KR101365462B1 - 다중경로 가변 매칭 회로 및 이를 이용한 다중경로 가변 매칭 방법 - Google Patents

다중경로 가변 매칭 회로 및 이를 이용한 다중경로 가변 매칭 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중경로 가변 매칭 회로 및 이를 이용한 다중경로 가변 매칭 방법에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명의 일실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 회로는 제1 장치의 출력단과 제2 장치의 입력단 사이에 설치되어 제1 장치의 출력 임피던스 및 제2 장치의 입력 임피던스를 매칭하되, 출력단 및 입력단에 복수의 스위치 및 임피던스 쌍을 연결시키고, 복수의 스위치의 온오프를 동시에 제어함으로써 임피던스 매칭 커버리지를 극대화한다. 또한, 본 발명에 따른 다중경로 가변 매칭 회로는 주파수 대역 정보를 기초로 스위치의 온오프를 제어하고, 주파수 대역의 채널 정보를 기초로 가변 커패시터의 커패시턴스 값을 조절하여 보다 세밀한 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.

Description

다중경로 가변 매칭 회로 및 이를 이용한 다중경로 가변 매칭 방법{MULTI-PATH TUNALBLE MATCHING NETWORK AND MATCHING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 다중경로 가변 매칭 회로 및 이를 이용한 다중경로 가변 매칭 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다중경로(Multi-Path)의 임피던스 매칭부를 이용하여 다중 대역의 주파수 환경에서 효율적으로 임피던스를 매칭할 수 있는 다중경로 가변 매칭 회로 및 이를 이용한 다중경로 가변 매칭 방법에 관한 것이다.
무선통신 단말기에서 사용되는 주요 이동통신 주파수 대역은 GSM 대역에서부터 WCDMA 대역까지 약 5개의 대역이 있으며, 좀 더 빠른 근거리 데이터 통신을 위해서는 와이파이(WiFi), 블루투스(Bluetooth) 및 LTE와 같은 방법들이 사용되고 있다. 하지만, 휴대폰과 같은 작은 이동통신 기기는 그 협소한 공간 문제로 인해 각각의 통신에 필요한 안테나들을 개별적으로 구성하지 않고 몇 개의 대역의 안테나를 하나로 구성한 다중 대역 안테나(Multi-Band Antenna)가 사용되고 있다.
한편, 무선통신 단말기에서 전력증폭기(Power Amplifier)에서 출력되는 신호의 전력이 안테나까지 제대로 전달되기 위해서는 전력증폭기의 출력단과 안테나의 입력단 사이에 임피던스 조절을 위한 매칭 회로가 필요하다. 매칭 회로는 저항, 인덕터, 캐패시터와 같은 소자들을 직렬 혹은 병렬 형태의 단일 회로로 구성하여 임피던스를 조절하며, 회로 형태 및 구성에 사용된 소자들의 값이 고정되어 있기 때문에 특정 주파수 대역에 대한 매칭 회로만을 구성할 수 밖에 없다. 또한, 한국공개특허 제10-2011-0069429호의 경우 감지되는 임피던스 변화 값에 따라서, 임피던스 정합장치의 임피던스를 가변 캐패시터를 이용하여 변화시키는 구성을 개시하고 있으나, 가변 캐패시터를 조절하는 것만으로는 커버할 수 있는 임피던스 영역이 매우 제한적이다.
도 1a에는 위와 같은 가변 캐패시터를 이용하여 임피던스 매칭 회로가 도시되어 있다. 입출력단 사이에 인덕터가 직렬로 연결되고, 입출력단과 접지 사이에 가변 커패시터가 구성되는 파이(pi) 형태의 일반적인 매칭 회로 구조로 구성되어 있다. 안테나와 같은 출력단의 주파수 변화에 따라 임피던스 매칭을 하기 위해서는 가변 캐패시터 C1 및 C2의 캐패시턴스 값을 조절하였다.
도 1b에는 도 1a와 같은 구조에서 출력단 즉, 안테나단의 주파수 대역에 따라 매칭가능한 커버리지 영역을 스미스 차트(Smith Chart) 상에서 표시하고 있다. 표시된 영역은 50옴 매칭이 가능한 영역을 도시하고 있다. 도 1b에서 볼 수 있듯이, 가변 캐패시터의 값을 조절하더라도 매칭 가능한 커버리지 영역이 매우 제한적임을 알 수 있다.
한편, 다중 대역(Multi-Band)으로 구성된 안테나는 각각의 주파수 영역들에 맞는 매칭 회로들이 모두 적절하게 구성되어야만 사용하는 주파수가 변하더라도 신호 전달이 손실 없이 제대로 전달될 수 있다. 또한, 무선통신 단말기의 거치 및 사용 상태에 따라 안테나의 임피던스가 변화하게 되므로 이에 따른 매칭 회로들이 별도로 구성되어야 통화 품질을 개선시킬 수 있다. 그러나, 위와 같은 가변 캐패시터를 이용한 매칭 회로와 같은 방법으로는 이러한 넓은 영역의 매칭 커버리지 영역을 확보하는데는 한계가 있으며, 각 주파수 대역에 맞는 별도의 매칭 회로를 모두 구현하는 것도 소자의 크기, 비용의 문제가 발생한다.
