KR100737153B1 - 퀸트플렉서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 듀얼 밴드 트라이 모드(Dual band Tri-mode) 단말기에 사용되는 퀸트플렉서 설계 구조에 관한 것으로서, 본 발명에 의한 퀸트플렉서는 안테나로부터 수신된 신호 중 제1신호를 차단하고, 제2신호와 제3신호를 통과시키는 LC탱크; 상기 안테나로부터 수신된 신호 중 상기 제2신호와 상기 제3신호를 차단하도록 개방점이 조정되는 제1위상천이기를 포함하는 제1신호분리부; 상기 LC탱크로부터 전달된 신호 중 상기 제3신호를 차단하도록 개방점이 조정되는 제2위상천이기 및 상기 제2신호의 송수신 신호를 분리하는 제1송수신신호분리수단을 포함하는 제2신호분리부; 및 상기 LC탱크로부터 전달된 신호 중 상기 제2신호를 차단하도록 개방점이 조정되는 제3위상천이기 및 상기 제3신호의 송수신신호를 분리하는 제2송수신신호분리수단을 포함한다.

본 발명에 의하면, LC탱크와 위상천이기를 이용하여 기존의 듀얼 밴드 프론트 엔드 모듈과 같이 분파기로서의 기능을 수행하면서 임피던스 매칭이 가능하도록 설계구조를 변경하여 소형화가 가능하고, 신호의 손실을 최소화할 수 있으며, 위상천이기가 DCN SAW 출력 매칭과 병렬로 결합됨으로써 매칭 소자의 수를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Description

퀸트플렉서{Quintplexer}

도 1은 종래의 트리플 밴드 이동통신단말기의 구성요소를 개략적으로 도시한 블록도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 퀸트플렉서의 구성요소를 개략적으로 도시한 블록도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LC탱크를 예시적으로 도시한 회로도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 DCN 듀플렉서의 입력임피던스 특성을 도시한 스미스 차트.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 투과계수의 특성곡선을 도시한 실험 그래프.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

100: 퀸트플렉서 110: 안테나

120: LC탱크 130: DCN PSN

140: DCN 듀플렉서 150: PCS PSN

160: PCS 듀플렉서 170: GPS PSN

180: GPS 쏘우 필터 190a: DCN 신호처리부

190b: PCS 신호처리부 190c: GPS 신호처리부

본 발명은 퀸트플렉서에 관한 것으로서, 듀얼 밴드 트라이 모드(Dual band Tri-mode) 단말기에 사용되는 퀸트플렉서 설계 구조에 관한 것이다.

현재, 이동통신단말기는 GPS(Global Position Service) 기능을 기본적인 기능으로 탑재하고 있으며, 가령 FCC의 E911에서는 이동통신단말기에 대하여 위치추적이 가능하도록 무선 측위, 즉 GPS 위성을 통한 위치추적 기능을 탑재하도록 권고하고 있다.

이에 따라, 세 개의 주파수 대역(PCS: 1850 ~ 1990㎒, GPS: 1570 ~ 1580㎒, DCN: 824 ~ 894㎒)을 처리할 수 있는 트리플 밴드(Triple-band) 방식이 이용되고 있다.

도 1은 종래의 트리플 밴드 이동통신단말기(10)의 구성요소를 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 1에 의하면, 종래의 트리플 밴드 이동통신단말기(10)는 트리플렉서(Triplexer)(11), DCN 듀플렉서(Duplexer)(12), PCS 듀플렉서(13), GPS 쏘우필터(14), DCN 신호처리부(15), PCS 신호처리부(16), GPS 신호처리부(17)를 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 트리플렉서(11)는 안테나로 수신된 DCN/PCS/GPS신호를 필터링하여 각각의 신호 대역으로 분리하고, 각 대역의 접합으로 인한 임피던스 매칭을 처 리하여 신호를 분리함에 있어서 다른 신호가 섞이지 않도록 임피던스를 조정한다.

또한, 상기 DCN 듀플렉서(12)는 고대역필터와 저대역필터를 구비하고, 상기 트리플렉서(11)로부터 전달된 DCN 신호를 송수신신호(송신신호: 824 ~ 849㎒, 수신신호: 869 ~ 896㎒)로 분리하여 상기 DCN 신호처리부(15) 또는 안테나로 전달한다.

