KR100840527B1 - 시분할복신 무선통신시스템에서 송수신 안테나 스위칭 장치 - Google Patents

시분할복신 무선통신시스템에서 송수신 안테나 스위칭 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시분할복신(TDD : Time Division Duplex) 무선통신시스템의 송수신 안테나 스위칭 장치에 관한 것으로, 전력증폭기로부터의 신호를 안테나 피드 라인으로 전달하고, 상기 안테나 피드 라인으로부터의 신호를 반사부로 전달하기 위한 서큘레이터와, 송신모드일 경우 반사동작이 온(on)되어 상기 서큘레이터로부터의 신호를 전반사하고, 수신모드일 경우 반사동작이 오프(off)되어 상기 서큘레이터로부터의 신호를 고주파 스위치로 전달하는 상기 반사부와, 모드에 따라 상기 반사부로부터의 신호를 저잡음 증폭기로 전달 혹은 전달하지 않는 상기 고주파 스위치를 포함한다.
Figure R1020050079946
TDD, . LNA, 서큘레이터, 핀 다이오드, 전송선로

Description

시분할복신 무선통신시스템에서 송수신 안테나 스위칭 장치{APPARATUS FOR TRANSMIT/RECEIVE ANTENNA SWITCH IN TDD WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
도 1은 종래기술에 따른 RF 스위치(switch)를 사용하는 TRAS 장치를 도시하는 도면.
도 2는 종래기술에 따른 서큘레이터를 사용하는 TRAS 장치를 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 시분할복신(TDD) 방식의 무선통신시스템에서 송수신 안테나 스위칭 장치의 구성을 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반사부(354)의 상세 구성을 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 보다 나은 이해를 돕기 위한 핀 다이오드(PIN diode)의 등가회로를 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 반사부(354)의 일 예를 보여주는 도면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 고주파 스위치(356)의 일 예를 보여주는 도면.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 시분할복신(TDD) 방식의 무선통신시스템에서 송수신 안테나 스위칭 장치의 구성을 도시하는 도면.
본 발명은 시분할복신(TDD : Time Division Duplex) 방식의 무선통신 시스템에서 송수신 안테나 스위칭 장치에 관한 것으로, 특히 송신모드시 수신단 저잡음 증폭기(LNA : Low Noise Amplifier)를 보호하기 위한 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 동일한 주파수를 시분할하여 송수신용으로 구분하여 사용하는 시분할복신(TDD) 방식의 무선통신 시스템에서 고전력 고주파 송신신호(high power RF transmit signal)와 저전력 고주파 수신신호(low power RF receive signal) 사이의 스위칭(switching) 기능을 수행하는 TRAS(transmit/receive antenna switch )는, 송신모드시 수신단 저잡음 증폭기(LNA : Low Noise Amplifier)로 유입되는 송신전력을 차단시켜 상기 저잡음 증폭기를 보호하고, 수신모드시 송신단으로부터 유입되는 잡음을 감소시키는 기능을 수행한다.
일반적으로, 상기 TRAS 기능을 위해 주로 RF 스위치(switch)나 서큘레이터(circulator)를 사용한다.
도 1은 종래기술에 따른 RF 스위치(switch)를 사용하는 TRAS 장치를 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, SPDT(Single Pole Double Throw)스위치(105)는 송신모드일 경우 송신부(Transmitter)(101)로부터의 송신신호가 안테나 피드라인(feed line)에 전달되도록 스위칭되고, 수신모드일 경우 상기 안테나 피드라인으로부터의 수신신호가 수신부(Receive)(103)로 전달되도록 스위칭된다. 즉, TDD 제어신호에 의해 RF스위치(105)에서 송수신 경로(path)가 전환되는 방식이다. 이러한 구조는 주로 송신전력이 1W 미만인 시스템에 적용된다.
도 2는 종래기술에 따른 서큘레이터를 사용하는 TRAS 장치를 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 서큘레이터(205)는 도시된 방향성에 따라 송신부(Transmitter)(201)로부터의 송신신호를 안테나 피드라인에 전달하고, 상기 안테나 피드라인으로부터의 수신신호를 수신부(Receiver)(203)로 전달한다. 즉, 순방향에 대해서는 신호감쇠가 거의 없이 전달되고 역방향에 대해서는 신호 전달 손실이 큰 특성을 이용하여 송수신을 분리하는 방식이다. 이러한 구조는 송신전력이 수 W (7~8 W 정도) 미만인 시스템에 적용된다.