한국공개특허 제10-2011-0069429호
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 다중 대역 안테나를 구비한 단말기에 있어서 다중 대역에 가변적으로 매칭시킬 수 있는 다중경로 가변 매칭 회로 및 이를 이용한 다중 대역 매칭 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이를 위해 본 발명의 일실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 회로는 제1 장치의 출력단과 제2 장치의 입력단 사이에 설치되어 상기 제1 장치의 출력 임피던스 및 상기 제2 장치의 입력 임피던스를 매칭하도록 구성되며, 상기 출력단과 접지 사이에 연결되는 제1 가변 캐패시터와, 상기 입력단과 접지 사이에 연결되는 제2 가변 캐패시터와, 상기 출력단과 상기 입력단 사이에 연결되는 다중경로 임피던스 매칭부와, 상기 다중경로 매칭부의 임피던스를 변화시켜 상기 제1 장치의 출력 임피던스 및 상기 제2 장치의 입력 임피던스를 매칭시키는 제어부를 포함하고, 상기 다중경로 임피던스 매칭부는, 상기 출력단과 상기 입력단 사이에 병렬로 각각 연결되는 복수 개의 임피던스와, 상기 출력단과 상기 복수 개의 임피던스 사이에 연결되는 복수 개의 스위치를 포함하고, 상기 제어부는 상기 복수 개의 스위치를 제어하여 상기 임피던스 매칭부의 임피던스를 변환시킬 수 있다.
상기 복수 개의 임피던스 및 상기 복수 개의 스위치 각각은 n 개로 구성되고, 상기 제어부는 상기 n 개의 스위치의 온오프를 각각 제어함으로써, 상기 출력단 및 상기 입력단 사이에 2n 레벨의 임피던스 레벨을 생성시킬 수 있다.
상기 복수 개의 임피던스는, 모두 인덕터 또는 캐패시터 소자로 이루어지거나, 인덕터 또는 캐패시터 소자의 조합으로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 복수 개의 임피던스 중 하나 이상은, 상기 출력단과 상기 입력단 사이에 직렬로 연결되는 직렬 소자와, 상기 출력단과 접지 사이에 연결되는 션트 소자로 구성될 수 있다.
이때, 상기 직렬 소자 및 상기 션트 소자 모두가 인덕터 또는 캐패시터로 이루어지거나, 상기 직렬 소자 및 상기 션트 소자 중 하나는 인덕터이며, 나머지 하나는 캐패시터로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 회로는 상기 출력단과 상기 입력단 사이에 고정 임피던스를 갖는 고정 임피던스 소자를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수 개의 스위치 중 일부의 스위치는 오프 상태에서 상기 출력단 방향으로 개방되며, 상기 복수 개의 스위치 중 나머지의 스위치는 상기 입력단 방향으로 개방될 수 있다.
또한, 상기 제1 가변 캐패시터, 상기 제2 가변 캐패시터 및 상기 복수개의 스위치는 SOI(Silicon On Insulator) 공정을 이용하여 통합되어 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 회로에서, 상기 제2 장치는 다중 대역 안테나이고, 상기 다중 대역 안테나로부터 주파수 대역 및 채널 정보를 수신하는 RF 트랜시버를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 RF 트랜시버를 통하여 수신된 주파수 대역 및 채널 정보를 기초로, 상기 복수 개의 스위치의 온오프를 제어하여 주파수 대역을 매칭하고, 상기 제1 가변 캐패시터 및 상기 제2 가변 캐패시터의 값을 조절하여 채널을 매칭할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 회로는 제1 장치의 출력단과 제2 장치의 입력단 사이에 설치되어 상기 제1 장치의 출력 임피던스 및 상기 제2 장치의 입력 임피던스를 매칭하도록 구성되며, 상기 출력단과 접지 사이에 연결되는 제1 가변 캐패시터와, 상기 입력단과 접지 사이에 연결되는 제2 가변 캐패시터와, 상기 출력단과 상기 입력단 사이에 연결되는 다중경로 임피던스 매칭부와, 상기 다중경로 임피던스 매칭부의 임피던스를 변화시켜 상기 제1 장치의 출력 임피던스 및 상기 제2 장치의 입력 임피던스를 매칭하는 제어부를 포함하고, 상기 다중경로 임피던스 매칭부는, 상기 출력단과 상기 입력단 사이에 연결되는 제1 임피던스와, 상기 출력단과 상기 제1 임피던스 사이에 연결되는 제1 스위치와, 상기 출력단과 접지 사이에 연결되는 하나 이상의 제2 임피던스와, 상기 출력단과 상기 하나 이상의 제2 임피던스 사이에 연결되는 하나 이상의 제2 스위치와, 상기 입력단과 접지 사이에 연결되는 하나 이상의 제3 임피던스와, 상기 입력단과 상기 하나 이상의 제3 임피던스 사이에 연결되는 하나 이상의 제3 스위치를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치의 온오프를 제어하여 상기 임피던스 매칭부의 임피던스를 변화시킬 수 있다.
이때, 상기 제1 스위치, 상기 하나 이상의 제2 스위치 및 상기 하나 이상의 제3 스위치의 개수의 합은 n 개이고, 상기 제어부는 상기 n 개의 스위치의 온오프를 제어함으로써, 상기 출력단 및 상기 입력단 사이에 2n 레벨의 임피던스 레벨을 생성시킬 수 있다.