또한, 상기 PCS 듀플렉서(13)는 고대역필터와 저대역필터를 구비하고, 상기 트리플렉서(11)로부터 전달된 PCS 신호를 송수신신호(송신신호: 1.85 ~ 1.91㎓, 수신신호: 1.93 ~ 1.99㎓)로 분리하여 상기 PCS 신호처리부(16) 또는 안테나로 전달한다.

또한, 상기 GPS 쏘우 필터(14)는 밴드패스필터(BPF: Band Pass Filter)이고, 상기 트리플렉서(11)로부터 전달된 GPS신호를 필터링하여 상기 GPS 신호처리부(17)로 전달하거나, GPS 신호처리부(17)로부터 전달된 GPS 신호를 안테나를 통해 전송한다.

일반적으로 상기 트리플렉서(11)가 프론트 엔드 모듈(FEM: Front End Modual)로 구비될 경우 안테나로부터 수신되는 신호를 각각의 대역으로 분리하고, 대역의 접합으로 인한 임피던스 매칭을 통해 인접한 대역의 신호가 유입되지 않도록 개방점을 조정하는 역할을 구분하여 설계하는 것은 트리플렉서 모듈 사이즈를 소형화하는데 한계가 있다.

본 발명은 LC탱크 및 위상천이기를 적용하여 인접회로간 누설 전류를 최대한 억제함으로써 각 주파수 대역 신호가 상호 간섭없이 안정적인 신호로 유지되어 분 리되며, 하나의 칩으로 구성되는 경우 소형화가 가능한 퀸트플렉서를 제공한다.

본 발명에 의한 퀸트플렉서는 안테나로부터 수신된 신호 중 제1신호를 차단하고, 제2신호와 제3신호를 통과시키는 LC탱크; 상기 안테나로부터 수신된 신호 중 상기 제2신호와 상기 제3신호를 차단하도록 개방점이 조정되는 제1위상천이기를 포함하는 제1신호분리부; 상기 LC탱크로부터 전달된 신호 중 상기 제3신호를 차단하도록 개방점이 조정되는 제2위상천이기 및 상기 제2신호의 송수신 신호를 분리하는 제1송수신신호분리수단을 포함하는 제2신호분리부; 및 상기 LC탱크로부터 전달된 신호 중 상기 제2신호를 차단하도록 개방점이 조정되는 제3위상천이기 및 상기 제3신호의 송수신신호를 분리하는 제2송수신신호분리수단을 포함한다.

또한, 본 발명에 의한 퀸트플렉서의 상기 제1신호분리부는 상기 제1위상천이기의 출력단과 연결되어 제1신호를 필터링하는 필터를 포함하고, 상기 필터는 쏘우(saw) 필터로 구비된다.

또한, 본 발명에 의한 퀸트플렉서에 구비되는 상기 송수신신호분리수단은 듀플렉서(Duplexer)이고, 고성능수동소자(IPD)로 구비된 고대역필터 및 저대역필터로 구성된다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 퀸트플렉서에 대하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 퀸트플렉서(100)의 구성요소를 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 2에 의하면, 본 발명의 실시예에 따른 퀸트플렉서(100)는 LC탱크(120), DCN PSN(Phase Shift Network)(130), DCN 듀플렉서(140), PCS PSN(150), PCS 듀플렉서(160), GPS PSN(170), GPS 쏘우 필터(180)를 포함하여 구성되는데, 상기 LC탱크(120)와 상기 GPS PSN(170)은 입력측으로 안테나(110)와 연결되고, 상기 DCN 듀플렉서(140), 상기 PCS 듀플렉서(160) 및 상기 GPS 쏘우 필터(180)의 출력단은 각각 DCN 신호처리부(190a), PCS 신호처리부(190b) 및 GPS 신호처리부(190c)와 연결되는 구조를 가진다.

상기 퀸트플렉서(100)는 상기 안테나(110)를 통하여 트리플 밴드 대역의 주파수 신호, 즉, DCN 신호, PCS 신호 및 GPS 신호를 송수신한다.

