KR101008955B1 - High-frequency/high-performance phase shifters using pin diodes - Google Patents
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Abstract
본 발명은 PIN 다이오드를 이용한 초고주파 대역 고성능 위상 변위기 회로에 관한 것으로서, 입력포트(201) 및 출력포트(215)와 접속되어 직류 전압 및 전류를 분리하는 금속-절연체-금속 커패시터(202, 214)와, 금속-절연체-금속 커패시터(202, 214)와 접속되어 PIN 다이오드(208, 209, 210, 211)의 상태 제어를 위해 그라운드와 접지된 바이어스(204, 212)와 접속되어 직류 전압을 회로로 인가시키고, 교류 신호를 차단하여 신호의 누출을 방지하는 제1 인덕터(203, 231)와, 바이어스(204, 212)의 전압에 따라 교번되어 신호의 흐름을 조절하는 PIN 다이오드(208, 209, 210, 211)와, π 형태의 고주파 통과필터(high-pass filter)의 기능을 수행하여 PIN 다이오드(208, 210)로부터 인가받은 신호의 위상을 90˚ 앞서도록 하는(phase leading) 제2 인덕터(205, 206) 및 제1 커패시터(207)와, π 형태의 저주파 통과필터(low-pass filter)의 기능을 수행하여 PIN 다이오드(209, 211)로부터 인가받은 신호의 위상을 90˚ 뒤서도록 하는(phase lagging) 제3 인덕터(216, 217) 및 제2 커패시터(218, 219), 및 제3 인덕터(216, 217)와 제2 커패시터(218, 219)로부터 인가되는 교류 신호의 누출을 차단하는 제4 인덕터(220)를 포함한다.The present invention relates to an ultra-high frequency band high performance phase shifter circuit using a PIN diode, wherein the metal-insulator-metal capacitors 202 and 214 are connected to an input port 201 and an output port 215 to separate DC voltage and current. And, connected to the metal-insulator-metal capacitors 202 and 214, to ground and grounded biases 204 and 212 for state control of the PIN diodes 208, 209, 210, and 211 to direct current voltage into the circuit. The first inductors 203 and 231 for applying an AC signal and blocking the AC signal to prevent leakage of the signal, and the PIN diodes 208, 209 and 210 that are alternately controlled according to the voltages of the biases 204 and 212. 211 and a second inductor 205 which performs a function of a high-pass filter having a π shape to lead the phase of the signal received from the PIN diodes 208 and 210 by 90 °. 206 and the first capacitor 207, a low frequency barrel of the form A third inductor 216, 217 and a second capacitor 218 that perform a function of a low-pass filter to phase lagging a signal applied from the PIN diodes 209 and 211 by 90 °. 219, and a fourth inductor 220 that blocks leakage of an AC signal applied from the third inductors 216 and 217 and the second capacitors 218 and 219.
핀 다이오드, 위상 변위기 Pin diode, phase shifter
Description
본 발명은 PIN 다이오드를 이용한 초고주파 대역 고성능 위상 변위기 회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고주파 무선 통신 및 레이더 시스템에 필수적인 위상 변위기 회로운용에 있어 초고주파 대역에서 고성능의 위상 변위기 특성을 확보하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a high frequency band high performance phase shifter circuit using a PIN diode, and more particularly, a technique for securing high performance phase shifter characteristics in a high frequency band in a phase shifter circuit operation essential for high frequency wireless communication and radar systems. It is about.
최근에 다양한 상업 위성 시스템 들이 고속의 데이터 전송을 위해 제안되고 있다. 이러한 초고속 시스템에서는 위상배열안테나(phased-array antenna)를 사용하는데 그 안에는 수천 개의 위상 변위기가 마이크로웨이브 모놀리식 단일 집적 회로 (monolithic microwave integrated circuits, MMIC) 형태로 이용된다. 그러므로 저면적의 고성능 위상 변위기는 이러한 시스템의 핵심 부품이라고 할 수 있다.Recently, various commercial satellite systems have been proposed for high speed data transmission. These high-speed systems use phased-array antennas, in which thousands of phase shifters are used in the form of microwave monolithic microwave integrated circuits (MMICs). Therefore, a low-performance, high-performance phase shifter is a key component of such a system.
과거 군용 무선통신에 이용된 위상 변위기는 GaAs pHEMT 기술을 바탕으로 발전해 왔다. 현재 능동 위상변위 시스템이 기존의 GaAs pHEMT 기술을 통하여 무선 통신용 상용 제품에 이용되기 시작하였다. In the past, phase shifters used in military wireless communications have been developed based on GaAs pHEMT technology. Active phase shift systems are now being used in commercial products for wireless communications through existing GaAs pHEMT technology.
그러나, GaAs pHEMT를 스위칭 소자로 이용할 경우 고주파 특성을 나타내는 차단 주파수 (cut-off frequency)가 2 THz 이내로 제한되어 전체적인 위상 변위기의 삽입손실, 반사손실 등의 성능이 저하되었다 [Ref: (1)Z. Yonghong, F. Zhenghe, F. Yong, "Ka-band 4-bit phase shifter with low phase deviation," International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology Preceedings, 2004. (2) E. Taniguchi, M. Hieda, H. Kurusu, M. Funada, Y. Iyama, and T. Takagi, "A Ku-band matched embedded-FET phase shifter", European Microwave Conference, 1999]However, when the GaAs pHEMT is used as a switching element, the cut-off frequency, which exhibits high frequency characteristics, is limited to within 2 THz, resulting in degradation of performance such as insertion loss and reflection loss of the overall phase shifter [Ref: (1) Z. Yonghong, F. Zhenghe, F. Yong, "Ka-band 4-bit phase shifter with low phase deviation," International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology Preceedings, 2004. (2) E. Taniguchi, M. Hieda, H. Kurusu, M. Funada, Y. Iyama, and T. Takagi, "A Ku-band matched embedded-FET phase shifter", European Microwave Conference, 1999]
또한, 현재 0.25 μm 이하의 CMOS 기술을 마이크로파 위상 변위기에 적용하기 위해 연구가 활발하게 진행되고 있다. 그러나 이 기술 또한 차단 주파수가 1 THz 이하로 제한되는 등의 고주파 소자 특성의 한계로 인해 20 GHz 이상의 대역에서는 그 성능이 크게 제한된다. [D. Kang, H. Lee, and S. Hong, "Ku-band MMIC phase shifter using a parallel resonator with 0.18-μm CMOS technology," IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 54, no. 1, pp. 294-301, Jan. 2006. D. Kang, and S. Hong, "A 4-bit CMOS phase shifter using distributed active swiches," IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 55, no. 7, pp. 1476-1483, July 2007.]In addition, research is being actively conducted to apply a CMOS technology of 0.25 μm or less to a microwave phase shifter. However, this technique also greatly limits its performance in the band above 20 GHz due to limitations in high-frequency device characteristics such as cutoff frequency of less than 1 THz. [D. Kang, H. Lee, and S. Hong, "Ku-band MMIC phase shifter using a parallel resonator with 0.18-μm CMOS technology," IEEE Trans. Microwave Theory Tech. , vol. 54, no. 1, pp. 294-301, Jan. 2006. D. Kang, and S. Hong, "A 4-bit CMOS phase shifter using distributed active swiches," IEEE Trans. Microwave Theory Tech. , vol. 55, no. 7, pp. 1476-1483, July 2007.]