상기 제1 임피던스, 상기 제2 임피던스 및 상기 제3 임피던스는, 모두 인덕터 또는 캐패시터 소자로 이루어지거나, 인덕터 또는 캐패시터 소자의 조합으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 임피던스는, 상기 출력단과 상기 입력단 사이에 직렬로 연결되는 직렬 소자와, 상기 출력단과 접지 사이에 연결되는 션트 소자로 구성될 수 있다.
상기 직렬 소자 및 상기 션트 소자 모두가 인덕터 또는 캐패시터로 이루어지거나, 상기 직렬 소자 및 상기 션트 소자 중 하나는 인덕터이며, 나머지 하나는 캐패시터로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 다른 일실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 회로는 상기 출력단과 상기 입력단 사이에 고정 임피던스를 갖는 고정 임피던스 소자를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 스위치, 상기 하나 이상의 제2 스위치 및 상기 하나 이상의 제3 스위치 중 일부의 스위치는 오프 상태에서 상기 출력단 방향으로 개방되며, 나머지의 스위치는 상기 입력단 방향으로 개방될 수 있다.
상기 제1 가변 캐패시터, 상기 제2 가변 캐패시터, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치는 SOI(Silicon On Insulator) 공정을 이용하여 통합되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 다른 일실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 회로에서, 상기 제2 장치는 다중 대역 안테나이고, 상기 다중 대역 안테나로부터 주파수 대역 및 채널 정보를 수신하는 RF 트랜시버를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 RF 트랜시버를 통하여 수신된 주파수 대역 및 채널 정보를 기초로, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치 중 어느 하나의 온오프를 제어하여 주파수 대역을 매칭하고, 상기 제1 가변 캐패시터 및 상기 제2 가변 캐패시터의 값을 조절하여 채널을 매칭할 수 있다.
또한, 제1 장치의 출력단과 접지 사이에 연결되는 제1 가변 캐패시터와, 제2 장치의 입력단과 접지 사이에 연결되는 제2 가변 캐패시터와, 상기 출력단과 상기 입력단 사이에 병렬로 각각 연결되는 복수 개의 임피던스와, 상기 출력단과 상기 복수 개의 임피던스 사이에 연결되는 복수 개의 스위치를 포함하는 다중경로 가변 매칭회로를 이용한 다중경로 가변 매칭 방법은, RF 트랜시버로부터 주파수 대역 정보를 수신하는 단계와, 상기 수신된 주파수 대역 정보를 기초로 상기 복수 개의 스위치의 온오프를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 방법은, 상기 RF 트랜시버로부터 상기 주파수 대역의 채널 정보를 수신하는 단계와, 상기 수신된 채널 정보를 기초로 상기 제1 가변 캐패시터 및 상기 제2 가변 캐패시터의 값을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 복수 개의 임피던스 및 상기 복수 개의 스위치 각각은 n 개로 구성되고, 상기 복수 개의 스위치의 온오프를 제어하는 단계는, 상기 n 개의 스위치의 온오프를 각각 제어함으로써, 상기 출력단 및 상기 입력단 사이에 2n 레벨의 임피던스 레벨을 생성시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 다중경로 가변 매칭 회로 및 이를 이용한 다중경로 가변 매칭 방법에 의하면, 복수의 경로를 갖는 임피던스를 복수 개의 스위치를 동시에 제어함으로써 매칭 임피던스의 범위를 극대화시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 각 주파수 대역에 따른 매칭 회로를 별도로 구현할 필요 없이, 변화되는 주파수 환경에 대응하여 임피던스 매칭을 수행할 수 있게 하며, 구조를 소형화 단순화 시킬 수 있어 다중 대역 안테나를 채택하는 단말기에 적용할 수 있다.
도 1a는 종래의 가변 캐패시터를 이용한 매칭 회로를 나타낸다.
도 1b는 도 1a의 매칭 가능한 커버리지 영역을 스미스 차트 상에 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭회로의 개략 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭회로에 적용될 수 있는 임피던스의 구조들을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭회로의 임피던스를 모두 인덕터 소자를 사용한 경우와, 캐패시터 소자를 사용한 경우의 매칭 커버리지 영역을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭회로의 임피던스를 직렬 인덕터 및 션트 인덕터의 감마 형태로 구성하거나, 직렬 인덕터 및 션트 캐패시터의 감마 형태로 구성한 경우의 매칭 커버리지 영역을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭회로의 임피던스를 직렬 캐패시터 및 션트 인덕터의 감마 형태로 구성하거나, 직렬 캐패시터 및 션트 캐패시터의 감마 형태로 구성한 경우의 매칭 커버리지 영역을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭회로의 임피던스를 인덕터, 캐패시터 및 감마 형태의 임피던스를 혼합하여 사용한 경우의 커버리지 영역을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 회로의 개략 구성도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 회로의 개략 구성도이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 회로의 개략 구성도이다.
도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 회로의 개략 구성도이다.
도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 회로의 제어 방법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 방법을 설명하는 개략 순서도이다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다. 그러나, 첨부도면 및 이하의 설명은 본 발명에 따른 다중경로 가변 매칭 회로 및 이를 이용한 다중경로 가변 매칭 방법의가능한 일실시예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상은 아래의 내용에 의해 한정되지 아니한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 회로의 개략 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 회로(20)는 전력증폭기(10)의 출력단과 다중 대역 안테나(30)의 입력단 사이에 설치되어 있다.
