래의 윌킨슨 분배기보다 특성이 열화된다고 하는 단점이 있다.

이하 첨부된 도면에 따라 본 발명의 각부 특성 및 동작 원리를 상세히 설명한다. 도 1은 종래 기술에 따른 평균 정합 3경로 스위칭 분배기의 블록도로서 고정경로를 갖는 3경로 분배기에 스위칭 기능을 부가한 것이다. 도 1과 같이 종래의 스위칭 전력 분배기/혼합기는 평균정합 방식이거나 1경로 전송선로와 평균정합 전송선로를 혼용하여 사용하는 방식을 택하고 있다. 도 1에서 입력 포트(P_i)를 통해 입력된 신호는 스위치 S11 내지 S13에 의해 원하는 분배수에 따라 선택되고, 평균정합 선로(11)를 거쳐 출력 포트 P_o1내지 P_o3로 출력된다(상기 도 1에서 스위치 S21 내지 S23는 각각 동일 경로상의 스위치 S11 내지 S13과 연동한다). 이때 상기 평균정합 선로의 임피던스는 2경로와 3경로의 중간값인에 의해서 정해지며 그 값은 78.7이 되는데, 이와같이 평균정합 방식을 이용할 경우 2경로와 3경로는 입출력 반사손실 특성이 어느 정도 만족하나 1경로에 대해서는 반사손실 특성이 열화되므로 사용될 수 없다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 최근 1경로 전송선로와 2, 3경로 평균정합 전송선로를 혼용하여 사용하는 경우가 있으나 이 방식도 평균정합 전송선로를 사용하므로 2, 3경로에서 정합특성은 성능이 떨어지게 된다.

상기 도 1의 동작을 좀 더 상세히 설명하면 입력 포트(P_i)로 입력된 신호는 평균정합 선로(11)를 거쳐 출력 포트 P_o1내지 P_o3로 출력되는데, 이때 입력된 신호는 시스템에서 전력 증폭기를 몇 개 동작시킬 것인지 제어 신호를 받아 앰프수에 따라 1경로, 2경로 또는 3경로로 동작하게 된다. 일반적으로 분배기의 삽입손실은 10×Log(1/N)로 정해지는데, 2경로 분배기의 경우에는 10×Log(1/2)=-3dB, 3경로 분배기의 경우에는 10×Log(1/3)=-4.8dB이다. 따라서, 시스템에서 전력 증폭기 2개가 동작한다고 하면 동시에 스위칭 분배기의 스위치 S11과 S21, 그리고 S12와 S22가 각각 연동하여 ON되고 나머지 스위치는 OFF되어 2경로 분배기로 동작하며 이때의 분배손실은 -3dB이다.

본 발명에서는 이러한 기존의 평균정합 스위칭 분배기의 단점인 불완전 정합현상을 해결하기 위한 것으로서, 크게 분배 경로수에 따른 임피던스 정합선로와 핀 다이오드 스위치부로 구성되어 있다. 일반적으로 입력 신호를 같은 동일한 크기와 위상을 갖는 다수의 신호로 나누는 방법으로서 주로 윌킨슨 분배기를 사용하는데, 상기 윌킨슨 분배기는 분배 경로수가 고정된 경우에 적합한 방법이다. 본 발명에서는 분배 경로수를 가변할 경우에도 사용할 수 있도록 각 분배 경로수에 맞는 임피던스 정합부를 신호 입력부에 구비하여 2경로 분배의 경우는의 임피던스 정합부 1(22), 3경로 분배의 경우는의 임피던스를 갖는 임피던스 정합부 2(24)를 사용한다. 도 2는 본 발명에 따른 분배 경로수에 따른 정합선로를 구비한 스위칭 분배기의 블록도로서 P_i로 입력된 신호는 시스템에서 사용하고자 하는 전력 증폭기의 개수만큼 분배되어 P_o1내지 P_o3으로 출력된다.

예를 들어, 1경로로 동작하며 P_o2에 연결된 전력 증폭기가 동작할 경우에는 제 1 스위치부(23)의 스위치 S1과 제 2 스위치부(25)의 스위치 S2가 OFF되며, P_o2를 선택하기 위한 스위치 S4와 스위치 S7이 ON된다. 또한, 도 2에서 명백히 알 수 있는 바와 같이 동작하지 않는 경로에 구비된 스위치 S3과 스위치 S6, 그리고 스위치 S5와 스위치 S8은 OFF된다. 즉, 상기 S3과 스위치 S6, 스위치 S4와 스위치 S7, S5와 스위치 S8은 각각 연동하게 된다. 다른 예로써 2경로로 동작하며 P_o2와 P_o3에 연결된 전력 증폭기가 동작할 경우에는 2경로 분배에 정합되는 임피던스 정합부1(22)을 선택하기 위해 제 1 스위치부(23)의 스위치 S1은 ON되고 제 2 스위치부(25)의스위치 S2는 OFF되며, P_o2를 선택하기 위한 스위치 S4와 스위치 S7이 ON되고, 동시에 P_o3을 선택하기 위한 스위치 S5와 스위치 S8이 ON된다. 그리고 스위치 S3과 스위치 S6은 전술한 바와 같이 OFF된다.