상술한 TRAS(transmit/receive antenna switch) 장치들은, 앞서 설명한 바와 같이 저전력의 고주파 신호를 사용하는 TDD 시스템(system)에 적용할 수는 있지만, 대전력(대략 10W 이상)의 고주파 신호를 사용하는 시스템에서는 부품의 파워 레이팅(power rating), 브레이크 다운(break down) 및 회로 구현 시 비현실적인 가격 등의 문제로 적용 할 수 없다. 특히, 도 1과 같은 방식으로 TRAS를 구현 시 그 비용은 비현실적인 액수(약 $1,500)가 되며, 도 2와 같은 방식은 비교적 중전력까지 처리 할 수 있으나 안테나 피드 라인에 문제 발생시 송신전력의 반사전력이 저잡음 증폭기(LNA)로 유입되어 저잡음 증폭기(LNA)에 영구적인 손상을 일으키는 문제점이 있다.
따라서 상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 시분할복신(TDD) 방식의 무선통신시스템에서 대전력의 고주파 신호를 처리할 수 있는 송수신 안테나 스위칭 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 대전력을 사용하는 시분할복신(TDD)방식의 무선통신시스템에서 송신모드시 수신단 저잡음증폭기를 보호하기 위한 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 시분할복신(TDD) 방식의 무선통신시스템에서 송신모드시 수신단으로 인가되는 신호를 전반사하기 위한 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 시분할복신(TDD) 방식의 무선통신시스템에서 전력증폭기에서 안테나에 도달하는 송신경로의 전력손실을 최소화하기 위한 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 시분할복신(TDD) 방식의 무선통신시스템에서 수신모드시 안테나에서 저잡음증폭기까지의 삽입손실(insertion loss)을 최소화하기 위한 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 시분할복신(TDD) 방식의 무선통신시스템에서 송신경로와 수신경로 사이의 격리도를 증가시키기 위한 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 시분할복신(TDD) 방식의 무선통신시스템에서 저잡음 증폭기의 전단에 릴레이 스위치를 연결하여 저잡음 증폭기를 보호하기 위한 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 시분할복신(TDD) 방식의 무선통신시스템에서 저잡음증폭기의 보호회로로 전원이 공급되지 않는 상황에서도 저잡음증폭기를 보호하기 위한 장치를 제공함에 있다.
상기 목적들들 달성하기 위한 본 발명의 일 견지에 따르면, 시분할복신(TDD : Time Division Duplex) 무선통신시스템의 송수신 안테나 스위칭 장치에 있어서, 전력증폭기로부터의 신호를 안테나 피드 라인으로 전달하고, 상기 안테나 피드 라인으로부터의 신호를 반사부로 전달하기 위한 서큘레이터와, 송신모드일 경우 반사동작이 온(on)되어 상기 서큘레이터로부터의 신호를 전반사하고, 수신모드일 경우 반사동작이 오프(off)되어 상기 서큘레이터로부터의 신호를 고주파 스위치로 전달하는 상기 반사부와, 모드에 따라 상기 반사부로부터의 신호를 저잡음 증폭기로 전달 혹은 전달하지 않는 상기 고주파 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 견지에 따르면, 시분할복신(TDD : Time Division Duplex) 무선통신시스템의 송수신 안테나 스위칭 장치에 있어서, 전력증폭기로부터의 신호를 안테나 피드 라인으로 전달하고, 상기 안테나 피드 라인으로부터의 신호를 반사부로 전달하기 위한 서큘레이터와, 상기 서큘레이터와 저잡음증폭기 사이에 연결되는 전송선로(transmission line)와, 상기 전송선로의 소정 위치들에서 션트(shunt) 구조로 연결되는 복수의 핀 다이오드들과, 송/수신 모드에 따라 상기 복수의 핀 다이오드들의 바이어스(bias)를 제어하기 위한 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하 본 발명은 대전력을 사용하는 시분할복신(TDD) 방식의 무선통신시스템에서 수신모드시 저잡음 증폭기를 보호하기 위한 송수신 안테나 스위칭 장치(또는 TRAS 장치)에 대해 살펴보기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 시분할복신(TDD) 방식의 무선통신시스템에서 송수신 안테나 스위칭 장치의 구성을 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 송수신 안테나 스위칭 장치(350)는, 아이솔레이터(351), 서큘레이터(352), 제1제어부(353). 반사부(354), 제2제어부(355), 고주파 스위치(RF switch)(356)를 포함하여 구성된다.
도 3을 참조하면, 먼저 전력증폭기(320)는 송신부(310)로부터의 송신신호를 전력 증폭하여 출력한다. 아이솔레이터(351)는 상기 전력증폭기(320)의 출력단에 연결되며, 상기 전력증폭기(320)의 종단회로를 보호하는 기능을 수행한다. 즉, 안 테나 피드라인(antenna feed line path)에 이상 발생시 반사되어 되돌아오는 신호를 종단시키는 역할을 한다. 상기 아이솔레이터(351)는 상기 전력증폭기(320)의 내부에 포함될 수도 있다.