또 다른 위상 변위기 제작 방법으로 MEMS 소자를 스위칭 소자로 이용하여 신호의 위상을 변위시키는 방법이 있다. 이 기술은 삽입손실이 작은 장점이 있지만 MEMS 소자 제작이 매우 어렵기 때문에 다른 무선 통신용 회로와의 결합이 어렵고 가격이 증가하는 단점이 존재한다. [B. Pillans, S. Eshelman, A, Malczewski, J. Ehmke, and C. Goldsmith, "Ka-band RF MEMS phase shifters," IEEE Microwave and Guided Wave Letters, vol. 9, no. 12, pp. 520-522, Dec. 1999. J. Hayden, and G. Rebeiz, "Very low-loss distributed X-band and Ka-band MEMS phase shifters using metal-air-metal capacitors,"IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 51, no. 1, pp. 309-314, Jan. 2003.]Another method of fabricating a phase shifter is to shift the phase of a signal using a MEMS device as a switching device. This technology has the advantage of small insertion loss, but it is very difficult to manufacture MEMS devices, which makes it difficult to combine with other wireless communication circuits and increases the cost. [B. Pillans, S. Eshelman, A, Malczewski, J. Ehmke, and C. Goldsmith, "Ka-band RF MEMS phase shifters," IEEE Microwave and Guided Wave Letters , vol. 9, no. 12, pp. 520-522, Dec. 1999. J. Hayden, and G. Rebeiz, "Very low-loss distributed X-band and Ka-band MEMS phase shifters using metal-air-metal capacitors," IEEE Trans. Microwave Theory Tech. , Vol. 51, no. 1, pp. 309-314, Jan. 2003.]
결론적으로, 위상 변위기 구현에 있어서 스위칭 소자의 선택이 전체 회로의 특성 및 가격 등을 결정하는 중요 요소라고 할 수 있다.In conclusion, the selection of switching elements in the phase shifter implementation is an important factor in determining the characteristics and price of the entire circuit.
무선통신 시장이 활성화되면서 무선통신시스템이 대중화되었고 사용자가 늘어나게 되었다. 따라서 대량의 통신용량을 수용하기 위해 사용주파수가 점점 높아지고 있다. 따라서 정보화 사회의 통신수단인 무선통신기술에서 신호를 주고받는 기능을 하는 송수신부품은 가장 중요한 부품의 하나로 시스템의 성능을 좌우하므로 시스템의 경쟁력을 확보하기 위해서는 부품의 집적에 의한 소형화, 저가격화 및 고기능화가 요구되고 있다.As the wireless communication market became active, wireless communication systems became popular and the number of users increased. Therefore, the frequency of use is gradually increasing to accommodate a large amount of communication capacity. Therefore, the transmission / reception component that transmits and receives signals in the wireless communication technology, which is the communication means of the information society, is one of the most important parts and influences the performance of the system. Is required.
고주파 반도체 소자는 이렇게 위상배열 레이더 시스템(phased-array radar system)에 주로 응용되는데, 특히 위상 변위기는 신호의 위상을 변화시켜 방사되는 빔의 방향을 조절하는 필수적인 회로이다. 이렇게 위상배열 레이더 시스템에서 핵심 회로인 위상 변위기는 기존의 HEMT(high electron mobility transistor) 또는 MESFET(metal semiconductor field effect transistor)과 같은 FET(field effect transistor)소자를 기반으로 제작이 이루어졌다.This high frequency semiconductor device is mainly applied to a phased-array radar system. In particular, the phase shifter is an essential circuit for controlling the direction of the emitted beam by changing the phase of the signal. The phase shifter, which is a key circuit in a phased array radar system, is manufactured based on a field effect transistor (FET) device such as a high electron mobility transistor (HEMT) or a metal semiconductor field effect transistor (MESFET).
그러나, 이러한 FET 기반의 위상 변위기의 경우, 소자의 성능에 따라 고주 파 대역에서의 위상 변위기 특성 변수인 삽입손실(insertion loss), 반사손실(retrun loss), 및 평균 제곱근 위상 에러(Root mean square phase error)가 여전히 큰 문제점이 있다.However, in the case of such FET-based phase shifters, insertion loss, retrun loss, and root mean square phase error, which are the characteristics of the phase shifter in the high frequency band, are determined according to the performance of the device. Square phase error is still a big problem.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 고주파 특성이 우수한 PIN 다이오드를 이용하여 초고주파 대역 고성능 위상 변위기 특성을 확보하고자 한다. 즉, PIN 다이오드를 사용하여 고주파 대역에서 위상 변위기 특성 변수인 삽입손실 (insertion loss), 반사손실 (return loss), 및 평균 제곱근 위상 에러(Root mean square phase error)를 기존의 스위치 회로에 대비하여 향상시킴에 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention, to secure the characteristics of ultra-high frequency band high performance phase shifter using a PIN diode excellent in high frequency characteristics. In other words, by using the PIN diode, insertion loss, return loss, and root mean square phase error, which are the characteristics of the phase shifter in the high frequency band, are compared with the conventional switch circuit. The purpose is to improve.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 PIN 다이오드를 이용한 초고주파 대역 고성능 위상 변위기 회로는, 입력포트(201) 및 출력포트(215)와 접속되어 직류 전압 및 전류를 분리하는 금속-절연체-금속 커패시터(202, 214)와, 금속-절연체-금속 커패시터(202, 214)와 접속되어 PIN 다이오드(208, 209, 210, 211)의 상태 제어를 위해 그라운드와 접지된 바이어스(204, 212)와 접속되어 직류 전압을 회로로 인가시키고, 교류 신호를 차단하여 신호의 누출을 방지하는 제1 인덕터(203, 231)와, 바이어스(204, 212)의 전압에 따라 교번되어 신호의 흐름을 조절하는 PIN 다이오드(208, 209, 210, 211)와, π 형태의 고주파 통과필터(high-pass filter)의 기능을 수행하여 PIN 다이오드(208, 210)로부터 인가받은 신호의 위상을 90˚ 앞서도록 하는(phase leading) 제2 인덕터(205, 206) 및 제1 커패시터(207)와, π 형태의 저주파 통과필터(low-pass filter)의 기능을 수행하여 PIN 다이오드(209, 211)로부터 인가받은 신호의 위상을 90˚ 뒤서도록 하는(phase lagging) 제3 인덕터(216, 217) 및 제2 커패시터(218, 219), 및 제3 인덕터(216, 217)와 제2 커패시터(218, 219)로부터 인가되는 교류 신호의 누출을 차단하는 제4 인덕터(220)를 포함한다.The high frequency band high performance phase shifter circuit using a PIN diode according to the first embodiment of the present invention for achieving the technical problem is connected to the
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 PIN 다이오드를 이용한 초고주파 대역 고성능 위상 변위기 회로는, 입력포트(301) 및 출력포트(308)와 접속되어 직류 전압 및 전류를 분리하는 금속-절연체-금속 커패시터(302, 307)와, 바이어스(310)와 접속되어 직류 전압을 회로에 인가시키고 교류 신호를 차단하여 신호의 누출을 방지하는 제1 인덕터(311)와, 그라운드와 접속되어 교류 신호의 누출을 방지하는 제2 인덕터(305)와, 바이어스(310)의 전압에 따라 교번되어 신호의 흐름을 조절하는 PIN 다이오드(304, 306, 314), 및 π 형태의 고주파 통과필터(high-pass filter)의 기능을 수행하여 PIN 다이오드(304, 306)로부터 인가받은 신호의 위상을 90˚, 45˚ 또는 22.5˚ 앞서도록 하는(phase leading) 제3 인덕터(303, 309) 및 PIN 다이오드(304, 306)를 포함한다.In addition, the ultra-high frequency band high performance phase shifter circuit using the PIN diode according to the second embodiment of the present invention is connected to the
