KR100699200B1 - 고속의 저손실 시분할 듀플렉스 송수신 스위칭 방법 - Google Patents

고속의 저손실 시분할 듀플렉스 송수신 스위칭 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고속의 저손실 시분할 듀플렉스(Time Division Duplex) 송수신 스위칭 방법에 관한 것으로, 특히 고출력의 신호를 고속으로 스위칭하는 RF/MW 회로 스위치에서 스위칭 소자로 사용되는 핀 다이오드를 제어하는 역바이어스 전압을 낮게 사용하는 스위칭 방법에 관한 것이다.
본 발명의 고속의 저손실 시분할 듀플렉스 송수신 스위칭 방법은 +3 ~ +5V의 전원전압을 사용하여 핀 다이오드의 고주파 저항값이 0.1~0.5Ω이 되도록 핀 다이오드에 순방향 구동전류를 공급하여 핀 다이오드가 SW/ON되는 제1단계; 상기 전원전압을 +전압과 -전압으로 분배하여 2개의 전압의 절대치의 합에 해당하는 역방향 바이어스 전압을 핀 다이오드에 공급하여 핀 다이오드가 SW/OFF되는 제2단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
시분할 듀플렉스, OFDMA, 스위치, 핀 다이오드

Description

고속의 저손실 시분할 듀플렉스 송수신 스위칭 방법{The device and method for switching a high speed and low loss time division duplex sender and receiver network}
도 1은 종래의 핀 다이오드 스위치의 동작을 위한 전원공급을 하는 제1회로도이다.
도 2는 종래의 핀 다이오드 스위치의 동작을 위한 전원공급을 하는 제2회로도이다.
도 3은 종래의 시분할 듀플렉스 송수신 스위치 회로도이다.
도 4는 본 발명의 송수신 시분할 듀플렉스 스위치를 구성하는 핀 다이오드 스위치에서 바이어스 공급방법을 나타낸 회로도이다.
도 5는 본 발명의 시분할 듀플렉스 송수신 스위치 회로도이다.
도 6은 본 발명의 도 4와 도 5의 핀 다이오드 절체방법을 사용하여 구성한 송수신 분리도가 큰 시분할 듀플렉스 스위치의 제1회로도이다.
도 7은 본 발명의 도 4와 도 5의 핀 다이오드 절체방법을 사용하여 구성한 송수신 분리도가 큰 시분할 듀플렉스 스위치의 제2회로도이다.
본 발명은 고속의 저손실 시분할 듀플렉스(Time Division Duplex) 송수신 스위칭 방법에 관한 것으로, 특히 고출력의 신호를 고속으로 스위칭하는 RF/MW 회로 스위치에서 스위칭 소자로 사용되는 핀 다이오드를 제어하는 역바이어스 전압을 낮게 사용하는 스위칭 방법에 관한 것이다.
일반적으로 10W 이상의 큰 출력신호를 절체하는 방법으로 동축 스위치 또는 기계적 접점에 의한 스위치를 많이 사용한다. 그러나, 광대역의 데이터를 송수신하는 OFDMA/TDD 방식의 통신 시스템과 주파수 도약을 하는 전이중 통신 시스템에 사용되는 고주파 스위치는 송수신 절체를 위해 빠른 스위칭 동작이 필수적이다. 또한, 고속의 주파수 도약을 하는 통신장비의 RF(Radio Frequency) 회로에 사용되는 고주파 스위치는 아주 빠른 스위치로써 동작해야만 한다. 이러한 스위치로 동작하기 위해서는 기계적인 스위칭 방식으로 가능하지 않고, 핀 다이오드와 같은 반도체 소자를 사용하여 고속의 스위칭 특성을 얻는다.
도 1은 종래의 핀 다이오드 스위치의 동작을 위한 전원공급을 하는 제1회로도이다. 포트 1(10)과 포트 2(20) 사이에 연결되어 접지된 핀 다이오드(50)의 구동전류는 +V_on 전압에 의하여 공급되고, 핀 다이오드(50)의 역 바이어스 전압은 -V_off 전압을 공급하는 구동소자를 사용하는 방식으로 고출력의 고주파 신호를 스위칭하기 위하여 높은 “-”값의 역 바이어스 전압이 필요하다.