도 2에서는 제1 장치로 전력 증폭기(10)를 제2 장치로 다중 대역 안테나(30)를 예로 들어 설명하였지만, 회로의 동작에 따라 다른 장치가 추가됨에 따라 제1 장치 및 제2 장치는 다른 장치가 될 수 있음을 물론이다. 즉, 본 발명에 따른 다중경로 가변 매칭 회로(20)는 제1 장치 및 제2 장치의 임피던스를 매칭하는 역할을 하며, 제1 장치 및 제2 장치는 특별히 한정되지 아니한다. 설명의 편의상, 이하에서는 제1 장치로 단말기상의 전력 증폭기(10)를, 제2 장치로 단말기의 다중 대역 안테나(30)를 기준으로 설명한다.
전력 증폭기(10)는 단말기상의 음성 신호 등을 증폭하여 다중경로 매칭 회로(20)에 전달하는 역할을 한다.
다중 대역 안테나(30)는 여러가지 주파수 대역에 대한 서비스를 지원하기 위하여, 여러가지 대역의 주파수를 수신할 수 있는 안테나 모듈이다. 즉, 도 2에서 볼 수 있듯이, 다중 대역 안테나(30)는 LTE, GSM, DCS, PCS, WCDMA의 주파수 대역을 수신할 수 있도록 구성되어 있다.
GSM은 824MHz~894MHz, 880MHz~960MHz의 대역의 주파수를, DCS는 1710~1880MHz의 대역의 주파수를, PCS는 1850MHz~1990MHz의 주파수를, WCDMA는 1920MHz~2170MHz의 대역의 주파수를 사용하고 있다. 최근 서비스가 시작된 LTE의 경우 사업자별로 800MHz, 900MHz, 1.8GHz, 2.1GHz 등 다양한 주파수 대역을 사용하고 있다.
이러한 통신 환경에서 2개, 3개 또는 4개 이상의 주파수 대역을 지원하는 다중 대역 안테나(30)가 탑재된 단말기가 사용되고 있으며, 단말기는 통신 환경에 따라서 주파수 대역을 변화시켜 가면서 작동될 수 있다. 이때, 전력증폭기(10)의 출력단과 다중 대역 안테나(30) 사이의 임피던스 매칭이 되어야 신호가 정확하게 전달될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 회로(20)는 간단한 구조로 다중 대역의 주파수 대역에 대하여 임피던스 매칭을 수행할 수 있도록 구성된다.
도 2를 참조하면, 다중경로 가변 매칭 회로(20)는 전력 증폭기(10)의 출력단과 접지 사이에 위치하는 제1 가변 캐패시터(22)와, 다중 대역 안테나(30)의 입력단과 접지 사이에 위치하는 제2 가변 캐패시터(24)와, 전력 증폭기(10)의 출력단 및 다중 대역 안테나(30)의 입력단 사이에 연결되는 다중경로 임피던스 매칭부(27)를 포함하여 구성된다.
다중경로 임피던스 매칭부(27)는 전력 증폭기(10)의 출력단 및 다중 대역 안테나(30)의 입력단 사이에 각각 병렬로 연결되는 복수 개의 스위치(26) 및 임피던스(28)를 포함하여 구성된다.
또한, 도 2에 도시되지는 않았지만, 제어부(미도시)는 제1 가변 캐패시터(22) 및 제2 가변 캐패시터(24)의 캐패시턴의 값을 조절하거나, 복수 개의 스위치(26)의 온오프를 제어함으로써 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
도 2에서는 4개의 스위치(26a~26d) 및 4 개의 임피던스(Z1~Z4)로 다중경로 임피던스 매칭부(27)를 구성하였다.
이렇게 다중 경로(Multi-Path)를 구성하고, 다중 경로에 설치된 복수 개의 스위치의 온오프를 동시에 제어함으로써 많은 레벨의 임피던스를 생성시킬 수 있다.
즉, 도 2와 같이 스위치가 4개가 존재하는 경우, 스위치를 모두 오프시키는 [0000] 상태에서부터 스위치를 모두 온 시키는 [1111] 상태까지 24, 총 16 가지의 임피던스 레벨을 생성시킬 수 있다. 물론, 이 경우에도 제1 가변 캐패시터(22) 및 제2 가변 캐패시터(24)의 값을 조절하여 상기 16가지의 임피던스 레벨에서부터 값을 변화시킬 수 있다.
후술하겠지만, 복수 개의 스위치(26)의 온오프 제어를 통하여 주파수 대역 변동에 따른 임피던스 매칭을 수행하고, 제1 가변 캐패시터(22) 및 제2 가변 캐패시터(24)의 값을 조절하여 채널 변동에 따른 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
도 2에서는 4 개로 구성된 스위치 및 임피던스 쌍을 도시하였지만, 임의의 n 개의 스위치 및 임피던스 쌍으로 다중경로 임피더스 매칭부(27)를 구성하는 경우에는 2n 개의 레벨의 임피던스를 제공할 수 있을 것이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭회로에 적용될 수 있는 임피던스의 구조들을 나타내는 도면이다.
도 3에서, (a)는 인덕터 소자만으로 임피던스를 구성한 경우를 나타내고, (b)는 캐패시터 소자만으로 임피던스를 구성한 경우를 나타낸다.