또한, 본 발명의 제3 실시예에 따른 PIN 다이오드를 이용한 초고주파 대역 고성능 위상 변위기 회로는, 바이어스(408)와 접속되어 직류 전압을 회로에 인가시키고 교류 신호를 차단하여 신호의 누출을 방지하는 제1 인덕터(409)와, 그라운드와 접속되어 교류 신호의 누출을 방지하는 제2 인덕터(402, 405)와, 바이어스(408) 의 전압에 따라 교번되어 신호의 흐름을 조절하는 PIN 다이오드(403, 404, 412), 및 T 형태의 고주파 통과필터(high-pass filter)의 기능을 수행하여 PIN 다이오드(403, 404)로 신호를 통과시킴과 아울러 위상을 90˚, 45˚ 또는 22.5˚ 앞서도록 하는 PIN 다이오드(403, 404) 및 제3 인덕터(407)를 포함한다.In addition, the ultra-high frequency band high performance phase shifter circuit using the PIN diode according to the third embodiment of the present invention is connected to the
또한, 본 발명의 제4 실시예에 따른 PIN 다이오드를 이용한 초고주파 대역 고성능 위상 변위기 회로는, 바이어스(511)와 접속되어 직류 전압을 회로에 인가시키고 교류 신호를 차단하여 신호의 누출을 방지하는 제1 인덕터(507)와, 그라운드와 접속되어 교류 신호의 누출을 방지하는 제2 인덕터(503, 509)와, 입력포트(501) 및 출력포트(510)와 각각 접속되어 양단의 직류 전압 및 전류를 분리하는 금속-절연체-금속 커패시터(505)와, 바이어스(511)의 전압에 따라 교번되어 신호의 흐름을 조절하는 PIN 다이오드(502, 508, 506)와, 신호를 통과시킴과 아울러 위상을 5.625˚ 또는 2.8125˚ 뒤서도록(phase lagging) 하는 제3 인덕터(504), 및 바이어스(511)의 전압에 따라 역방향으로의 신호 전환 시 신호를 통과시킴과 아울러 위상을 5.625˚ 또는 2.8125˚ 앞서도록(phase leading) 하는 PIN 다이오드(506)를 포함한다.In addition, the ultra-high frequency band high performance phase shifter circuit using the PIN diode according to the fourth embodiment of the present invention is connected to a
그리고, 본 발명의 제5 실시예에 따른 PIN 다이오드를 이용한 초고주파 대역 고성능 위상 변위기 회로는, 바이어스(911)와 접속되어 직류 전압을 회로에 인가시키고 교류 신호를 차단하여 신호의 누출을 방지하는 제1 인덕터(902)와, 그라운드 와 접속되어 교류 신호의 누출을 방지하는 제2 인덕터(909), 및 바이어스(911)의 전압에 따라 교번되어 신호의 흐름을 조절하는 PIN 다이오드(903, 905, 906, 907)를 포함한다.In addition, the ultra-high frequency band high performance phase shifter circuit using the PIN diode according to the fifth embodiment of the present invention is connected to a
상기와 같은 본 발명에 따르면, 고주파 특성이 우수한 PIN 다이오드를 이용하여 180˚, 90˚의 단일 비트 위상 변위기, 90˚, 45˚, 22.5˚의 단일 비트 위상 변위기, 11.25˚, 5.625˚의 단일비트 위상 변위기, 및 기준 전송선과 위상변위 전송선을 통해 원하는 주파수에서 원하는 위상변화를 도출하는 위상변위기를 제안함으로써, 우수한 반사손실과 삽입손실을 획득하고, 작은 평균 제급근 위상 에러를 갖는 다수 비트 위상 변위기를 구현토록 하며, 종래의 회로와 대비하여 작은 면적으로 위상 변위기를 구현, 즉 고성능 저면적 위상변위기를 구현하는 효과가 있다.According to the present invention as described above, the 180-degree, 90-degree single bit phase shifter, 90-degree, 45-degree, 22.5-degree single bit phase shifter, 11.25degree, 5.625degree using a PIN diode having excellent high frequency characteristics. By suggesting a single-bit phase shifter and a phase shifter that derives the desired phase change at the desired frequency through the reference transmission line and the phase shift transmission line, it obtains excellent return loss and insertion loss, and has multiple bits with small average square phase error. It is possible to implement a phase shifter, and compared with a conventional circuit, the phase shifter can be implemented with a small area, that is, a high performance low area phase shifter can be realized.
본 발명의 구체적인 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.Specific features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims are to be interpreted in accordance with the technical idea of the present invention based on the principle that the inventor can properly define the concept of the term in order to explain his invention in the best way. It should be interpreted in terms of meaning and concept. It is to be noted that the detailed description of known functions and constructions related to the present invention is omitted when it is determined that the gist of the present invention may be unnecessarily blurred.
먼저, 도 1 은 본 발명에 따른 위상 변위기 회로에 삽입되는 InGaAs PIN 다 이오드(이하, 'PIN 다이오드')의 전류-전압 곡선을 나타낸 도면으로 도시된 바와 같이, 순방향(forward biased)으로 시작전압(turn-on voltage)을 지나면 전압에 따라 전류가 기하급수적으로(exponentially) 증가하고 역방향(reverse biased)으로는 전압의 증가에 따라 전류가 흐르지 않는다.First, FIG. 1 is a diagram illustrating a current-voltage curve of an InGaAs PIN diode (hereinafter, referred to as a 'PIN diode') inserted into a phase shifter circuit according to the present invention. After the turn-on voltage, the current increases exponentially with the voltage and reverse current does not flow with the increase of the voltage.
여기서, PIN 다이오드는 스위칭 소자로 사용되며, 일반적으로 PIN 다이오드 사이에 I층(intrinsic layer)을 삽입하여 오프 상태에서의 커패시턴스 성분을 감소시켜 고주파 특성을 향상시키고 역방향 항복전압(reverse biased breakdown voltage)을 향상시킨 소자이다.In this case, the PIN diode is used as a switching element. In general, an I layer (intrinsic layer) is inserted between the PIN diodes to reduce capacitance in an off state, thereby improving high frequency characteristics and reducing reverse biased breakdown voltage. It is an improved device.
이하에서는 그 언급을 생략하겠으나, 본 발명에 따른 PIN 다이오드는 InGaAs PIN 다이오드를 이용하는바, 상기 PIN 다이오드는 높은 전자 이동도(electron mobility)를 갖고 밴드갭(bandgap)이 작기 때문에 높은 차단 주파수를 갖으며, 작은 시작 전압(turn on voltage) 등의 고주파 대역에서의 마이크로웨이브 모놀리식 단일집적회로(monolithic microwave integrated circuit, MMIC)에 응용되기 위한 다양한 장점을 갖는다.In the following, the description will be omitted, but the PIN diode according to the present invention uses an InGaAs PIN diode, and the PIN diode has a high cutoff frequency because of high electron mobility and small bandgap. It has various advantages for applications in microwave monolithic microwave integrated circuits (MMICs) in high frequency bands such as small turn on voltages.
아울러, 본 발명의 PIN 다이오드를 스위칭 소자로 이용하여 그 특성을 검증하였으나, 본 발명이 이에 국한되는 것은 아니며, GaAs 또는 GaN와 같은 다양한 물질의 PIN 다이오드 소자로 변형하여 적용이 가능한 것을 밝혀둔다.In addition, the characteristics of the PIN diode of the present invention is verified using a switching device, but the present invention is not limited thereto, and it is found that the present invention can be applied to a PIN diode device made of various materials such as GaAs or GaN.