도 2는 종래의 핀 다이오드 스위치의 동작을 위한 전원공급을 하는 제2회로도이다. +V_off 전압과 같이 양의 고전압을 핀 다이오드의 역 바이어스로 사용하는 핀 다이오드 스위치를 나타내었다. 이 방식으로 구성한 고주파 신호 스위칭 회로는 포트 1(10)과 포트 2(20) 사이에 연결된 핀 다이오드(60)를 구동하는 전류가 +V_on 전압에 의하여 공급되고, 핀 다이오드(60)의 역 바이어스 전압은 +V_off 전압을 사용하며, 고출력의 고주파 신호를 스위칭하기 위하여 높은 “+”값의 역 바이어스 전압이 필요하다.
도 3은 종래의 시분할 듀플렉스 송수신 스위치 회로도이다. 도 2의 방식을 사용하여 구성한 시분할 듀플렉스 송수신 스위치를 나타내었다. 송신기(30)와 수신기(40) 사이에 안테나(80)를 구비하고, 송신기(30)와 안테나(80) 사이에 제1의 핀 다이오드(60)를 구비하며, 안테나(80)와 수신기(40) 사이에 제2의 핀 다이오드(70)를 구비하였다. 10W 이상의 고주파 신호를 스위칭하기 위하여 필요한 역 바이어스 전압은 고주파 신호의 최대값보다 2배 이상으로 크게 인가하여야 하므로 50V 이상의 고전압을 사용한다.
따라서, 종래에 많이 사용하는 핀 다이오드 스위칭 방식에서는 + 또는 -의 큰 역전압을 핀 다이오드에 공급하기 위해서 높은 직류전압을 공급받아야 하므로 시스템의 전원설계에 어려움을 발생시키고, 핀 다이오드 구동회로와 핀 다이오드와 연결되는 RF 부품도 직류내압이 큰 부품을 사용하여야 하는 단점이 있다.
이에 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 10W 이상의 고주파 신호의 송수신 절체시 저손실 특성을 가지면서 송수신 차폐가 큰 송수신 스위치를 구현하는 동시에 시분할 듀플렉스(Time Division Duplex) 방식으로 수 ㎲ 이내의 고속 스위치로써 송수신 절체가 가능한 스위칭 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 고속의 저손실 시분할 듀플렉스(Time Division Duplex) 송수신 스위칭 방법에 관한 것으로, 특히 고출력의 신호를 고속으로 스위칭하는 RF/MW 회로 스위치에서 스위칭 소자로 사용되는 핀 다이오드를 제어하는 역바이어스 전압을 낮게 사용하는 스위칭 방법에 관한 것이다.
본 발명의 고속의 저손실 시분할 듀플렉스 송수신 스위칭 방법은 +3~+5V의 전원전압을 사용하여 핀 다이오드의 고주파 저항값이 0.1~0.5Ω이 되도록 핀 다이오드에 순방향 구동전류를 공급하여 핀 다이오드가 SW/ON되는 제1단계; 상기 전원전압을 +전압과 -전압으로 분배하여 2개의 전압의 절대치의 합에 해당하는 역방향 바이어스 전압을 핀 다이오드에 공급하여 핀 다이오드가 SW/OFF되는 제2단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 고속의 저손실 시분할 듀플렉스 송수신 스위칭 장치 및 방법을 구 현하기 위하여 핀 다이오드기 SW/ON 상태로 되기 위한 순방향 바이어스 구동전류는 +3V~+5V의 전원전압을 사용하여 핀 다이오드의 고주파 저항값이 0.1~0.5Ω 정도로 작은 값이 되도록 핀 다이오드에 전류를 흘려준다. 이 때, 바이어스 회로는 핀 다이오드에 전류가 흐를 수 있도록 제어전압에 의한 제어에 의하여 동작되도록 구성한다. 그리고, 핀 다이오드 스위치가 OFF 상태로 되기 위한 역방향 바이어스 전원은 핀 다이오드의 구동전류가 공급되지 않도록 하며, 제어전압에 의하여 바이어스 회로를 통하여 핀 다이오드에 역방향 바이어스 전압을 공급하여 핀 다이오드가 OFF 상태가 되도록 바이어스 회로를 구성한다. 역방향 바이어스 전압은 종래의 방식에서 사용하는 높은 단일전압을 사용하지 않고, +전압과 -전압으로 분배하여 2개의 전압의 절대치의 합에 해당하는 역전압을 핀 다이오드에 공급함으로써 가능한 한 낮은 바이어스 전압을 사용하여 핀 다이오드 스위칭 장치를 구성한다.