상기 LC탱크(120)는 상기 안테나(110)로부터 수신된 신호 중 GPS 신호를 차단하고, DCN 신호와 GPS 신호를 통과시키며, 상기 LC탱크(120)는 GPS 신호가 상기 DCN PSN(130) 및 PCS PSN(150)으로 유입되지 않도록 개방점을 조정한다.

상기 DCN PSN(130)은 상기 LC탱크(120)로부터 전달된 PCS 신호가 유입되지 않도록 개방점을 조정하고 DCN 신호를 상기 DCN 듀플렉서(140)로 전달하고, 상기 PCS PSN(150)은 상기 LC탱크(120)로부터 전달된 DCN 신호가 유입되지 않도록 개방점을 조정하고 PCS 신호를 상기 PCS 듀플렉서(160)로 전달한다.

상기 DCN 듀플렉서(140)는 전달된 DCN 신호를 필터링하여 송신신호(824 ~ 849㎒) 및 수신신호(869 ~ 896㎒)로 분리하여 상기 안테나(110) 또는 상기 DCN 신호처리부(190a)로 전달하고, 상기 PCS 듀플렉서(160)는 전달된 PCS 신호를 필터링하여 송신신호(1.85 ~ 1.91㎓) 및 수신신호(1.93 ~ 1.99㎓)로 분리하여 상기 안테 나(110) 또는 상기 PCS 신호처리부(190b)로 전달한다.

상기 듀플렉서(140, 160)는 고성능수동소자(IPD)로 구성된 고대역필터(HPF: High Pass Filter)와 저대역필터(LPF: Low Pass Filter)로 이루어지고, 주파수 분할 다중화 방식을 적용하여 (여러 주파수 신호가 동시에 혼재된)전체 신호를 주파수 스펙트럼이 중첩되지 않는 두 개의 주파수 대역으로 분리한다.

상기 고대역필터는 DCN PSN/PCS PSN(130, 150)으로부터 인입된 DCN/PCS 신호 중에서 상대적으로 고대역인 수신신호를 통과시키고, 상기 저대역필터는 저대역인 송신신호를 통과시킨다.

이렇게 신호가 분리되면, 상기 DCN 듀플렉서 또는 PCS 듀플렉서(140, 160)의 송수신신호는 송수신 신호처리부(190a, 190b) 또는 안테나(110)로 전달되어 상기 DCN/PCS 신호처리부(190a, 190b)는 DCN/PCS 신호를 처리하여 음성으로 재생시킨다.

상기 DCN PSN/PCS PSN(130, 150)은 상기 LC탱크(120)를 통과한 DCN/PCS 신호가 다른 곳으로 누설되지 않도록 상대 신호에 대해서 오픈회로(Open circuit)가 되도록 위상을 조정한다.

상기 GPS PSN(170)은 DCN/PCS 신호가 상기 GPS 쏘우 필터(180)로 유입되지 않도록 개방점을 조정하고(일반적으로 DCN 신호에 대해서 오픈회로로 동작되도록 설계됨)신호를 상기 GPS 쏘우 필터(180)로 전달한다.

상기 PSN은 전자소자를 이용하여 회로로 구성된 것으로서, 로우 패스 타입(Low Pass Type) 매칭으로 구현되고 션트L(Shunt L)을 적용하게 된다.

따라서, 한 개 이상의 커패시터와 인덕터가 병렬로 연결된 형태로 구현될 수 있으며 SAW Device의 ESD(Eletro Static Discharge)에 대한 보호 회로로 이용될 수 있다.

예를 들어, 상기 DCN PSN(130)은 1.88㎓의 주파수에 대해서 오픈 회로로 동작시키기 위해서는 위상이 110도로 매칭되고, 상기 PCS PSN(150)은 860㎒의 주파수에 대해서 오픈 회로로 동작시키기 위해서는 위상이 100도로 매칭되며, 상기 GPS PSN(170)은 860㎒의 주파수에 대해서 오픈 회로로 동작시키기 위해서는 위상이 150도로 매칭되어야 한다.