또한, 상기 PIN 다이오드는 10 x 10 ㎛ㅂ의 p metal 크기를 갖으며, 전류-전압 측정 분석 결과 시작 전압이 10mA의 전류에 대해 0.5V로 측정되었고, RF측정결과 얻어진 on-state resistance와 off-state capacitance값이 각각 1.6Ω과 fF으로 분석되었다. 이는 [수학식1]에 의하여 스위치 소자의 특성을 나타내는 차단 주파수(cut-off frequency)가 5.23 THz로 도출되었으며, 이러한 결과는 상기 PIN 다이오드가 GaAs 기반의 FET에 비해 스위치 소자로서 DC와 RF특성이 매우 우수하다는 것을 반증한다.In addition, the PIN diode has a p metal size of 10 × 10 μm ㅂ, and the start-voltage measurement analysis showed that the starting voltage was measured at 0.5 V for a current of 10 mA, and the on-state resistance and off- State capacitance values were analyzed as 1.6Ω and fF, respectively. The cut-off frequency, which represents the characteristics of the switch element, is 5.23 THz, which is represented by Equation 1, and the result shows that the PIN diode has a DC and RF characteristic as a switch element compared to GaAs-based FETs. It proves very good.
[수학식1][Equation 1]
한편, 위상 변위기는 180˚, 90˚, 45˚, 22.5˚, 11.25˚ 및 5.625˚의 위상을 변위하는 단일 비트 위상 변위기(single-bit phase shifter)의 직렬연결로 다수 비트 위상 변위기(multi-bit phase shifter)로 구현된다. 예컨대, 4비트 위상 변위기는 180˚-90˚-45˚-22.5˚가 연결되어 22.5˚의 최소 위상 변위 단위를 기준으로 0˚ 부터 360˚사이의 16가지 상태에 대한 위상 변위 특성을 얻을 수 있고, 6비트 위상 변위기는 180˚-90˚-45˚-22.5˚-11.25˚-5.625˚가 연결되어 5.625˚의 최소 위상 변위 단위를 기준으로 0˚부터 360˚사이의 64가지 상태에 대한 위상 변위 특성을 얻을 수 있다.On the other hand, the phase shifter is a multi-bit phase shifter (single-bit phase shifter) in series with a phase shift of 180, 90, 45, 22.5, 11.25, and 5.625 degrees. -bit phase shifter). For example, the 4-bit phase shifter is connected to 180˚-90˚-45˚-22.5˚ to obtain phase shift characteristics for 16 states between 0˚ and 360˚ based on the minimum phase displacement unit of 22.5˚. The 6-bit phase shifter is connected to 180˚-90˚-45˚-22.5˚-11.25˚-5.625˚ and has a phase shift for 64 states between 0˚ and 360˚ based on the minimum phase displacement unit of 5.625˚. Characteristics can be obtained.
본 발명의 제1 실시예에 따른 PIN 다이오드를 이용한 초고주파 대역 고성능 위상 변위기 회로는, 도 2 에 도시된바와 같이 PIN 다이오드를 통해 180˚ 단일 비트 위상 변위기에 대한 회로이다.The ultra-high frequency band high performance phase shifter circuit using the PIN diode according to the first embodiment of the present invention is a circuit for a 180 ° single bit phase shifter through the PIN diode as shown in FIG.
먼저, 금속-절연체-금속 커패시터(202, 214)는 입력포트(201) 및 출력포 트(215)와 각각 접속되어 양단의 직류 전압 및 전류를 분리한다.First, the metal-insulator-
또한, 제1 인덕터(203, 213)는 금속-절연체-금속 커패시터(202, 214)와 접속되어 PIN 다이오드(208, 209, 210, 211)의 상태 제어를 위한 바이어스(204, 212)와 접속되어 직류 전압을 회로로 인가시키고 교류 신호를 차단하여 신호의 누출을 방지하며, PIN 다이오드(208, 209, 210, 211)는 바이어스(204, 212)의 전압에 따라 교번되어 신호의 흐름을 조절한다.In addition, the
또한, 제2 인덕터(205, 206)와 제1 커패시터(207)는 π 형태의 고주파 통과필터(high-pass filter)의 기능을 수행하여 PIN 다이오드(208, 210)로부터 인가받은 신호의 위상을 90˚ 앞서도록 하고(phase leading), 제3 인덕터(216, 217)와 제2 커패시터(218, 219)는 π 형태의 저주파 통과필터(low-pass filter)의 기능을 수행하여 PIN 다이오드(209, 211)로부터 인가받은 신호의 위상을 90˚ 뒤서도록 하며(phase lagging), 제4 인덕터(220)는 그라운드와 접속되어 제3 인덕터(216, 217)와 제2 커패시터(218, 219)로부터 인가되는 교류 신호의 누출을 차단한다.In addition, the
전술한 바와 같은 회로는 바이어스(204, 212) 전압(Vbias)의 조절을 통해 PIN 다이오드(208, 209, 210, 211)의 상태를 변경시켜 신호의 흐름을 조절할 수 있는바, 그 작동양태를 살피면 다음과 같다.The circuit as described above can control the flow of signals by changing the state of the
먼저, 바이어스(204, 212)의 전압을 양(+)으로 설정하면 PIN 다이오드(208, 209)가 점등됨과 아울러 PIN 다이오드(210, 211)가 소등되며, 회로의 신호가 제2 인덕터(205, 206) 및 제1 커패시터(207) 즉, π 형태의 고주파 통과 필터(high-pass filter)를 통과하여 PIN 다이오드(208, 209)를 통과한 신호의 위상이 90˚ 앞 서게 된다.First, when the voltages of the
반면에, 바이어스(204, 212)의 전압을 음(-)으로 설정하면 PIN 다이오드(208, 209)가 소등됨과 아울러 PIN 다이오드(210, 211)가 점등되며, 회로의 신호가 제3 인덕터(216, 217) 및 제2 커패시터(218, 219) 즉, π 형태의 저주파 통과 필터(low-pass filter)를 통과하여 PIN 다이오드(210, 211)를 통과한 신호의 위상이 90˚ 뒤서게 된다.On the other hand, if the voltages of the
이처럼 신호의 흐름을 변화시켜 출력에서 전체 180˚의 위상을 변화시킬 수 있다. 이때, 고주파 통과 필터 및 저주파 통과 필터에 사용된 인덕터의 인덕턴스 값과 커패시터의 커패시턴스 값은, 중심 주파수에서 변화시키기 원하는 위상 값과 주파수에 대한 위상의 순간 변화량이 '0'이 되도록 하는 조건, 그리고 필터 통과 시 손실이 없는 조건에 의해 결정되며, 상기 조건들에 따라 도출된 인덕턴스와 커패시턴스 값은 아래의 [수학식2]와 같다.In this way, the signal flow can be changed to change the phase of the entire 180 ° at the output. At this time, the inductance value of the inductor used in the high pass filter and the low pass filter and the capacitance value of the capacitor are such that the phase value desired to change at the center frequency and the instantaneous change of phase with respect to the frequency are '0', and the filter It is determined by the condition that there is no loss in passing, and the inductance and capacitance values derived according to the above conditions are as shown in Equation 2 below.
[수학식2]&Quot; (2) "
상기 [수학식2]를 이용하여 고주파 통과 필터(high-pass filter)에서는 신호가 45˚ 앞서게 하고, 저주파 통과 필터(low-pass filter)에서는 신호가 45˚뒤서게 하여 전체 90˚의 단위 비트 위상 변위기를 구현할 수 도 있다.Using the above Equation 2, the signal is advanced 45 ° in the high-pass filter, and the signal is 45 ° in the low-pass filter. Displacers can also be implemented.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 PIN 다이오드를 이용한 초고주파 대역 고성능 위상 변위기 회로는, 도 3 에 도시된바와 같이 PIN 다이오드를 통해 90˚, 45˚ 및 22.5˚ 단일 비트 위상 변위기에 대한 회로이다.On the other hand, the ultra-high frequency band high performance phase shifter circuit using a PIN diode according to the second embodiment of the present invention, as shown in Figure 3 through the PIN diode for 90 °, 45 ° and 22.5 ° single bit phase shifter Circuit.