도 4는 본 발명의 송수신 시분할 듀플렉스 스위치를 구성하는 핀 다이오드 스위치에서 바이어스 공급방법을 나타낸 회로도이다. 고출력 고주파 신호의 절체를 위한 구성을 나타내었고, SW1(500)의 절체를 위한 전원은 표 1과 같이 제어전압의 제어를 받아 동작한다. 포트 1(100)과 포트 2(200)가 서로 연결되었을 경우에는 SW1(500)이 SW/ON되어 순방향 바이어스가 걸려 Control_on/off의 제어신호는 ON된다. 그러나, 포트 1(100)과 포트 2(200)가 서로 절체되었을 경우에는 SW1(500)이 SW/OFF되어 역방향 바이어스가 걸려 Control_on/off의 제어신호는 OFF된다.
스위치 신호 연결상태 SW 제어신호
포트 1과 포트 2 연결 ON Control_on/off: ON
순방향 바이어스
포트 1과 포트 2 절체 OFF Control_on/off: OFF
역방향 바이어스 (역전압:+V_off-(-V_off))
도 5는 본 발명의 시분할 듀플렉스 송수신 스위치 회로도이다. TDD 송수신 절체를 위한 구성을 나타내었고, SW1(500)과 SW2(700)를 사용하여 고출력의 고주파 신호를 절체하기 위한 스위치 회로를 나타낸다. 상기와 같이 구성된 고주파 스위치에서 SW1(500)과 SW2(700)의 절체를 위한 전원은 표 2와 같이 제어전압의 제어를 받아 동작한다. 송신기 포트(300)와 수신기 포트(400)가 서로 연결되었을 경우에는 SW1(500)은 SW/ON되어 순방향 바이어스가 걸리는 동시에 SW2(700)는 SW/OFF되어 역방향 바이어스가 걸려 Control_1의 제어신호는 ON되는 동시에 Control_2의 제어신호는 OFF된다. 그러나, 송신기 포트(300)와 수신기 포트(400)가 서로 절체되었을 경우에는 SW1(500)은 SW/OFF되어 역방향 바이어스가 걸리는 동시에 SW2(700)는 SW/ON되어 순방향 바이어스가 걸려 Control_1의 제어신호는 OFF되는 동시에 Control_2의 제어신호는 ON된다.