상기 GPS 쏘우 필터(180)는 밴드 패스 필터(BPF: Band Pass Filter)로써, GPS PSN(170)을 통과한 신호를 필터링하여 GPS 신호(1.57㎓)를 추출하고 GPS 신호를 상기 GPS 신호처리부(190c)로 전달한다.

상기 GPS 신호처리부(190c)는 수신받은 GPS 신호를 디코딩하여 위치정보를 생성한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LC탱크를 예시적으로 도시한 회로도이다.

도 3에 의하면, 상기 LC탱크(120)는 인덕터(124)와 커패시터(122)의 병렬 회로로 구성되는데, 상기 LC탱크(120)는 상기 안테나(110)로부터 수신된 GPS 신호, DCN 신호와 PCS 신호 중에서 GPS 신호를 차단하는 역할을 수행한다.

따라서, GPS 신호의 측면에서 상기 LC탱크(120)는 오픈 회로로 동작되고, GPS 신호는 전류 손실 없이 대부분 GPS PSN(170)으로 흐르게 된다.

상기 LC 탱크(120)의 소자값은 아래의 수학식에 의해서 결정된다.

일반적으로 GPS 신호는 1.57㎓ 대역의 주파수를 이용하므로, 위의 수학식을 이용하여 상기 LC탱크(120)의 인덕터(124)와 커패시터(122) 값을 결정할 수 있으며, 위 수학식을 만족시키는 L, C값은 여러 쌍이 존재할 수 있다.

예를 들어, f=1.57㎓이므로, C = 6 pF, L = 1.2 nH를 이용하여 상기 LC탱크(120)를 구성할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 DCN 듀플렉서의 입력임피던스 특성을 도시한 스미스 차트이다.

도 4에 의하면, 가령 어느 신호의 부하 임피던스 좌표점이 스미스 차트상의 A점에 형성되면 이때의 회로는 신호 측면에서 오픈 회로로 동작되는 것을 의미하고, 부하 임피던스 좌표점이 스미스 차트상의 B점에 형성되면 이때의 회로는 신호 측면에서 쇼트 회로로 동작되는 것을 의미한다.

상기 DCN 듀플렉서(140)의 입력임피던스가 스미스 차트상의 C점에 표현될 때, PCS 신호에 대해서는 오픈회로로 동작해야 하므로 스미스 차트상의 A점으로 임피던스를 매칭해야 한다.

즉, 상기 DCN PSN(130)은 상기 DCN 듀플렉서(140)가 PCS 신호에 대해 오픈회로가 되도록 위상을 변화시켜 매칭함으로써, 다이플렉서(Diplexer)의 역할과 듀플렉서(Duplexer)의 기능을 동시에 수행하게 된다.

마찬가지로, 상기 PCS PSN(150)은 DCN 신호에 대해서, 상기 GPS PSN(170)은 DCN/PCS 신호에 대해서 고임피던스(High Impedance)로 매칭됨으로써 듀얼 밴드의 신호 손실이 거의 발생되지 않고 입력된 신호가 신호처리부로 전달될 수 있다.

상기 PSN에 의해서 각 대역의 주파수만이 각각의 신호처리부로 전달되는 것을 알 수 있다.

따라서, 상기 DCN 신호의 측면에서는 PCS 듀플렉서(160)가 오픈 회로로 동작되므로, DCN 신호는 상기 PCS 듀플렉서(160)로 유입되지 않고, 상기 PCS 신호의 측면에서는 상기 DCN 듀플렉서(140)가 오픈 회로로 동작되므로, 상기 PCS 신호는 상기 DCN 듀플렉서(140)로 유입되지 않으며 신호의 손실이 거의 발생하지 않은 채 상기 DCN 신호처리부(190a)와 PCS 신호처리부(190b)로 흐르게 된다.

또한, 상기 GPS 신호의 측면에서는 상기 DCN 듀플렉서(140)와 상기 PCS 듀플렉서(160)가 오픈 회로로 동작되므로, 상기 GPS 신호는 상기 DCN 듀플렉서(140)와 상기 PCS 듀플렉서(160)로 유입되지 않으며 신호 손실이 없이 GPS 신호처리부(190c)로 전달된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 투과계수의 특성곡선을 도시한 실험 그래프이다.