먼저, 금속-절연체-금속 커패시터(302, 307)는 입력포트(301) 및 출력포트(308)와 각각 접속되어 양단의 직류 전압 및 전류를 분리한다.First, the metal-insulator-
또한, 제1 인덕터(311)는 바이어스(310)와 접속되어 직류 전압을 회로에 인가시키고 교류 신호를 차단하여 신호의 누출을 방지하며, 제2 인덕터(305)는 그라운드와 접속되어 교류 신호의 누출을 방지하고, PIN 다이오드(304, 306, 314))는 바이어스(310)의 전압에 따라 교번되어 신호의 흐름을 조절한다.In addition, the
또한, 제3 인덕터(303, 309)와 PIN 다이오드(304, 306)는 π 형태의 고주파 통과필터(high-pass filter)의 기능을 수행하여 인가받은 PIN 다이오드(304, 306)로부터 인가받은 신호의 위상을 90˚, 45˚ 또는 22.5˚ 앞서도록 한다(phase leading).In addition, the
전술한 바와 같은 회로는 바이어스(310) 전압(Vbias)의 조절을 통해 PIN 다이오드(304, 306, 314)의 상태를 변경시켜 신호의 흐름을 조절할 수 있는바, 그 작동양태를 살피면 다음과 같다.The circuit as described above can control the flow of the signal by changing the state of the
먼저, 바이어스(310)의 전압을 양(+)으로 설정하면 PIN 다이오드(304, 306)가 점등됨과 아울러 PIN 다이오드(314)가 소등되는데 이때, 회로의 신호가 PIN 다이오드(304, 306)를 통과함에 따라 위상변화가 발생하지 않으며, 제4 인덕터(312) 및 역방향으로 구비된 PIN 다이오드(314)가 병렬공진회로(parallel resonance circuit)를 이루게 되어 그라운드로의 신호 누설을 방지한다.First, when the voltage of the
반면에, 바이어스(310)의 전압을 음(-)으로 설정하면 PIN 다이오드(304, 306)가 소등됨과 아울러 PIN 다이오드(314)가 점등되며, 회로의 신호가 제3 인덕터(303, 309) 즉, π 형태의 고주파 통과 필터(high-pass filter)를 통과하여 90˚, 45˚ 또는 22.5˚ 앞서게 된다(phase leading).On the other hand, if the voltage of the
이처럼 신호의 흐름을 변화시켜 출력에서 전체 90˚, 45˚ 또는 22.5˚의 위상을 변화시킬 수 있다. 이때, 고주파 통과 필터에 사용된 인덕터의 인덕턴스 값과 PIN 다이오드 또는 커패시터의 커패시턴스 값은, 중심 주파수에서 변화시키기 원하는 위상 값과 주파수에 대한 위상의 순간 변화량이 '0'이 되도록 하는 조건, 그리고 필터 통과 시 손실이 없는 조건에 의해 결정되며, 상기 조건들에 따라 도출된 인덕턴스와 커패시턴스 값은 아래의 [수학식3]과 같다.In this way, the signal flow can be varied to change the overall 90 °, 45 °, or 22.5 ° phase at the output. At this time, the inductance value of the inductor used in the high pass filter and the capacitance value of the PIN diode or capacitor are such that the phase value desired to be changed at the center frequency and the instantaneous change of phase with respect to the frequency are '0', and the filter passing through It is determined by the condition that there is no time loss, and the inductance and capacitance values derived according to the above conditions are as shown in
[수학식3]&Quot; (3) "
한편, 본 발명의 제3 실시예에 따른 PIN 다이오드를 이용한 초고주파 대역 고성능 위상 변위기 회로는, 도 4 에 도시된바와 같이 상기 제3 실시예와는 또 다른 형태의 PIN 다이오드를 통해 90˚, 45˚ 및 22.5˚ 단일 비트 위상 변위기에 대한 회로이다.On the other hand, the ultra-high frequency band high performance phase shifter circuit using the PIN diode according to the third embodiment of the present invention, as shown in FIG. Circuit for ° and 22.5˚ single-bit phase shifters.
먼저, 제1 인덕터(409)는 바이어스(408)와 접속되어 직류 전압을 회로에 인가시키고 교류 신호를 차단하여 신호의 누출을 방지하며, 제2 인덕터(402, 405)는 그라운드와 접속되어 교류 신호의 누출을 방지하며, PIN 다이오드(403, 404, 412)는 바이어스(408)의 전압에 따라 교번되어 신호의 흐름을 조절한다.First, the
또한, PIN 다이오드(403, 404) 및 제3 인덕터(407)는 T 형태의 고주파 통과 필터(high-pass filter)의 기능을 수행하여 신호를 통과시킴과 아울러 위상을 90˚, 45˚ 또는 22.5˚ 앞서게 한다(phase leading).In addition, the
전술한 바와 같은 회로는 바이어스(408) 전압(Vbias)의 조절을 통해 PIN 다이오드(403, 404, 412)의 상태를 변경시켜 신호의 흐름을 조절할 수 있는바, 그 작동양태를 살피면 다음과 같다.The circuit as described above can control the flow of signals by changing the state of the
먼저, 바이어스(408)의 전압을 양(+)으로 설정하면 PIN 다이오드(403, 404)가 점등됨과 아울러 PIN 다이오드(412)가 소등되는데 이때, 회로의 신호가 PIN 다이오드(403, 404)를 통과함에 따라 위상변화가 발생하지 않으며, 제1 인덕터(409) 및 역방향으로 구비된 PIN 다이오드(412)가 병렬공진회로(parallel resonance circuit)를 이루게 되어 그라운드로의 신호 누설을 방지한다.First, when the voltage of the
반면에, 바이어스(408)의 전압을 음(-)으로 설정하면 PIN 다이오드(403, 404)가 소등됨과 아울러 PIN 다이오드(412)가 점등되며, 회로의 신호가 제3 인덕터(407) 즉, T 형태의 고주파 통과 필터(high-pass filter)를 통과하여 90˚, 45˚ 또는 22.5˚ 앞서게 된다(phase leading).On the other hand, if the voltage of the
이처럼 신호의 흐름을 변화시켜 출력에서 전체 90˚, 45˚ 또는 22.5˚의 위상을 변화시킬 수 있다. 이때, 고주파 통과 필터에 사용된 인덕터의 인덕턴스 값과 PIN 다이오드 또는 커패시터의 커패시턴스 값은, 중심 주파수에서 변화시키기 원하 는 위상 값과 주파수에 대한 위상의 순간 변화량이 '0'이 되도록 하는 조건, 그리고 필터 통과 시 손실이 없는 조건에 의해 결정되며, 상기 조건들에 따라 도출된 인덕턴스와 커패시턴스 값은 아래의 [수학식4]와 같다.In this way, the signal flow can be varied to change the overall 90 °, 45 °, or 22.5 ° phase at the output. At this time, the inductance value of the inductor used in the high pass filter and the capacitance value of the PIN diode or the capacitor are such that the phase value to be changed at the center frequency and the instantaneous change of phase with respect to the frequency are '0', and the filter It is determined by the condition that there is no loss in passing, and the inductance and capacitance values derived according to the above conditions are shown in Equation 4 below.
[수학식4]&Quot; (4) "
한편, 본 발명의 제4 실시예에 따른 PIN 다이오드를 이용한 초고주파 대역 고성능 위상 변위기 회로는, 도 5 에 도시된바와 같이 PIN 다이오드를 통해 11.25˚, 및 5.625˚ 단일 비트 위상 변위기에 대한 회로이다.Meanwhile, the ultra-high frequency band high performance phase shifter circuit using the PIN diode according to the fourth embodiment of the present invention is a circuit for 11.25 ° and 5.625 ° single bit phase shifters through the PIN diode as shown in FIG. 5. .