스위치 신호 연결상태 SW1 SW2 제어신호
송신기 포트와 수신기 포트 연결 ON OFF Control_1: ON Control_2: OFF
순방향 바이어스 역방향 바이어스
송신기 포트와 수신기 포트 분리 OFF ON Control_1: OFF Control_2: ON
역◎향 바이어스 순방향 바이어스
도 6은 본 발명의 도 4와 도 5의 핀 다이오드 절체방법을 사용하여 구성한 송수신 분리도가 큰 시분할 듀플렉스 스위치의 제1회로도이다. SW1(500), SW2(800) 및 SW(900)를 SW/ON하기 위한 전류는 +V_on 전압을 통하여 공급한다. 그리고, SW1(500), SW2(800) 및 SW(900)를 SW/OFF시키기 위한 방법으로 제어신호의 전압에 따라 +V_off 전압과 -V_off 전압을 SW1(500), SW2(800) 및 SW(900)에 역전압이 걸리도록 하여 동작시킨다. 송수신 신호는 표 3과 같이 동작된다. 송신기 포트(300)와 안테나 포트(400)가 서로 연결되고 안테나 포트(300)와 수신기 포트(400)가 서로 절체되었을 경우에는 SW1(500), SW2(800) 및 SW3(900)는 각각 ON, OFF, ON되어 Control_1, Control_2 및 Control_3의 제어신호는 각각 ON, OFF, ON된다. 그러나, 안테나 포트(300)와 수신기 포트(400)가 서로 연결되고 송신기 포트(300)와 안테나 포트(400)가 서로 절체되었을 경우에는 SW1(500), SW2(800) 및 SW3(900)는 각각 OFF, ON, OFF되어 Control_1, Control_2 및 Control_3의 제어신호는 각각 OFF, ON, OFF된다.
송수신 신호 연결상태 SW1 SW2 SW3 제어신호
송신기 포트-안테나 포트 연결 (안테나 포트-수신기 포트 절체) ON OFF ON Control_1: ON Control_2: OFF Control_3: ON
안테나 포트-수신기 포트 연결 (송신기 포트-안테나 포트 절체) OFF ON OFF Control_1: OFF Control_2: ON Control_3: OFF
도 7은 본 발명의 도 4와 도 5의 핀 다이오드 절체방법을 사용하여 구성한 송수신 분리도가 큰 시분할 듀플렉스 스위치의 제2회로도이다. 송수신 신호는 표 4와 같이 동작된다. 송신기 포트(300)와 안테나 포트(400)가 서로 연결되고 안테나 포트(300)와 수신기 포트(400)가 서로 절체되었을 경우에는 SW1(500), SW2(1000), SW3(1100) 및 SW4(1200)는 각각 ON, OFF, OFF, ON되어 Control_1, Control_2, Control_3 및 Control_4의 제어신호는 각각 ON, OFF, OFF, ON된다. 그러나, 안테나 포트(300)와 수신기 포트(400)가 서로 연결되고 송신기 포트(300)와 안테나 포트(400)가 서로 절체되었을 경우에는 SW1(500), SW2(1000), SW3(1100) 및 SW4(1200)는 각각 OFF, ON, ON, OFF되어 Control_1, Control_2, Control_3 및 Control_4의 제어신호는 각각 OFF, ON, ON, OFF된다.
송수신 신호 연결상태 SW1 SW2 SW3 SW4 제어신호
송신기 포트-안테나 포트 연결 (안테나 포트-수신기 포트 절체) ON OFF OFF ON Control_1: ON Control_2: OFF Control_3: OFF Control_4: ON
안테나 포트-수신기 포트 연결 (송신기 포트-안테나 포트 절체) OFF ON ON OFF Control_1: OFF Control_2: ON Control_3: ON Control_4: OFF
이상에서 설명한 내용을 통해 본 업에 종사하는 당업자라면 본 발명의 기술사상을 이탈하지 아니하는 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용만으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의하여 정해져야 한다.