상기 서큘레이터(352)는 도시된 방향성에 따라 상기 아이솔레이터(351)로부터의 신호를 전단부(FEB : Front End Block)(360)로 전달하고, 상기 전단부(360)로부터의 신호를 반사부(354)로 전달한다.
제1제어부(353)는 TDD제어기(300)로부터의 TDD 제어신호에 따라 상기 반사부(354)의 반사(reflection) 동작을 온/오프한다.
송신모드시, 상기 제1제어부(353)는 상기 반사부(354)의 반사 동작을 온(on)한다. 그러면, 상기 반사부(354)는 상기 서큘레이터(352)로부터의 신호를 전반사한다. 이렇게 반사된 신호는 상기 서큘레이터(352)의 3번->1번 포트를 통해 상기 아이솔레이터(351)에서 종단(termination)된다.
수신모드시, 상기 제1제어부(353)는 상기 반사부(354)의 반사 동작을 오프(off)한다. 그러면, 상기 반사부(354)는 상기 서큘레이터(352)로부터의 신호를 적은 손실로 고주파 스위치(356)로 전달한다. 여기서, 상기 반사부(354)는 전송선로(transmission line)와 핀 다이오드(PIN Diode)들로 구성되며, 이하 도 4 및 도 6의 참조와 함께 상세히 살펴보기로 한다.
제2제어부(355)는 상기 TDD제어기(300)로부터의 TDD 제어신호에 따라 상기 고주파 스위치(356)의 스위칭 동작을 제어한다. 송신모드시, 상기 제2제어부(355)는 상기 고주파스위치(356)를 오프(off)하여 상기 반사부(354)로부터의 신호를 저잡음증폭기(340)로 전달하지 않는다. 수신모드시, 상기 제2제어부(355)는 상기 고주파스위치(356)를 온(on)하여 상기 반사부(354)로부터의 신호를 상기 저잡음증폭기(340)로 전달한다. 여기서, 상기 고주파 스위치(356)는 SPDT(Single Pole Double Throw)스위치 혹은 SPST(Single Pole Single Throw)스위스가 될 수 있다. 실제 구현시, 상기 SPDT스위치 및 SPST스위치는 핀 다이오드(PIN), 트랜지스터(예, GaAs FET(field effect transistor)) 등으로 구현할 수 있다.
상기 저잡음 증폭기(340)는 상기 고주파 스위치(356)로부터의 신호를 저잡음 증폭하여 수신부(330)로 출력한다.
그러면, 이하에서 상기 도 3의 구성에 근거한 구체적인 동작을 살펴보기로 한다.
송신모드에서는 대전력의 송신신호가 상기 저잡음 증폭기(340)로 유입되지 않도록 하는 것이 매우 중요하다. 먼저, 전력증폭기(320)에서 출력되는 송신신호는 아이솔레이터(351)->서큘레이터(352)->전단부(360)->안테나(370) 경로를 통해 방사된다.
이때 상기 반사부(354)는 상기 제1제어부(353)의 제어하에 반사(reflection) 동작을 수행하여 상기 서큘레이터(352)로부터 입력되는 누설 전력(RF신호)을 전반사하여, 상기 반사부(354)에서 저잡음증폭기(340)로 이르는 경로에 송신신호가 전달되지 않도록 차단한다. 한편, 상기 반사부(354)에서 반사된 신호는 상기 서큘레이터(352)의 3번->1번 포트를 통해 상기 아이솔레이터(351)에서 종단(termination)된다. 즉, 상기 아이솔레이터(351)는 반사된 송신신호를 흡수하여 전력증폭기(320)를 보호한다. 또한, 송신모드에서 상기 고주파 스위치(356)는 상기 제2제어부(355)의 제어하에 오프(off)되어 상기 반사부(354)로부터의 신호를 저잡음 증폭기(340)로 전달하지 않는다. 이와 같이, 송신모드시 상기 반사부(354)와 고주파 스위치(356)를 이용해 저잡음 증폭기(340)로 유입되는 전력을 차단한다. 특히, 본 발명은 반사부(354)에서 신호를 아주 작게 감쇄시켜줄 수 있기 때문에, 송신경로에서 대전력을 사용하는 경우에도 소전력용 고주파 스위치(356)를 이용해 저잡음 증폭기(340)를 보호할 수 있다.
수신모드에서는 시스템 NF(Noise Figure)에 직접적으로 영향을 미치는 안테나(370)와 저잡음 증폭기(340) 사이에서 발생하는 신호 손실을 줄이는 것이 중요하다. 먼저, 안테나(370)를 통해 수신되는 신호는 전단부(360)->서큘레이터(352)->반사부(354)->고주파스위치(356) 경로를 통해 저잡음 증폭기(340)로 입력된다.