(c)에서 (f)는 직렬 소자 및 션트 소자가 결합된 감마(gamma) 형태의 임피던스가 도시되어 있다. (c)는 직렬 캐패시터 및 션트 인덕터가 결합된 감마 형태의 임피던스를, (d)는 직렬 캐패시터 및 션트 캐패시터가 결합된 감마 형태의 임피던스를, (e)는 직렬 인덕터 및 션트 인덕터가 결합된 감마 형태의 임피던스를, (f)는 직렬 인덕터 및 션트 캐패시터가 결합된 감마 형태의 임피던스를, (g)는 직렬 캐패시터 및 션트 캐패시터가 결합된 감마 형태의 임피던스를 도시하고 있다.
다중경로 임피던스 매칭부(27)에는 스위칭 제어에 따라서, 쇼트되어 연결된 스위치와 개방되어 연결되지 않는 스위치가 존재하게 된다. 즉, 특정 밴드 및 채널에 따라 개방된 경로가 존재할 수 있게 되는데 이때, 단일 인덕터 또는 캐패시터 소자로만 임피던스를 구성하는 경우 전력 증폭기(10)의 출력단 및 다중 대역 안테나(30)의 입력단에서 바라본 기생 저항(parasitic resistance)이 존재하게 된다.
만약, 임피던스(28)를 도 3의 (c)~(g)의 감마 형태로 구성하는 경우에는 션트 소자로 인해 기생 저항의 값을 최소화시킬 수 있으며, 이에 따라 매칭 회로의 커버리지 영역을 극대화시킬 수 있는 장점이 있다. 이하 도 4 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 회로(20)를 이용한 경우의 매칭 커버리지 영역을 살펴보기로 한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭회로의 임피던스를 모두 인덕터 소자를 사용한 경우와, 캐패시터 소자를 사용한 경우의 매칭 커버리지 영역을 나타내는 도면이다.
즉, 도 4에서 상단 2개의 스미스 차트는 임피던스(28)를 모두 인덕터 소자로 구성한 경우의 720MHz 및 1950MHz의 주파수 대역에서의 매칭 커버리지 영역을 나타내고, 하단 2개의 스미스 차트는 임피던스(28)를 모두 커패시터 소자로 구성한 경우의 720MHz 및 1950MHz의 주파수 대역에서의 매칭 커버리지 영역을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭회로의 임피던스를 직렬 인덕터 및 션트 인덕터의 감마 형태로 구성하거나, 직렬 인덕터 및 션트 캐패시터의 감마 형태로 구성한 경우의 매칭 커버리지 영역을 나타내는 도면이다.
즉, 도 5에서, 상단 2개의 스미스 차트는 임피던스(28)를 도 3의 (e)와 같이 직렬 인덕터 및 션트 인덕터로 구성되는 감마 형태로 구성한 경우의 720MHz 및 1950MHz의 주파수 대역에서의 매칭 커버리지 영역을 나타내고, 하단 2개의 스미스 차트는 임피던스(28)를 도 3의 (f)와 같이 직렬 인덕터 및 션트 캐패시터로 구성되는 감마 형태로 구성한 경우의 720MHz 및 1950MHz의 주파수 대역에서의 매칭 커버리지 영역을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭회로의 임피던스를 직렬 캐패시터 및 션트 인덕터의 감마 형태로 구성하거나, 직렬 캐패시터 및 션트 캐패시터의 감마 형태로 구성한 경우의 매칭 커버리지 영역을 나타내는 도면이다.
즉, 도 6에서 상단 2개의 스미스 차트는 임피던스(28)를 도 3의 (c)와 같이 직렬 캐패시터 및 션트 인덕터로 구성되는 감마 형태로 구성한 경우의 720MHz 및 1950MHz의 주파수 대역에서의 매칭 커버리지 영역을 나타내고, 하단 2개의 스미스 차트는 임피던스(28)를 도 3의 (g)와 같이 직렬 캐패시터 및 션트 캐패시터로 구성되는 감마 형태로 구성한 경우의 720MHz 및 1950MHz의 주파수 대역에서의 매칭 커버리지 영역을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭회로의 임피던스를 인덕터, 캐패시터 및 감마 형태의 임피던스를 혼합하여 사용한 경우의 커버리지 영역을 나타내는 도면이다.
즉, 도 7에서 상단 2개의 스미스 차트는 임피던스(28)를 인덕터 및 캐패시터를 혼합하여 구성한 경우의 경우의 720MHz 및 1950MHz의 주파수 대역에서의 매칭 커버리지 영역을 나타내고, 하단 2개의 스미스 차트는 임피던스(28)를 인덕터, 캐패시터 및 감마 형태의 임피던스 소자를 혼합하여 구성한 경우의 720MHz 및 1950MHz의 주파수 대역에서의 매칭 커버리지 영역을 나타낸다.
도 4 내지 도 7에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 회로(20)는 복수의 스위치 각각의 온오프를 제어함으로써 간단한 구성으로 넓은 대역의 매칭 커버리지 영역을 확보할 수 있으며, 또한 각 임피던스를 인덕터, 캐패시터 및 감마소자 중에서 적절하게 선택하여 사용함으로써 매칭 커버리지 영역을 더욱 극대화시킬 수 있음을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 회로의 개략 구성도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 회로(40)는 제1 가변 캐패시터(42)와 제2 가변 캐패시터(44)와 복수 개의 스위치(46a~46d) 및 복수 개의 임피던스(48a~48d)를 포함하여 구성된다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 회로(40)는 스위치 중에서 일부 스위치의 개방 단자 방향이 다른 일부 스위치의 개방 단자 방향과 반대인 것을 제외하고는 도 2의 제1 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 회로(20)와 동일하다.