이상에서와 같이 본 발명에 의한 고속의 저손실 시분할 듀플렉스(Time Division Duplex) 송수신 스위칭 방법은 작은 전원전압을 사용하여 스위치를 구성하는 핀 다이오드의 구동 및 역전압을 쉽게 인가하도록 하여 전원전압의 설계를 용이하게 하면서 스위칭 회로를 구성하도록 수 있고, 작은 전원전압으로도 핀 다이오드에 큰 역전압을 인가할 수 있는 구조를 가짐으로써 작은 전원전압으로도 핀 다이오드를 확실하게 OFF할 수 있어 쉽게 큰 송수신 분리도가 큰 스위칭 회로를 제작하도록 할 수 있다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. +3~+5V의 전원전압을 사용하여 핀 다이오드의 고주파 저항값이 0.1~0.5Ω이 되도록 핀 다이오드에 순방향 구동전류를 공급하여 핀 다이오드가 SW/ON되는 제1단계와, 상기 전원전압을 +전압과 -전압으로 분배하여 2개의 전압의 절대치의 합에 해당하는 역방향 바이어스 전압을 핀 다이오드에 공급하여 핀 다이오드가 SW/OFF되는 제2단계로 이루어지되, 제1포트와 제2포트 사이에 핀 다이오드가 연결되고, 제1포트와 핀 다이오드 사이에서 제어신호를 갖는 스위칭 회로의 송수신 스위칭 방법은, 핀 다이오드의 SW/ON에 의하여 제1포트와 제2포트를 연결하여 제1포트와 핀 다이오드 사이의 제어신호를 ON하는 제1단계, 핀 다이오드의 SW/OFF에 의하여 제1포트와 제2포트를 절체하여 제1포트와 핀 다이오드 사이의 제어신호를 OFF하는 제2단계를 포함하여 이루어지는 고속의 저손실 시분할 듀플렉스 송수신 스위칭 방법에 있어서,
    상기 핀 다이오드와 제2포트 사이에 제2의 핀 다이오드를 부가하여 접지하고, 제1의 핀 다이오드와 제2의 핀 다이오드 사이에 안테나를 부가하며, 제2의 핀 다이오드로부터 발생하는 제2의 제어신호를 추가적으로 갖는 스위칭 회로의 송수신 스위칭 방법은
    제1의 핀 다이오드의 SW/ON과 제2의 핀 다이오드의 SW/OFF에 의하여 제1포트와 제2포트를 연결하여 제1제어신호를 ON하고, 제2제어신호를 OFF시키는 제1단계;
    제1의 핀 다이오드의 SW/OFF와 제2의 핀 다이오드의 SW/ON에 의하여 제1포트와 제2포트를 절체하여 제1제어신호를 OFF하고, 제2제어신호를 ON시키는 제2단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속의 저손실 시분할 듀플렉스 송수신 스위칭 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1의 핀 다이오드와 안테나 사이에 제3의 핀 다이오드를 부가하여 접지하고, 제3의 핀 다이오드로부터 발생하는 제3의 제어신호를 추가적으로 갖는 스위칭 회로의 송수신 스위칭 방법은
    제1의 핀 다이오드와 제2의 핀 다이오드의 SW/ON 및 제3의 핀 다이오드의 SW/OFF에 의하여 제1포트와 제2포트를 연결하여 제1제어신호와 제2제어신호를 ON하고, 제3제어신호를 OFF시키는 제1단계;
    제1의 핀 다이오드와 제2의 핀 다이오드의 SW/OFF 및 제3의 핀 다이오드의 SW/ON에 의하여 제1포트와 제2포트를 절체하여 제1제어신호와 제2제어신호를 OFF하고, 제3제어신호를 ON시키는 제2단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속의 저손실 시분할 듀플렉스 송수신 스위칭 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제3의 핀 다이오드와 안테나 사이에 제4의 핀 다이오드를 부가하여 접지하고, 제4의 핀 다이오드로부터 발생하는 제4의 제어신호를 추가적으로 갖는 스위칭 회로의 송수신 스위칭 방법은
    제1의 핀 다이오드와 제2의 핀 다이오드의 SW/ON 및 제3의 핀 다이오드와 제4의 핀 다이오드의 SW/OFF에 의하여 제1포트와 제2포트를 연결하여 제1제어신호와 제2제어신호를 ON하고, 제3제어신호와 제4제어신호를 OFF시키는 제1단계;
    제1의 핀 다이오드와 제2의 핀 다이오드의 SW/OFF 및 제3의 핀 다이오드와 제4의 핀 다이오드의 SW/ON에 의하여 제1포트와 제2포트를 절체하여 제1제어신호와 제2제어신호를 OFF하고, 제3제어신호와 제4제어신호를 ON시키는 제2단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속의 저손실 시분할 듀플렉스 송수신 스위칭 방법.
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