이때, 상기 반사부(354)는 상기 제1제어부(353)의 제어하에 반사동작을 오프하여 상기 서큘레이터(352)로부터의 신호를 적은 손실로 상기 고주파 스위치(356)로 전달한다. 또한, 수신모드에서 상기 고주파 스위치(356)는 상기 제2제어부(355)의 제어하에 온(on)되어 상기 반사부(354)로부터의 신호를 저잡음 증폭기(340)에 전달한다. 이와 같이, 수신모드시 서큘레이터(352)로부터의 신호를 손실 없이 상기 저잡음 증폭기(340)로 전달한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 송수신 안테나 스위칭 장치(350)는 송신모드시 송신경로의 정상상태 및 비정상상태와 관계없이 송신신호로부터 수신경로를 격리시키고, 수신모드시 수신신호로부터 송신경로를 격리시키면서 경로 손실을 최소화하는 것을 특징으로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반사부(354)의 상세 구성을 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 상기 반사부(354)는 전송선로(TL1, TL2, TL3)와 병렬로 연결되는 2개의 임피던스 변환소자들(VI1, VI2)을 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 2개의 임피던스 변환소자들(VI1, VI2)은 상기 전송선로의 소정 위치들에서 션트(shunt) 구조로 연결된다. 이때, 서큘레이터(352)와 연결되는 상기 전송선로의 시작점으로부터 제1임피던스 변환소자(VI1)가 연결되는 지점까지를 제1전송선로(TL1)라 하고, 상기 제1임피던스 변환소자(VI1)와 상기 제2임피던스 변환소자(VI2) 사이를 제2전송선로(TL2)라 하며, 상기 제2임피던스 변환소자(VI2)가 연결되는 지점으로부터 고주파스위치(356)가 연결되는 상기 전송선로의 끝점까지를 제3전송선로(TL3)라 칭하기로 한다.
상기와 같은 구조를 갖는 반사부(354)는, 고주파스위치(356)와 결합되어, 즉 후단에 임피던스가 존재하면, 송신모드시 상기 서큘레이터(352)로부터의 신호를 전반사(반사계수 0dB)할 수 있고, 수신모드시 상기 임피던스 변환소자들(VI1, VI2)의 기생성분들을 서로 상쇄시킴으로써 기생성분에 의한 경로 손실을 최소화할 수 있다. 상기 임피던스 변환소자는 바이어스(bias)에 따라 임피던스가 변하는 소자로, 일 예로 핀 다이오드(PIN diode)를 사용할 수 있다. 이하 송신모드와 수신모드를 분리하여 좀더 자세히 살펴보기로 한다.
송신모드시, 상기 제2제어부(355)는 TDD제어기(300)로부터의 TDD 제어신호에 따라 반사부(354)의 출력단에 연결된 고주파스위치(356)를 오프(off)시킨다. 이때의 상기 고주파스위치(356)의 임피던스는 오픈(open) 상태(반사계수 0dB)가 되어야 한다. 일반적으로, 고주파스위치(356)는 오프(off)시에 오픈(open) 상태가 아닌 반사손실을 갖는 임피던스 상태가 되고, 이로인해 오프시에도 입력신호의 일부전력을 소모하게 되어 대전력의 송신신호에 인해 고주파스위치가 손상을 입는 경우가 발생한다.
하지만, 본 발명에 따르면, 송신모드시 상기 반사부(354)에서 전반사 특성을 만들어줌으로써, 후단 고주파스위치(356)와 저잡음증폭기(340)를 대전력으로부터 보호할 수 있다. 여기서, 제1전송선로(TL1)의 특성임피던스(Z0), 제2전송선로(TL2)의 특성임피던스와 전기적 길이(EL) 및 제3전송선로(TL3)의 특성임피던스(Z0)가 상기 반사부(354)의 성능에 영향을 미치므로, 이러한 파라미터들은 실험(simulation)을 통해 최적의 값을 찾아 설정한다.
수신모드시, 상기 제2제어부(355)는 상기 TDD제어기(300)로부터의 TDD 제어신호에 따라 상기 반사부(354)의 출력단에 연결된 고주파스위치(366)를 온(on)시킨다. 이때, 상기 고주파스위치(365)는 입력 임피던스는 50옴(ohm)이 되어 RF 수신신호를 상기 저잡음증폭기(340)로 전달한다. 또한, 수신모드시, 상기 제1제어부(353)는 상기 TDD제어기(300)로부터의 TDD 제어신호에 따라 상기 반사부(354)의 반사동작을 오프(off)시킨다. 즉, 상기 반사부(354)내 2개의 임피던스 변환소자들(VI1, VI2)의 바이어스(bias)를 제어하여 반사동작을 오프(off)시킨다. 이때, 상기 반사부(354)의 입력 임피던스는 50옴(ohm)이 되어 상기 서큘레이터(352)로부터의 RF 수신신호를 손실없이 상기 고주파스위치(356)로 전달한다.