만약, 도 2에서와 같이 스위치의 개방 단자의 방향이 한쪽으로만 되어 있는 경우에는 스위치의 기생 저항이 한쪽으로 집중되므로 전력 증폭기(10)의 출력단 및 다중 대역 안테나(40)의 입력단에서 바라본 캐패시턴스 값이 차이가 발생하게 되고, 이 차이로 인해 매칭회로의 Cmin(Minimum capacitance value) 값의 불균형이 발생하고 결과적으로 매칭 커버리지 영역이 감소하게 된다.
따라서, 스위치의 개방 단자의 방향을 균등하게 대칭적으로 조절하는 경우 기생 저항이 균등하게 되어 Cmin 값을 최소화시킬 수 있으며, 이에 따라 매칭 커버리지 영역을 극대화시킬 수 있다.
도 8에서는 스위치(46a, 46b)의 개방 단자를 전력 증폭기(10)의 출력단에 연결하고, 스위치(46c, 46d)의 개방 단자를 각각 임피던스(48c, 48d)에 연결함으로써 개방 단자 방향을 대칭적으로 구성함으로써 Cmin 값을 최소화하였다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 회로의 개략 구성도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 회로(50)는 제1 가변 캐패시터(52)와 제2 가변 캐패시터(54)와 복수 개의 스위치(56b, 56c) 및 복수 개의 임피던스(58a~58d)를 포함하여 구성된다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 회로(50)는 4 개의 임피던스 중에서 Z1 및 Z4가 위치하는 경로의 스위치를 제거한 것을 제외하고는 도 2의 제1 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 회로(20)와 동일하다.
이와 같이 구성한 이유는, 모든 경로에 스위치를 구성하지 않고, 일부에는 스위치를 구성하지 않음으로써 스위치 삽입 손실(Insertion Loss)를 최소화하기 위함이다. 이러한 구성은 삽입 손실이 상대적으로 큰 높은 주파수 대역(예를 들어, DCS, PCS, WCDMA)에 대한 임피던스 매칭 성능을 극대화시킬 수 있다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 회로의 개략 구성도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 회로(60)는 제1 가변 캐패시터, 제2 가변 캐패시터 및 복수개의 스위치를 배랙터 다이오드(Varactor Diode)가 아닌 SOI(Silicon On Insulator) 공정을 이용하여 통합하여 제작된 트랜지스터를 이용하는 것을 특징으로 한다.
이렇게 스위치부는 트랜지스터에 임베디드로 구성하고, 임피던스만 필요에 따라 설치하는 간단한 공정으로 다중경로 가변 매칭 회로(60)를 제작할 수 있는 장점이 있다.
도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 회로의 개략 구성도이다.
도 11을 참조하면 본 발명의 제5 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 회로(70)는 제1 가변 캐패시터(72)와, 제2 가변 캐패시터(74)와, 전력 증폭기(10)의 출력단과 다중 대역 안테나(30)의 입력단 사이에 각각 병렬로 연결되는 스위치(76a, 76b) 및 임피던스(78a, 78b)와, 전력 증폭기(10)의 출력단과 접지 사이에 연결되는 스위치(76c) 및 임피던스(78c)와, 다중 대역 안테나(30)의 입력단과 접지 사이에 연결되는 스위치(76d) 및 임피던스(78d)를 포함하여 구성된다.
도 11에 도시된 바와 같이 출력단 및 입력단 사이에 병렬로 스위치 및 임피던스를 구성하는 것 외에 출력단과 접지 사이 및 입력단과 접지 사이에 스위치 및 임피던스 쌍을 더 설치함으로써 커버할 수 있는 매칭 커버리지 영역을 극대화할 수 있다.
도 11에는 출력단과 입력단 사이에 임피던스 Z2(78a) 및 임피던스 Z3(78b) 두개를 구성한 경우를 도시하였지만, 스위치 및 임피던스 쌍을 한 개만 구성하거나, 3개 이상을 구성할 수도 있다.
마찬가지로, 도 11에는 출력단과 접지 사이에 스위치(76c) 및 임피던스 Z1(78c) 한 쌍을 구성하고, 입력단과 접지 사이에 스위치(76d) 및 임피던스 Z4(78d) 한 쌍을 구성한 경우를 도시하였지만, 스위치 및 임피던스 쌍을 두 개 이상 구성할 수 도 있다.
도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 회로의 제어 방법을 설명하기 위한 블록도이다.
위에서 제1 실시예 외에도 제2~5실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 회로의 구성에 대하여 살펴보았는데, 여기서는 제1 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 회로(20)를 예로 들어 제어 방법을 설명한다. 후술되는 제어 방법은 앞의 제2~5 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 회로에도 적용될 수 있다.
도 12를 참조하면, 제1 실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 회로(20)는 제1 가변 캐패시터(22), 제2 가변 캐패시터(24), 스위치(26), 임피던스(28), 제어부(25), RF 트랜시버(29)를 포함하여 구성되고, 다중 대역 안테나(30)에 연결된다.