먼저, 제1 인덕터(507)는 바이어스(511)와 접속되어 직류 전압을 회로에 인가시키고 교류 신호를 차단하여 신호의 누출을 방지하며, 제2 인덕터(503, 509)는 그라운드와 접속되어 교류 신호의 누출을 방지한다.First, the
또한, 금속-절연체-금속 커패시터(505)는 입력포트(501) 및 출력포트(510)와 각각 접속되어 양단의 직류 전압 및 전류를 분리하고, PIN 다이오드(502, 508, 506)는 바이어스(511)의 전압에 따라 교번되어 신호의 흐름을 조절한다.In addition, the metal-insulator-
또한, 제3 인덕터(504)는 신호를 통과시킴과 아울러 위상을 5.625˚ 또는 2.8125˚ 뒤서게 하며(phase lagging), PIN 다이오드(506)는 역방향으로의 신호 전환 시 신호를 통과시킴과 아울러 위상을 5.625˚ 또는 2.8125˚ 앞서게 한다(phase leading).In addition, the
전술한 바와 같은 회로는 바이어스(511) 전압(Vbias)의 조절을 통해 PIN 다이오드(502, 506, 508)의 상태를 변경시켜 신호의 흐름을 조절할 수 있는바, 그 작동양태를 살피면 다음과 같다.The circuit as described above may control the flow of the signal by changing the state of the
먼저, 바이어스(511)의 전압을 양(+)으로 설정하면 PIN 다이오드(506, 508)가 점등됨과 아울러 PIN 다이오드(502)가 소등되는데 이때, 신호가 제3 인덕터(504) 및 PIN 다이오드(508)를 통과하여 위상이 5.625˚ 또는 2.8125˚ 뒤서게 한다.First, when the voltage of the
반면에, 바이어스(511)의 전압을 음(-)으로 설정하면 PIN 다이오드(506, 508)가 소등됨과 아울러 PIN 다이오드(502)가 점등되며, 신호가 순방향 PIN 다이오드(502)와 역방향 PIN 다이오드(506)를 통과하여 위상이 5.625˚ 또는 2.8125˚ 앞서게 한다.On the other hand, if the voltage of the
이처럼, 신호의 흐름을 변화시켜 출력에서 전체 11.25˚ 또는 5.625˚의 위상을 변화시킬 수 있다. 이때, 고주파 통과 필터에 사용된 인덕터의 인덕턴스 값과 PIN 다이오드 또는 커패시터의 커패시턴스 값은, 중심 주파수에서 변화시키기 원하는 위상 값과 주파수에 대한 위상의 순간 변화량이 '0'이 되도록 하는 조건, 그리고 필터 통과 시 손실이 없는 조건에 의해 결정되며, 상기 조건들에 따라 도출된 인덕턴스와 커패시턴스 값은 아래의 [수학식5]와 같다.In this way, the signal flow can be varied to change the overall 11.25 ° or 5.625 ° phase at the output. At this time, the inductance value of the inductor used in the high pass filter and the capacitance value of the PIN diode or capacitor are such that the phase value desired to be changed at the center frequency and the instantaneous change of phase with respect to the frequency are '0', and the filter passing through It is determined by the condition that there is no time loss, and the inductance and capacitance values derived according to the above conditions are as shown in
[수학식5][Equation 5]
상기 제1 실시예 내지 제4 실시예에 따른 PIN 다이오드를 이용한 초고주파 대역 고성능 위상 변위기 회로들은, 도 2 의 제1 실시예에 따라 180˚ 및 90˚의 위상을 변위시키는 단일 비트 위상 변위기 회로, 도 3 및 도 4의 제2 실시예 및 제3 실시예에 따라 90˚, 45˚ 및 22.5˚의 위상을 변위시키는 단일 비트 위상 변위기 회로, 도 5 의 제4 실시예에 따라 11.25˚ 및 5.625˚의 위상을 변위시키는 단일 비트 위상 변위기 회로이다.The high frequency band high performance phase shifter circuits using the PIN diodes according to the first to fourth embodiments are a single bit phase shifter circuit for shifting phases of 180 degrees and 90 degrees according to the first embodiment of FIG. 2. A single bit phase shifter circuit for shifting phases of 90 °, 45 ° and 22.5 ° according to the second and third embodiments of FIGS. 3 and 4, 11.25 ° and according to the fourth embodiment of FIG. A single bit phase shifter circuit that shifts the phase of 5.625 degrees.
전술한 바와 같은 제1 실시예 내지 제4 실시예에 따른 PIN 다이오드를 이용한 초고주파 대역 고성능 위상 변위기 회로는, 단일 비트 위상 변위기의 조합으로 다수 비트 위상 변위기(multi-bit phase shifter)의 구현이 가능하다.The ultra-high frequency band high performance phase shifter circuit using the PIN diode according to the first to fourth embodiments as described above implements a multi-bit phase shifter in combination of a single bit phase shifter. This is possible.
도 6 은 제1 실시예에 따른 180˚ 위상 변위기, 제4 실시예에 따른 11.25˚ 위상 변위기, 및 제2 실시예에 따른 22.5˚, 45˚ 및 90˚ 위상 변위기를 직렬로 연결한 5비트 위상 변위기를 도시한 도면이고, 도 7 은 도 6 에 도시된 5비트 위상 변위기의 레이아웃을 도시한 도면이며, 도 8 은 도 6 및 도 7과 같이 설계된 회로를 바탕으로 ADS 시뮬레이션을 통해 도출한 5비트 위상 변위기의 삽입손실 및 위상변위 특성 곡선을 나타낸 도면이다.6 shows a series of 180 ° phase shifters according to the first embodiment, 11.25 ° phase shifters according to the fourth embodiment, and 22.5 °, 45 ° and 90 ° phase shifters according to the second embodiment in series. FIG. 7 is a diagram illustrating a bit phase shifter, and FIG. 7 is a diagram illustrating a layout of the 5-bit phase shifter shown in FIG. 6, and FIG. 8 is derived through ADS simulation based on a circuit designed as shown in FIGS. 6 and 7. A graph showing the insertion loss and phase shift characteristic curves of a 5-bit phase shifter.
전술한 5비트 위상 변위기 외에도 제1 실시예 내지 제4 실시예에 따른 회로들의 조합을 통해 2비트 내지 6비트를 갖는 다수 비트 위상 변위기의 구현이 가능하다.In addition to the 5-bit phase shifter described above, the combination of the circuits according to the first to fourth embodiments may implement a multi-bit phase shifter having 2 to 6 bits.
한편, 본 발명의 제5 실시예에 따른 PIN 다이오드를 이용한 초고주파 대역 고성능 위상 변위기 회로는, 도 9 에 도시된바와 같이 양자의 전송선(transmission line)의 길이차이에 의한 위상 차이를 얻는 회로인바, 중심 주파수 대역에서 PIN 다이오드를 통해 180˚, 90˚, 45˚, 22.5˚, 11.25˚, 및 5.625˚의 모든 위상을 구현할 수 있는 단일 비트 위상 변위기에 대한 회로이다.On the other hand, the ultra-high frequency band high performance phase shifter circuit using a PIN diode according to the fifth embodiment of the present invention, as shown in Figure 9 is a circuit that obtains the phase difference by the length difference between the transmission line (transmission line) of the two, It is a circuit for a single-bit phase shifter that can realize all phases of 180 °, 90 °, 45 °, 22.5 °, 11.25 °, and 5.625 ° through a PIN diode in the center frequency band.