도 3은 본 발명에 따른 분배 경로수에 따른 정합선로를 구비한 스위칭 분배기의 요부인 임피던스 정합부의 일실시예를 나타내는 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 핀 다이오드 단극단투 스위치의 구성도이다. 핀 다이오드 스위치의 동작은 도 4에서 알 수 있는 바와 같이 스위치를 ON으로 하기 위해서는 전원 바이어스(Bias)단자에 직류(DC) 전원이 인가되는데, 상기 인가된 직류 전원은 인덕터 L1을 통과하여 핀 다이오드 D로 유입됨으로써 핀 다이오드가 도통되어 스위칭 작용이 일어나고, 핀 다이오드를 통과한 직류 전원은 인덕터 L2로 빠져나가게 된다. 도 4에서 커패시터 C1은 직류 전원 차단(Blocking)용이며, 커패시터 C2는 전원선에 발생하는 기생 고주파 신호를 제거하기 위한 것이다.

상기와 같은 분배 경로수에 따른 정합선로를 구비한 스위칭 분배기는 본 발명에서는 일실시예로써 3경로 스위칭 분배기에 대하여 기술하였으나, 본 발명의 범위는 3경로 스위칭 분배기에 한정되는 것은 아니고 그 기술적 사상에 근거하여 N경로 스위칭 분배기로 확장, 응용할 수 있음은 명백한 것이다.

이동통신 서비스는 점차 음성 위주의 통신에서 데이터 통신으로 바뀌어 가고 있으며 이에 따라서 많은 양의 데이터를 실시간에 전달하기 위해서 높은 주파수대와 넓은 대역폭을 사용하고 있다. 따라서, 기존의 알에프 종단부(RF Front-end)의 송신 신호전달 방식인 단일채널 전력 증폭기(SCPA;Single Carrier Power Amplifier)와 전력 합성기가 점차 다채널 전력 증폭기(MCPA;Multi Carrier Power Amplifier)와 스위칭 전력 분배기/합성기로 바뀌어 가고 있으며, 본 발명은 기존의 스위칭 분배기가 평균정합 방식을 사용하므로 특성이 열화될 뿐만 아니라 스위치부에 기계식 스위치를 사용함으로써 시스템 비용이 상승한다는 문제점을 해결하기 위하여 분배수에 따른 임피던스 정합 선로를 구비하고 스위치부를 핀 다이오드 스위치를 사용하여 시스템 비용을 절감시킬 수 있으므로 기존의 스위칭 분배기보다 정합 특성이 향상되면서 비용을 절감할 수 있는 효과를 가진다.

Claims (3)

1. 통신 시스템의 기지국 전력 증폭기의 입력단에 사용되어, 상기 기지국으로부터 출력되는 송신신호를 분배하는 스위칭 분배기에 있어서,

   상기 송신신호가 입력되는 하나의 입력 포트;

   상기 입력포트로 입력된 상기 송신신호를 전달하는 정합선로;

   상기 송신신호가 분배되는 경로수에 따라 상기 정합선로와 선택적으로 접속되는 2경로용 임피던스 정합부 1과 3경로용 임피던스 정합부 2;

   상기 분배되는 경로수에 따라 상기 임피던스 정합부 1 또는 임피던스 정합부 2를 각각 상기 정합선로와 접속하기 위한 제 1 스위치부와 제 2 스위치부;

   상기 분배되는 각각의 경로를 상기 정합선로와 접속하기 위한 제 3 스위치부 내지 제 5 스위치부;

   상기 제 3 스위치부 내지 제 5 스위치부에 접속되어 분배된 상기 송신신호를 전달하기 위해 분배되는 최대 경로수와 동수로 구비되는 선로 1;

   상기 분배된 송신신호가 각각 출력되는 출력 포트 1 내지 출력 포트 3;

   상기 출력 포트간의 신호 분리도를 높이기 위해 각 출력 포트에 접속되는 아이솔레이션 저항;

   상기 아이솔레이션 저항에 접속되되 공통접점 구성을 위해 연장 형성되는 선로 2; 및

   상기 제 3 스위치부 내지 제 5 스위치부와 동일 경로상에서 각각 연동하는 제 6 스위치부 내지 제 8 스위치부를 구비하는 분배 경로수에 따른 정합선로를 구비한 스위칭 분배기.
2. 제 1 항에 있어서,

   분배 경로수에 따른 임피던스 정합이 이루어지도록의 임피던스를 갖는 다수개의 임피던스 정합부와 스위칭부를 갖는 것을 특징으로 하는 분배 경로수에 따른 정합선로를 구비한 스위칭 분배기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 스위칭부는,

   상기 임피던스 정합부를 선택적으로 접속하기 위하여 핀 다이오드 스위치를 사용하는 것을 특징으로 하는 분배 경로수에 따른 정합선로를 구비한 스위칭 분배기.