앞에서의 설명과 중독된 구성요소의 설명을 생략하고 제어부(25) 및 RF 트랜시버(29)를 중심으로 제어 방법을 설명한다.
RF 트랜시버(29)는 다중 대역 안테나(30)로부터 현재 단말기 등이 연결되는 주파수 대역 및 채널 정보를 수신하여 제어부(25)로 전송한다.
제어부(25)는 RF 트랜시버(29)를 통하여 수신된 주파수 대역 및 채널 정보를 기초로 스위치(26)의 온오프를 제어하거나, 제1 가변 캐패시터(22) 및 제2 가변 캐패시터(24)의 캐패시턴스 값을 조절하는 역할을 한다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 다중경로 가변 매칭 방법을 설명하는 개략 순서도로서, 도 13의 순서도와 함께 도 12의 제어부(25)의 제어 동작을 설명한다.
제어부(25)는 앞에서 설명한 바와 같이 RF 트랜시버로부터 주파수 대역 및 채널 정보를 수신한다(S100).
제어부(25)는 주파수 대역 정보를 기초로 복수 개의 스위치(26)의 온오프를 제어하여 주파수 대역 변동에 따른 임피던스 매칭을 수행한다(S200).
또한, 제어부(25)는 채널 정보를 기초로 제1 가변 캐패시터(22) 및 제2 가변 캐패시터(24)의 캐패시턴스 값을 조절하여 채널 변동에 따른 임피던스 매칭을 수행한다(S300).
즉, 본 발명에 따른 다중경로 가변 임피던스 매칭 회로(20)는 큰 주파수 변동인 주파수 대역의 변동에 대해서는 스위치(26)를 제어하여 임피던스를 수행하고, 상대적으로 작은 주파수 변동인 채널 변동에 대해서는 가변 캐패시턴스 값을 조절하여 세밀한 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
이상 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하셔 설명하였다. 하지만, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 기술된 것이고 본 발명의 내용을 이에 한정하거나 제한하기 위하여 기술된 것은 아니다, 그러므로, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예를 실시하는 것이 가능할 것이다, 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사항에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 전력 증폭기 20: 다중경로 가변 매칭 회로
22: 제1 가변 캐패시터 24: 제2 가변 캐패시터
26: 스위치 28: 임피던스
30: 다중 대역 안테나

Claims (21)

  1. 제1 장치의 출력단과 제2 장치의 입력단 사이에 설치되어 상기 제1 장치의 출력 임피던스 및 상기 제2 장치의 입력 임피던스를 매칭하기 위한 다중경로 가변 매칭회로에 있어서,
    상기 출력단과 접지 사이에 연결되는 제1 가변 캐패시터;
    상기 입력단과 접지 사이에 연결되는 제2 가변 캐패시터;
    상기 출력단과 상기 입력단 사이에 연결되는 다중경로 임피던스 매칭부; 및
    상기 다중경로 매칭부의 임피던스를 변화시켜 상기 제1 장치의 출력 임피던스 및 상기 제2 장치의 입력 입피던스를 매칭시키는 제어부를 포함하고,
    상기 다중경로 임피던스 매칭부는,
    상기 출력단과 상기 입력단 사이에 병렬로 각각 연결되는 복수 개의 임피던스; 및
    상기 출력단과 상기 복수 개의 임피던스 사이 및 상기 입력단과 상기 복수 개의 임피던스 사이 중 어느 하나에만 연결되는 복수 개의 스위치를 포함하고,
    상기 복수 개의 임피던스는,
    특정 고정 임피던스 값을 가지며, 모두 인덕터 또는 캐패시터 소자로 이루어지거나, 인덕터 또는 캐패시터 소자의 조합으로 이루어지고,
    상기 제1 가변 캐패시터, 상기 제2 가변 캐패시터 및 상기 복수개의 스위치는 SOI(Silicon On Insulator) 공정을 이용하여 통합되어 형성되고,
    상기 제2 장치는 다중 대역 안테나이고,
    상기 다중 대역 안테나로부터 주파수 밴드(BAND) 및 채널 정보를 수신하는 RF 트랜시버를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 RF 트랜시버를 통하여 수신된 주파수 밴드 및 채널 정보를 기초로, 상기 복수 개의 스위치의 온오프를 제어하여 주파수 밴드를 매칭하고, 상기 제1 가변 캐패시터 및 상기 제2 가변 캐패시터의 값을 조절하여 채널을 매칭하는 것을 특징으로 하는 다중경로 가변 매칭 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 임피던스 및 상기 복수 개의 스위치 각각은 n개로 구성되고,
    상기 제어부는 상기 n 개의 스위치의 온오프를 각각 제어함으로써, 상기 출력단 및 상기 입력단 사이에 2n 레벨의 임피던스 레벨을 생성시키는 것을 특징으로 하는 다중경로 가변 매칭 회로.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 임피던스 중 하나 이상은,
    상기 출력단과 상기 입력단 사이에 직렬로 연결되는 직렬 소자; 및
    상기 출력단과 접지 사이에 연결되는 션트 소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 다중경로 가변 매칭 회로.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 직렬 소자 및 상기 션트 소자 모두가 인덕터 또는 캐패시터로 이루어지거나, 상기 직렬 소자 및 상기 션트 소자 중 하나는 인덕터이며, 나머지 하나는 캐피시터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중경로 가변 매칭 회로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 다중경로 임피던스 매칭부는,