상기 임피던스 변환소자들(VI1,VI2)은 상기 제1제어부(353)의 제어하에 송신모드에서 온(on), 수신모드에서 오프(off)된다. 이때, 상기 임피던스 변환소자들(VI1,VI2)은 각 모드에 따라 다른 값의 레지스턴스(resistance), 인덕턴스(inductance), 캐패시턴스(capacitance)를 갖는다. 도 4에 도시된 바와 같이, 동일한 특성의 임피던스 변환소자(핀 다이오드) 2개를 병렬로 구성하면, 임피던스 변환소자의 기생성분들(인덕턴스, 캐패시턴스)이 상기 2개의 임피던스 변환소자들 사이의 전송선로(transmission line)에 의해 상쇄되어, 송신모드에서는 전반사에 근접한 상태를 만들고 수신모드에서는 삽입손실을 최소화할 수 있다.
도 5는 본 발명의 보다 나은 이해를 돕기 위한 핀 다이오드(PIN diode)의 등가회로를 도시한 것이다.
(a)에 도시된 바와 같이, 핀 다이오드는 인가되는 전압(bias voltage)에 따라 저항값이 변하는 가변저항(Rp), 직렬저항(Rs), 기생성분인 Ls, Ct로 구성된다. 상기 핀 다이오드에 순방향 바이어스(forward bias)를 인가하면, 핀 다이오드에 흐르는 전류가 증가하여 Rp의 값이 '0'에 근접해 진다. (b)는 순방향 바이어스 인가시 핀 다이오드의 등가회로이다. 반대로, 상기 핀 다이오드에 역방향 바이어스(reverse bias)를 인가하면, 상기 핀 다이오드에 흐르는 전류가 '0'이 되어 Rp의 값이 최대가 된다. (c)는 역방향 바이어스 인가시 핀 다이오드의 등가회로이다. 이와 같이, 순방향 바이어스 및 역방향 바이어스에서 나타나는 기생성분들(Ls, Ct)은 앞서 설명한 바와 같이, 핀 다이오드들을 2개 병렬로 구성하고, 그 사이에 소정길이의 전송선로를 구성함으로써 제거할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 반사부(354)의 일 예를 보여준다.
도시된 바와 같이, 병렬로 구성되는 2개의 핀다이오드들(D1,D2)과 전송선로(transmission line)를 포함하여 구성된다. 여기서, 서큘레이터(352)와 연결되는 상기 전송선로의 시작점으로부터 제1다이오드(D1)가 연결되는 지점까지를 제1전송선로(TL1)라 하고, 상기 제1다이오드(D1)와 상기 제2다이오드(D2) 사이를 제2전송선로(TL2)라 하며, 상기 제2 다이오드(D2)가 분기되는 지점으로부터 고주파스위치(356)가 연결되는 상기 전송선로의 끝점까지를 제3전송선로(TL3)라 칭하기로 한다.
송신모드시, 상기 제1제어부(353)는 핀 다이오드들(D1,D2)에 순방향 바이어스(forward bias)를 인가하고, 상기 핀 다이오드들(D1,D2)은 도 5의 (b)와 같이 동작한다. 이 경우, 상기 반사부(354)의 반사특성을 악화시키는 상기 다이오드들(D1,D2)의 기생성분 Ls는 제2전송선로(TL2)에 의해 상쇄된다. 여기서, 상기 제2전송선로(TL2)의 전기적 길이(EL)는 이론적으로 λ/4가 되는 것이 바람직하다.
수신모드시, 상기 제1제어부(353)는 상기 핀 다이오드들(D1,D2)에 역방향 바이어스를 인가하고, 상기 핀 다이오드들(D1,D2)은 도 5의 (c)와 같이 동작한다. 이 경우, 상기 반사부(354)의 삽입손실을 악화시키는 상기 다이오드들(D1,D2)의 기생 성분 Ls, Ct는 상기 제2전송선로(TL2)에 의해 상쇄된다.
상기와 같이, 핀 다이오드를 이용한 반사부(354)는 고주파스위치(356)와 결합되어 송신모드시 상기 서큘레이터(352)의 3번 포트에서 이상적인 전반사 특성(반사계수 0dB)을 만들며, 수신모드시 병렬로 구성된 핀 다이오드들(D1,D2)의 인덕턴스 및 캐패시턴스 성분들을 상쇄시켜 핀 다이오드들(D1,D2)의 기생성분들에 의해 발생하는 경로손실(또는 삽입손실)을 최소화한다.