먼저, 제1 인덕터(902)가 바이어스(911)와 접속되어 직류 전압을 회로에 인가시키고 교류 신호를 차단하여 신호의 누출을 방지하며, 제2 인덕터(909)는 그라운드와 접속되어 교류 신호의 누출을 방지한다.First, the
또한, PIN 다이오드(903, 905, 906, 907)는 바이어스(911)의 전압에 따라 교번되어 신호의 흐름을 조절하되, 바이어스(911)의 전압을 양(+)으로 설정하면, PIN 다이오드(903, 905)가 점등됨과 아울러 PIN 다이오드(906, 907)가 소등되는데 이때, 신호가 짧은 길이의 기준 전송선(904)을 지남에 따라 작은 위상변화가 발생하여 위상이 180˚, 90˚, 45˚, 22.5˚, 11.25˚, 또는 5.625˚ 앞서게 된다.In addition, the
반면에, 바이어스(911)의 전압을 음(-)으로 설정하면, PIN 다이오드(903, 905)가 소등됨과 아울러 PIN 다이오드(906, 907)가 점등되는데 이때, 신호가 긴 길이의 위상변위 전송선(908)을 지나기 때문에 큰 위상변화가 나타나게 되어 위상이 180˚, 90˚, 45˚, 22.5˚, 11.25˚, 또는 5.625˚ 뒤지게 된다.On the other hand, if the voltage of the
전술한 바와 같이 양자의 전송선 길이차이에 따라 출력신호의 위상을 상대적으로 변화시킬 수 있으며, 전송선의 길이와 위상 변화에 대한 관계는 아래의 [수학식6]을 통해 도출된다.As described above, the phase of the output signal may be relatively changed according to the difference between the transmission line lengths of the two, and the relationship between the length of the transmission line and the phase change is derived through
[수학식6][Equation 6]
이처럼 전송선의 길이 차이를 이용한 경우, 주파수가 증가할수록 위상 차이가 계속 커지기 때문에 앞서 전술한 제1 실시예 내지 제4 실시예 형태의 회로에 비하여 광대역 특성은 낮지만 비교적 간단한 회로구성으로 위상 변위기를 구현하게 되어 작은 삽입손실을 도모할 수 있다.In this case, when the difference in the length of the transmission line is used, the phase difference continues to increase as the frequency increases, so that the phase shifter is implemented with a relatively simple circuit configuration with lower broadband characteristics than the circuits of the first to fourth embodiments described above. As a result, a small insertion loss can be achieved.
또한, 전술한 제5 실시예의 구성은, 모든 중심 주파수에 대해 원하는 위상 변위를 모두 도출할 수 있기 때문에 각 180˚, 90˚, 45˚, 22.5˚, 11.25˚ 및 5.625˚의 단위 비트 위상 변위기를 연속적으로 배치시켜 도 10 에 도시된 바와 같은 다수 비트 위상 변위기를 구현할 수 있다.In addition, since the configuration of the fifth embodiment described above can derive all the desired phase shifts for all the center frequencies, the unit bit phase shifters of 180 °, 90 °, 45 °, 22.5 °, 11.25 °, and 5.625 ° respectively. It can be arranged continuously to implement a multiple bit phase shifter as shown in FIG.
세부적으로 도 10 은 도 9에서 나타낸 180˚, 90˚, 45˚ 및 22.5˚ 위상 변위기를 직렬로 연결하여 구현한 4비트 위상 변위기를 도시한 도면이고, 도 11 은 도 10 에 나타낸 4비트 위상 변위기의 레이아웃을 도시한 도면이며, 도 12 는 도 10 및 도 11 과 같이 설계된 회로를 바탕으로 ADS 시뮬레이션을 통해 도출한 4비트 위상 변위기의 삽입손실 및 위상변위 특성 곡선을 나타낸 도면이다.In detail, FIG. 10 is a diagram showing a 4-bit phase shifter implemented by connecting the 180, 90, 45, and 22.5 ° phase shifters shown in FIG. 9 in series, and FIG. 11 is a 4-bit phase shift shown in FIG. FIG. 12 is a diagram illustrating a critical layout, and FIG. 12 is a diagram illustrating insertion loss and phase shift characteristic curves of a 4-bit phase shifter derived through ADS simulation based on a circuit designed as shown in FIGS. 10 and 11.
전술한 4비트 위상 변위기 외에도 제1 실시예 내지 제4 실시예에 따른 회로들의 조합을 통해 2비트 내지 6비트를 갖는 다수 비트 위상 변위기의 구현이 가능하다.In addition to the four-bit phase shifter described above, a combination of circuits according to the first to fourth embodiments may implement a multi-bit phase shifter having 2 to 6 bits.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하 여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.As described above and described with reference to a preferred embodiment for illustrating the technical idea of the present invention, the present invention is not limited to the configuration and operation as shown and described as such, it departs from the scope of the technical idea It will be apparent to those skilled in the art that many modifications and variations can be made to the present invention without this. Accordingly, all such suitable changes and modifications and equivalents should be considered to be within the scope of the present invention.
도 1 은 본 발명에 따른 PIN 다이오드를 이용한 초고주파 대역 고성능 위상 변위기 회로의 PIN 다이오드의 전압-전류 특성 곡선을 나타낸 도면.1 is a diagram showing a voltage-current characteristic curve of a PIN diode of a high frequency band high performance phase shifter circuit using a PIN diode according to the present invention.
도 2 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 PIN 다이오드를 이용한 초고주파 대역 고성능 위상 변위기 회로를 나타낸 도면.2 is a diagram illustrating a high frequency band high performance phase shifter circuit using a PIN diode according to a first embodiment of the present invention;
도 3 은 본 발명의 제2 실시예에 따른 PIN 다이오드를 이용한 초고주파 대역 고성능 위상 변위기 회로를 나타낸 도면.3 is a diagram illustrating a high frequency band high performance phase shifter circuit using a PIN diode according to a second embodiment of the present invention;
도 4 는 본 발명의 제3 실시예에 따른 PIN 다이오드를 이용한 초고주파 대역 고성능 위상 변위기 회로를 나타낸 도면.4 is a diagram illustrating a high frequency band high performance phase shifter circuit using a PIN diode according to a third embodiment of the present invention;
도 5 는 본 발명의 제4 실시예에 따른 PIN 다이오드를 이용한 초고주파 대역 고성능 위상 변위기 회로를 나타낸 도면.5 is a diagram illustrating a high frequency band high performance phase shifter circuit using a PIN diode according to a fourth embodiment of the present invention;
도 6 은 본 발명의 제1 실시예에 따른 180˚ 위상 변위기, 제4 실시예에 따른 11.25˚ 위상 변위기, 및 제2 실시예에 따른 22.5˚, 45˚ 및 90˚ 위상 변위기를 직렬로 연결한 5비트 위상 변위기를 도시한 도면.6 shows a 180 ° phase shifter according to the first embodiment of the present invention, an 11.25 ° phase shifter according to the fourth embodiment, and a 22.5 °, 45 ° and 90 ° phase shifters according to the second embodiment in series. 5 bit phase shifter connected.
도 7 은 도 6 에 도시된 5비트 위상 변위기의 레이아웃을 도시한 도면.FIG. 7 shows a layout of the 5-bit phase shifter shown in FIG. 6; FIG.
도 8 은 도 6 및 도 7과 같이 설계된 회로를 바탕으로 ADS 시뮬레이션을 통해 도출한 5비트 위상 변위기의 삽입손실 및 위상변위 특성 곡선을 나타낸 도면.FIG. 8 is a diagram illustrating insertion loss and phase shift characteristic curves of a 5-bit phase shifter derived through ADS simulation based on a circuit designed as shown in FIGS. 6 and 7.