    상기 출력단과 상기 입력단 사이에 스위치를 구비함이 없이 고정 임피던스 값을 갖는 고정 임피던스 소자를 병렬로 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다중경로 가변 매칭 회로.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 스위치 중 일부의 스위치는 오프 상태로 전환시 상기 출력단 방향으로 개방되며, 상기 복수 개의 스위치 중 나머지의 스위치는 오프 상태로 전환시 상기 입력단 방향으로 개방되는 특징으로 하는 다중경로 가변 매칭 회로.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1 장치의 출력단과 제2 장치의 입력단 사이에 설치되어 상기 제1 장치의 출력 임피던스 및 상기 제2 장치의 입력 임피던스를 매칭하기 위한 다중경로 가변 매칭 회로에 있어서,
    상기 출력단과 접지 사이에 연결되는 제1 가변 캐패시터;
    상기 입력단과 접지 사이에 연결되는 제2 가변 캐패시터;
    상기 출력단과 상기 입력단 사이에 연결되는 다중경로 임피던스 매칭부; 및
    상기 다중경로 임피던스 매칭부의 임피던스를 변화시켜 상기 제1 장치의 출력 임피던스 및 상기 제2 장치의 입력 임피던스를 매칭시키는 제어부를 포함하고,
    상기 다중경로 임피던스 매칭부는,
    상기 출력단과 상기 입력단 사이에 연결되는 제1 임피던스;
    상기 출력단과 상기 제1 임피던스 사이 및 상기 입력단과 상기 제1 임피던스 사이 중 어느 하나에만 연결되는 제1 스위치;
    상기 출력단과 접지 사이에 연결되는 하나 이상의 제2 임피던스;
    상기 출력단과 상기 하나 이상의 제2 임피던스 사이에 연결되는 하나 이상의 제2 스위치;
    상기 입력단과 접지 사이에 연결되는 하나 이상의 제3 임피던스; 및
    상기 입력단과 상기 하나 이상의 제3 임피던스 사이에 연결되는 하나 이상의 제3 스위치를 포함하고,
    상기 제1 임피던스, 상기 제2 임피던스 및 상기 제3 임피던스는 특정 고정 임피던스 값을 가지며, 모두 인덕터 또는 캐패시터 소자로 이루어지거나, 인덕터 또는 캐패시터 소자의 조합으로 이루어지고,
    상기 제1 가변 캐패시터, 상기 제2 가변 캐패시터, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치는 SOI(Silicon On Insulator) 공정을 이용하여 통합되어 형성되고,
    상기 제2 장치는 다중 대역 안테나이고,
    상기 다중 대역 안테나로부터 주파수 밴드(BAND) 및 채널 정보를 수신하는 RF 트랜시버를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 RF 트랜시버를 통하여 수신된 주파수 밴드 및 채널 정보를 기초로, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치의 온오프를 제어하여 주파수 밴드를 매칭하고, 상기 제1 가변 캐패시터 및 상기 제2 가변 캐패시터의 값을 조절하여 채널을 매칭하는 것을 특징으로 하는 다중경로 가변 매칭 회로.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 스위치, 상기 하나 이상의 제2 스위치 및 상기 하나 이상의 제3 스위치의 개수의 합은 n 개이고,
    상기 제어부는 상기 n 개의 스위치의 온오프를 각각 제어함으로써, 상기 출력단 및 상기 입력단 사이에 2n 레벨의 임피던스 레벨을 생성시키는 것을 특징으로 하는 다중경로 가변 매칭 회로.
  12. 삭제
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1 임피던스는,
    상기 출력단과 상기 입력단 사이에 직렬로 연결되는 직렬 소자; 및
    상기 출력단과 접지 사이에 연결되는 션트 소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 다중경로 가변 매칭 회로.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 직렬 소자 및 상기 션트 소자 모두가 인덕터 또는 캐패시터로 이루어지거나, 상기 직렬 소자 및 상기 션트 소자 중 하나는 인덕터이며, 나머지 하나는 캐패시터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중경로 가변 매칭 회로.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 다중경로 임피던스 매칭부는,
    상기 출력단과 상기 입력단 사이에 스위치를 구비함이 없이 고정 임피던스 값을 갖는 고정 임피던스 소자를 병렬로 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다중경로 가변 매칭 회로.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 제1 스위치, 상기 하나 이상의 제2 스위치 및 상기 하나 이상의 제3 스위치 중 일부의 스위치는 오프 상태로 전환시 상기 출력단 방향으로 개방되며, 나머지의 스위치는 오프 상태로 전환시 상기 입력단 방향으로 개방되는 것을 특징으로 하는 다중경로 가변 매칭 회로.
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JPH09307459A (ja) * 1996-05-09 1997-11-28 Kokusai Electric Co Ltd 送信機用インピーダンス整合回路
KR20110037223A (ko) * 2009-10-06 2011-04-13 엘에스엠트론 주식회사 다중대역/다중모드 안테나의 임피던스 정합 장치 및 이를 이용한 안테나
US20110234316A1 (en) * 2010-03-26 2011-09-29 Avago Technologies Wireless Ip (Singapore) Pte. Ltd. Impedance matching circuit capable of efficiently isolating paths for multi-band power amplifier

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