한편, 상기 반사부(354)의 특성은 사용된 핀 다이오드의 특성과 TL1, TL2, TL3의 특성 임피던스(Z01, Z02, Z03)와 전기적 길이(EL1, EL2, EL3)에 의해 영향을 받을 수 있으며, 주로 TL2의 특성(Z02, EL2)에 영향을 받는다. 따라서, TL1과 TL3보다 TL2를 최적화하는 것이 중요하다. 이론적으로, 전송선로의 특성임피던스(Z01, Z02, Z03)는 삽입손실을 최소화하기 위해서 50옴(ohm)으로 하고, 제2전송선로(TL2)의 전기적 길이(EL)는 λ/4로 설정하는 것이 바람직하다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이, 고주파 스위치(356)는 예를들어 다이오드(diode) 스위치, 트랜지스터(예 : FET) 스위치 등을 사용할 수 있다. 상기 다이오드 스위치를 사용하는 방식에는, 병렬 핀 다이오드를 사용하는 방식, 직렬 핀 다이오드를 사용하는 방식, 직/병렬 핀 다이오드를 혼합하여 사용하는 방식 등이 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 고주파 스위치(356)의 일 예를 보여준다.
도시된 바와 같이, 상기 고주파 스위치(356)는 전송선로와 병렬로 구성되는 적어도 2개의 핀 다이오드들(D3∼DN)을 포함하여 구성된다. 이와 같은 구조는, 핀 다이오드의 순방향 및 역방향 바이어스 특성과 핀 다이오드들 사이의 전기적 길이(Electric Length)를 이용하여 핀 다이오드들의 기생성분들을 제거해 줌으로써, 송신모드시 입력과 출력 사이의 격리도를 확보하고, 수신모드시 입력과 출력 사이의 삽입손실을 최소화한다.
송신모드시, 상기 제2제어부(355)는 상기 핀 다이오드들(D3∼DN)로 순방향 바이어스를 인가하고, 상기 핀 다이오드들(D3∼DN)은 도 5의 (b)와 같이 동작한다. 이때, 상기 고주파 스위치(356)의 격리도 특성을 악화시키는 핀 다이오드들의 기생성분들은 핀 다이오드들 사이에 구성되는 전송선로에 의해 상쇄된다.
수신모드시, 상기 제2제어부(355)는 상기 핀 다이오드들(D3∼DN)로 역방향 바이어스를 인가하고, 상기 핀 다이오드들(D3∼DN)은 도 5의 (c)와 같이 동작한다. 이때, 상기 고주파스위치(356)의 삽입손실 특성을 악화시키는 핀 다이오드들의 기생성분들은 핀 다이오드들 사이에 구성되는 전송선로에 의해 상쇄된다.
여기서, 상기 핀 다이오드들 사이에 구성되는 전송선로들 각각의 특성임피던스는 수신모드의 삽입손실을 최소화하기 위하여 50옴(ohm)으로 하는 것이 바람직하고, 각 전기적 길이(EL)는 λ/4로 하는 것이 바람직하다. 하지만 핀 다이오드의 사용개수, 전송선로의 임피던스, 저잡음증폭기(340)의 입력 임피던스 등에 따라 전송선로의 길이는 변경될 수 있다. 즉, 파라미터들은 실험(simulation)을 통해 최적의 값을 찾아 설정한다.
한편, 상기 반사부(354)와 상기 고주파스위치(356)가 동일한 핀 다이오드 소자를 사용한다면, 상기 반사부(354)와 상기 고주파스위치(356)를 하나의 제어기를 이용해 제어할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 시분할복신(TDD) 방식의 무선통신시스템에서 송수신 안테나 스위칭 장치의 구성을 도시하고 있다. 본 발명의 다른 실시예는 보드 실/탈장, 장애 등으로 인해 수신보드(구체적으로, 저잡음증폭기 보호회로)로 전원공급이 차단될 경우에도 저잡음증폭기(LNA)를 보호하기 위한 방안에 관한 것이다. 도면에서 본 발명의 일 실시예에서 설명된 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용하였으며, 이하 동일한 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 송수신 안테나 스위칭 장치(350)는, 아이솔레이터(351), 서큘레이터(352), 제1제어부(353). 반사부(354), 제2제어부(355), 고주파 스위치(RF switch)(356) 및 릴레이 스위치(357)를 포함하여 구성된다.
상기 릴레이 스위치(357)는 저잡음증폭기(340)의 전단에 설치되며, 정상적으로 수신보드(또는 수신단)로 전원이 공급될 경우에는 온(on)되고, 수신보드로 전원이 공급되지 않을 경우에는 오프(off)된다. 즉, 수신보드로 전원이 공급되지 않아 수신단 보호회로(반사부(354)와 고주파스위치(356))가 동작하지 않더라도, 릴레이 스위치(357)를 오프(off)시켜 저잡음증폭기(340)로 유입되는 전력을 차단한다.
여기서, 수신단 전원공급이 차단되었을 때 저잡음증폭기(340)로 유기되는 송신전력을 산출하면 다음과 같다.