도 5에 의하면, S파라미터는 입력포트에 대한 출력포트의 전달비율을 의미하는데, 그래프의 x축은 주파수를, y축은 S파라미터의 크기를 dB 스케일로 나타낸 값을 의미한다.

m1 ~ m9는 안테나로 입사/반사된 신호가 각각의 포트로부터 전달된 비율을 의미하는데, m1 ~ m2는 824.2 ~ 849.6㎒의 주파수가 5번 포트로부터 1번 포트로 전달되고, m3 ~ m4는 869.6 ~ 893.6㎒의 주파수가 1번 포트로부터 6번 포트로 전달되는 것을 의미한다.

또한, m5는 1.57㎓의 주파수가 1번 포트에서 4번 포트로 전달되고, m6 ~ m7은 1.85 ~ 1.91㎓의 주파수가 2번 포트로부터 1번 포트로 전달되고, m8 ~ m9는 1.93 ~ 1.99㎓의 주파수가 1번 포트에서 3번 포트로 전달되는 것을 의미한다(즉, "dB(S(출력, 입력))=0"이 되면, 입력된 신호가 모두 출력 포트로 전달되는 것을 의미함).

따라서, 상기 1번 포트는 안테나(110), 상기 2번 포트는 PCS 송신단(190b), 상기 3번 포트는 PCS 수신단(190b), 상기 4번 포트는 GPS 수신단(190c), 상기 5번 포트는 DCN 송신단(190a), 상기 6번 포트는 DCN 수신단(190a)을 의미한다.

상기 실험 그래프에서 알 수 있듯이, 각각의 포트는 DCN/PCS/GPS 신호의 송수신 대역에서 반사계수의 특성이 명확하게 나타남을 알 수 있다(해당 대역의 송수신단으로 전달되는 비율이 명확함).

이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에 서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명에 의한 퀸트플렉서는 LC탱크와 위상천이기를 이용하여 기존의 듀얼 밴드 프론트 엔드 모듈과 같이 분파기로서의 기능을 수행하면서 임피던스 매칭이 가능하도록 설계구조를 변경하여 소형화가 가능하고, 신호의 손실을 최소화할 수 있으며, 위상천이기가 DCN SAW 출력 매칭과 병렬로 결합됨으로써 매칭 소자의 수를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 안테나로부터 수신된 신호 중 제1신호를 차단하고, 제2신호와 제3신호를 통과시키는 LC탱크;

   상기 안테나로부터 수신된 신호 중 상기 제2신호와 상기 제3신호를 차단하도록 개방점이 조정되는 제1위상천이기를 포함하는 제1신호분리부;

   상기 LC탱크로부터 전달된 신호 중 상기 제3신호를 차단하도록 개방점이 조정되는 제2위상천이기 및 상기 제2신호의 송수신 신호를 분리하는 제1송수신신호분리수단을 포함하는 제2신호분리부; 및

   상기 LC탱크로부터 전달된 신호 중 상기 제2신호를 차단하도록 개방점이 조정되는 제3위상천이기 및 상기 제3신호의 송수신신호를 분리하는 제2송수신신호분리수단을 포함하는 제3신호분리부를 포함하는 퀸트플렉서(Quintplexer).
2. 제 1항에 있어서, 상기 제1신호분리부는

   상기 제1위상천이기의 출력단과 연결되어 제1신호를 필터링하는 필터를 포함하는 퀸트플렉서.
3. 제 2항에 있어서, 상기 필터는

   쏘우(saw) 필터로 구비되는 것을 특징으로 하는 퀸트플렉서.
4. 제 1항에 있어서, 상기 송수신신호분리수단은

   듀플렉서(Duplexer)인 것을 특징으로 하는 퀸트플렉서.
5. 제 1항에 있어서, 상기 LC탱크는

   병렬로 연결되는 인덕터 및 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 퀸트플렉서.
6. 제 1항에 있어서, 상기 송수신신호분리수단은

   고성능수동소자(IPD)로 구비된 고대역필터 및 저대역필터로 구성되는 것을 특징으로 하는 퀸트플렉서.
7. 제 1항에 있어서, 상기 위상천이기는

   병렬로 연결되는 커패시터와 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 퀸트플렉서.

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