도 9 는 본 발명의 제5 실시예에 따른 PIN 다이오드를 이용한 초고주파 대역 고성능 위상 변위기 회로를 나타낸 도면.9 is a diagram showing a high frequency band high performance phase shifter circuit using a PIN diode according to a fifth embodiment of the present invention;
도 10 은 도 9에서 나타낸 180˚, 90˚, 45˚ 및 22.5˚ 위상 변위기를 직렬 로 연결하여 구현한 4비트 위상 변위기를 도시한 도면.FIG. 10 is a diagram illustrating a 4-bit phase shifter implemented by connecting the 180 °, 90 °, 45 °, and 22.5 ° phase shifters shown in FIG. 9 in series.
도 11 은 도 10 에 나타낸 4비트 위상 변위기의 레이아웃을 도시한 도면.FIG. 11 shows a layout of the 4-bit phase shifter shown in FIG. 10; FIG.
도 12 는 도 10 및 도 11 과 같이 설계된 회로를 바탕으로 ADS 시뮬레이션을 통해 도출한 4비트 위상 변위기의 삽입손실 및 위상변위 특성 곡선을 나타낸 도면.12 is a diagram illustrating insertion loss and phase shift characteristic curves of a 4-bit phase shifter derived through ADS simulation based on a circuit designed as shown in FIGS. 10 and 11.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **** Description of symbols for the main parts of the drawing **
201: 입력포트 202: 금속-절연체-금속 커패시터201: input port 202: metal-insulator-metal capacitor
203, 213: 제1 인덕터 204, 212: 바이어스203 and 213:
205, 206: 제2 인덕터 207: 제1 커패시터205 and 206: second inductor 207: first capacitor
208, 209, 210, 211: PIN 다이오드 214: 금속-절연체-금속 커패시터208, 209, 210, 211: PIN diode 214: metal-insulator-metal capacitor
215: 출력포트 216, 217: 제3 인덕터215: output port 216, 217: third inductor
218, 219: 제2 커패시터 220: 제4 인덕터218 and 219: second capacitor 220: fourth inductor
301: 입력포트 302: 금속-절연체-금속 커패시터301: input port 302: metal-insulator-metal capacitor
303, 309: 제3 인덕터 304, 306: PIN 다이오드303 and 309:
305: 제2 인덕터 307: 금속-절연체-금속 커패시터305: second inductor 307: metal-insulator-metal capacitor
308: 출력포트 310: 바이어스308: output port 310: bias
311: 제1 인덕터 312: 제4 인덕터311: first inductor 312: fourth inductor
313: 금속-절연체-금속 커패시터 314: PIN 다이오드313: metal-insulator-metal capacitor 314: PIN diode
401: 입력포트 402, 405: 제2 인덕터401:
403, 404: PIN 다이오드 407: 제3 인덕터403 and 404: PIN diode 407: third inductor
408: 바이어스 409: 제1 인덕터408: bias 409: first inductor
410: 제4 인덕터 411: 금속-절연체-금속 커패시터410: fourth inductor 411: metal-insulator-metal capacitor
412: PIN 다이오드412: PIN diode
501: 입력포트 502, 508: PIN 다이오드501:
503, 509: 제2 인덕터 504: 제3 인덕터503 and 509
505: 금속-절연체-금속 커패시터 506: PIN 다이오드505: metal-insulator-metal capacitor 506: PIN diode
507: 제1 인덕터 510: 출력포트507: first inductor 510: output port
511: 바이어스511: bias
601: 입력포트 602: 금속-절연체-금속 커패시터601: input port 602: metal-insulator-metal capacitor
603, 613: 제1 인덕터 604, 612: 제1 바이어스603 and 613:
605, 606: 제2 인덕터 607: 제1 커패시터605 and 606: second inductor 607: first capacitor
608, 609, 610, 611: PIN 다이오드 614: 금속-절연체-금속 커패시터608, 609, 610, 611: PIN diode 614: metal-insulator-metal capacitor
616, 617: 제3 인덕터 618, 619: 제2 커패시터616, 617:
620: 제4 인덕터 621, 628: PIN 다이오드620:
622, 629: 제5 인덕터 623: 제6 인덕터622, 629: fifth inductor 623: sixth inductor
624: 금속-절연체-금속 커패시터 625: 제7 인덕터624: metal-insulator-metal capacitor 625: seventh inductor
626: 제2 바이어스 627: PIN 다이오드626: second bias 627: PIN diode
630: 금속-절연체-금속 커패시터 631, 635: 제8 인덕터630: metal-insulator-
632, 634: PIN 다이오드 633: 제9 인덕터632, 634: PIN diode 633: ninth inductor
636: 제3 바이어스 637: 제10 인덕터636: third bias 637: tenth inductor
638: 제11 인덕터 639: 금속-절연체-금속 커패시터638: eleventh inductor 639: metal-insulator-metal capacitor
640: PIN 다이오드 641: 금속-절연체-금속 커패시터640: PIN diode 641: metal-insulator-metal capacitor
642, 646: 제12 인덕터 643, 645: PIN 다이오드642, 646: 12th inductor 643, 645: PIN diode
644: 제13 인덕터 647: 제4 바이어스644: thirteenth inductor 647: fourth bias
648: 제14 인덕터 649: 제15 인덕터648: 14th inductor 649: 15th inductor
650: 금속-절연체-금속 커패시터 651: PIN 다이오드650: metal-insulator-metal capacitor 651: PIN diode
652: 금속-절연체-금속 커패시터 654, 656: 제16 인덕터652: metal-insulator-
655: 제17 인덕터 658: 제5 바이어스655: seventeenth inductor 658: fifth bias
659: 제18 인덕터 660: 제19 인덕터659: 18th inductor 660: 19th inductor
661: 금속-절연체-금속 커패시터 662: PIN 다이오드661: metal-insulator-metal capacitor 662: PIN diode
663: 금속-절연체-금속 커패시터 664: 출력포트663: metal-insulator-metal capacitor 664: output port
901: 입력포트 902: 제1 인덕터901: input port 902: first inductor
903, 905, 906, 907: PIN 다이오드 904: 기준 전송선903, 905, 906, 907: PIN diode 904: reference transmission line
908: 위상변위 전송선 909: 제2 인덕터908: phase shift transmission line 909: second inductor
910: 출력포트 911: 바이어스910: output port 911: bias
1001: 입력포트 1002: 제1 인덕터1001: input port 1002: first inductor
1003: 제1 바이어스 1004 ~ 1008: PIN 다이오드1003:
1005: 제1 기준 전송선 1009: 제1 위상변위 전송선1005: first reference transmission line 1009: first phase shift transmission line
1010: 제2 인덕터 1011 ~ 1015: PIN 다이오드1010:
1012: 제2 기준 전송선 1016: 제2 위상변위 전송선1012: second reference transmission line 1016: second phase shift transmission line
1017: 제3 인덕터 1018: 제2 바이어스1017: third inductor 1018: second bias
1019: 금속-절연체-금속 커패시터 1020: 제4 인덕터1019: metal-insulator-metal capacitor 1020: fourth inductor
1021: 제3 바이어스 1022, 1024 ~ 1026: PIN 다이오드1021:
1023: 제3 기준 전송선 1027: 제3 위상변위 전송선1023: third reference transmission line 1027: third phase shift transmission line
1028: 제5 인덕터 1029, 1031 ~ 1033: PIN 다이오드1028:
1030: 제4 기준 전송선 1034: 위상변위 전송선1030: fourth reference transmission line 1034: phase shift transmission line
1035: 제6 인덕터 1036: 제4 바이어스1035: sixth inductor 1036: fourth bias
1037: 출력포트1037: output port
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