2.1 dBm = +47.8dBm(PA출력, 60W) - 0.3dB(아이솔레이터 손실) - 20dB(서큘레이터 격리도) - 0.4 dB(SPDT 손실) -25dB(릴레이 스위치 격리도)
다른 예로, 수신단 전원공급이 차단되고 안테나(Antenna)가 오픈(open)되어 송신전력이 전반사될 때, 저잡음증폭기(340)로 유기되는 반사전력을 산출하면 다음과 같다.
19.1 dBm = +47.8dBm(PA출력, 60W) - 0.3dB(아이솔레이터 손실) - 0.3dB(서큘레이터 손실) - 0.9dB(필터 삽입 손실) - 0.6dB(방향성 커플러 손실) - 0.9dB(필터 삽입 손실) - 0.3dB(서큘레이터 손실) - 0.4dB(SPDT 손실) - 25dB(릴레이 스위치 격리도)
Agilent사의 ATF54143 LNA의 경우, 전원이 공급될 때 최대 입력 파워 레이팅(Maximum Input Power Rating)이 13dBm이나, 저잡음증폭기로 전원이 공급되지 않는 상황에서는 19.1dBm 정도에 전력에 대해서도 저잡음증폭기가 손상을 입지 않는다. 이와 같이, 본 발명의 다른 실시예는 보드의 전원과 연동되는 릴레이 스위치를 이용해서 저잡음증폭기를 이중으로 보호하는 것을 특징으로 한다.
이상 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정 해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이, 발명은 대전력을 사용하는 TDD방식의 무선 통신시스템에서, 송수신 경로 사이의 높은 격리도를 지원함으로써 송신모드시 저잡음 증폭기를 보호할 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명은 저전력 RF스위치를 이용해 송수신 경로의 분리기능을 구현함으로써, TRAS(Transmit/Receive antenna switch)모듈의 제작비용을 줄이고 시스템의 공간 활용도를 높일 수 있는 이점이 있다. 또한, 수신단으로 전원이 공급되지 않아 수신단 보호회로가 동작하지 않는 상황에서도 저잡음증폭기를 보호할수 있는 이점이 있다. 즉, 현재 개발이 활발한 HPI(High speed Portable Internet) 시스템의 RF모듈에 적용할 경우, 대전력 신호의 TDD 동작에 따른 기술적인 난관을 쉽게 해결할 수 있다.

Claims (24)

  1. 시분할복신(TDD : Time Division Duplex) 무선통신시스템의 송수신 안테나 스위칭 장치에 있어서,
    전력증폭기로부터의 신호를 안테나 피드 라인으로 전달하고, 상기 안테나 피드 라인으로부터의 신호를 반사부로 전달하기 위한 서큘레이터와,
    송신 모드일 경우 반사동작이 온(on)되어 상기 서큘레이터로부터의 신호를 반사하고, 수신 모드일 경우 반사동작이 오프(off)되어 상기 서큘레이터로부터의 신호를 고주파 스위치로 전달하는 상기 반사부와,
    송/수신 모드에 따라 상기 반사부로부터의 신호를 저잡음 증폭기로 전달 혹은 전달하지 않는 상기 고주파 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반사부는,
    상기 서큘레이터와 상기 고주파 스위치 사이에 연결되는 전송선로(transmission line)와,
    상기 전송선로의 소정 위치들에서 션트(shunt) 구조로 연결되는 2개의 핀 다이오드들을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 2개의 핀 다이오드들 사이의 전기적 길이(EL : Electric Length)는 λ/4(λ는 파장임)인 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전송선로의 특성 임피던스는 50옴(ohm)인 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고주파 스위치는 SPDT(Single Pole Double Throw)스위치 또는 SPST(Single Pole Single Throw)스위치인 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고주파 스위치는 핀(PIN) 다이오드 및 트랜지스터 중 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 고주파 스위치는,
    상기 반사부와 상기 저잡음증폭기 사이에 연결되는 전송선로(transmission line)와,
    상기 전송선로의 소정 위치들에서 션트(shunt) 구조로 연결되는 적어도 2개의 핀 다이오드들을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 핀 다이오드들 사이의 전기적 길이(electric length)는 λ/4(λ는 파장임)인 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 반사부에서 반사되어 되돌아오는 신호를 종단하기 위한 아이솔레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 아이솔레이터는 상기 전력증폭기내에 포함되는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    TDD 제어신호에 따라 상기 반사부의 반사동작을 온/오프 하기 위한 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    TDD 제어신호에 따라 상기 고주파스위치의 스위칭을 제어하기 위한 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    TDD 제어신호에 따라 상기 반사부의 반사동작 및 상기 고주파스위치의 스위칭 동작을 제어하기 위한 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 저잡음 증폭기의 전단에 설치되며, 수신단으로 전원이 공급되지 않을 경우 스위칭 오프(off)되어 상기 저잡음증폭기로 유입되는 전력을 차단하기 위한 릴레이 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 시분할복신(TDD : Time Division Duplex) 무선통신시스템의 송수신 안테나 스위칭 장치에 있어서,
    전력증폭기로부터의 신호를 안테나 피드 라인으로 전달하고, 상기 안테나 피드 라인으로부터의 신호를 반사부로 전달하기 위한 서큘레이터와,
    상기 서큘레이터와 저잡음증폭기 사이에 연결되는 전송선로(transmission line)와,
    상기 전송선로의 소정 위치들에서 션트(shunt) 구조로 연결되는 복수의 핀 다이오드들과,
    송/수신 모드에 따라 상기 복수의 핀 다이오드들의 바이어스(bias)를 제어하기 위한 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 핀 다이오드들 사이의 전기적 길이(electric length)는 λ/4(λ는 파장임)인 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 전송선로의 특성 임피던스는 50옴(ohm)인 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 전송선로에서 반사되어 되돌아오는 신호를 종단하기 위한 아이솔레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 아이솔레이터는 상기 전력증폭기내에 포함되는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 전송선로는, 송신모드일 경우 상기 서큘레이터로부터의 신호를 전반사하고, 수신모드일 경우 상기 서큘레이터로부터의 신호를 손실 없이 상기 저잡음증폭기로 전달하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제15항에 있어서,
    상기 저잡음증폭기의 전단에 설치되며, 수신단으로 전원이 공급되지 않을 경우 스위칭 오프(off)되어 상기 저잡음증폭기로 유입되는 전력을 차단하기 위한 릴레이 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 시분할복신(TDD : Time Division Duplex) 무선통신시스템의 송수신 안테나 스위칭 장치에 있어서,
    송신 신호를 안테나로 전달하고, 상기 안테나로부터의 신호를 반사부로 전달하기 위한 서큘레이터와,
    송신 모드일 경우 반사동작이 온(on)되어 상기 서큘레이터로부터의 신호를 반사하고, 수신 모드일 경우 반사동작이 오프(off)되어 상기 서큘레이터로부터의 신호를 스위치로 전달하는 상기 반사부와,
    송/수신 모드에 따라 상기 반사부로부터의 신호를 저잡음 증폭기로 전달 혹은 전달하지 않는 상기 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 반사부에서 반사되어 되돌아오는 신호를 종단하기 위한 아이솔레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 시분할복신(TDD : Time Division Duplex) 무선통신시스템의 송수신 안테나 스위칭 장치에 있어서,
    전력증폭기로부터의 신호를 안테나로 전달하고, 상기 안테나로부터의 신호를 반사부로 전달하기 위한 서큘레이터와,
    상기 서큘레이터와 저잡음증폭기 사이에 연결되는 전송선로(transmission line)와,
    상기 전송선로의 적소 위치들에서 션트(shunt) 구조로 연결되는 복수의 다이오드들과,
    송/수신 모드에 따라 상기 복수의 다이오드들의 바이어스(bias)를 제어하기 위한 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023014021A1 (ko) * 2021-08-06 2023-02-09 삼성전자 주식회사 커플러를 이용한 전력 증폭기 및 이를 포함하는 전자 장치

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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CN101282127B (zh) * 2007-04-06 2011-07-13 中兴通讯股份有限公司 时分双工无线通信系统的收发切换装置
KR100937852B1 (ko) * 2007-11-13 2010-01-21 주식회사 피플웍스 시분할 복신 무선통신 시스템의 알에프 신호처리장치
JP5967905B2 (ja) * 2011-11-21 2016-08-10 サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド． 増幅回路及び無線通信装置
CN103702400B (zh) * 2012-09-28 2017-09-01 中国石油天然气股份有限公司 基于无线传感器网络的阴极保护数据自动采集系统
CN103684646B (zh) * 2013-12-05 2016-08-31 上海华为技术有限公司 一种时分复用系统以及共用通道的方法
CN113904692B (zh) * 2020-06-22 2024-02-09 华为技术有限公司 无线通信设备、无线通信的方法和系统

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050055857A (ko) * 2003-12-09 2005-06-14 에스케이텔레시스 주식회사 Ｔｄｄ 방식의 양방향 휴대인터넷 ｒｆ중계기

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050055857A (ko) * 2003-12-09 2005-06-14 에스케이텔레시스 주식회사 Ｔｄｄ 방식의 양방향 휴대인터넷 ｒｆ중계기

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023014021A1 (ko) * 2021-08-06 2023-02-09 삼성전자 주식회사 커플러를 이용한 전력 증폭기 및 이를 포함하는 전자 장치

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