KR101378429B1 - 임피던스 매칭 장치 및 그를 이용한 임피던스 매칭 방법 - Google Patents

임피던스 매칭 장치 및 그를 이용한 임피던스 매칭 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 RF 신호의 전송손실을 최소화하는 임피던스 매칭회로, RF 신호의 세기를 감지하고 RF 신호에 대응하는 감지신호를 전달하는 감지부, RF 입력단과 RF 입력단 사이에 연결될 수 있는 임피던스 값과 임피던스 값에 매칭되는 복수의 전압가변 소자 또는 전류 가변 소자에 대한 임피던스 정보를 저장하는 룩업테이블 및 감지신호에 대응하여 룩업테이블에 저장되어 있는 임피던스 정보를 추출하고 추출된 임피던스 정보에 대응하는 복수의 전압가변소자 또는 전류 가변 소자 중 적어도 하나의 전압가변소자 또는 전류 가변소자를 선택하는 디지털 제어신호를 출력하는 제어부를 포함하는 임피던스 매칭 장치 및 그를 이용한 임피던스 매칭 방법을 제공하는 것이다.

Description

임피던스 매칭 장치 및 그를 이용한 임피던스 매칭 방법{IMPEDANCE MATCHING APPARATUS AND METHOD FOR USING THE SAME}
본 발명은 임피던스 매칭 장치 및 그를 이용한 임피던스 매칭 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, RF 신호의 전압 손실을 최소화할 수 있는 임피던스 매칭 장치 및 그를 이용한 임피던스 매칭방법에 관한 것이다.
이동 통신 가입자는 해마다 증가하고 있으며, 이동 통신 기술도 발전하고 있다. 따라서, 코드분할다중접속(CDMA, Code Division Multiple Access), 광대역부호분할다중접속(WCDMA , Wideband Code Division Multiple Access )에 이어 최근 롱텀에벌루션(LTE, Long Term Evolution)방식이 이동 통신 규격으로 사용되고, 위성 위치 확인 시스템(GPS, Global Positioning System)과 와이파이(Wi-Fi)기술의 발전에 따라 이동 통신 서비스 시장도 급속하게 성장하고 있다.
이처럼 통신 기술 발전에 따라 사용되는 주파수 대역이 달라지고, 하나의 통신 기기는 여러 주파수 대역의 신호를 처리할 수 있도록 요구되고 있다. 그리고, 통신 기기는 여러 주파수 대역의 신호를 처리할 때, 전송손실을 최소화할 수 있어야 한다.
본 발명의 목적은 RF 신호의 손실을 최소화하는 임피던스 매칭 회로 및 그를 이용한 임피던스 매칭 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 구조가 간단한 임피던스 매칭회로 및 그를 이용한 임피던스 매칭방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1측면은, RF 입력단에서 RF 출력단으로 RF 신호가 전달되되, 디지털 제어신호에 대응하여 복수의 전압 가변소자 또는 전류 가변 소자 중 적어도 하나의 전압 또는 전류 가변 소자를 선택하여 RF 신호의 전송손실을 최소화하는 임피던스 매칭회로, RF 입력단과 RF 출력단 사이에 연결될 수 있는 임피던스 값과 임피던스 값에 매칭되는 복수의 전압가변 소자 또는 전류 가변 소자에 대한 임피던스 정보를 저장하는 룩업테이블 및 RF 신호에 대응하여 룩업테이블에 저장되어 있는 임피던스 정보를 추출하고 추출된 임피던스 정보에 대응하는 복수의 전압가변소자 또는 전류 가변 소자 중 적어도 하나의 전압가변소자 또는 전류 가변소자를 선택하는 디지털 제어신호를 출력하는 제어부를 포함하고, 상기 복수의 전압 또는 전류 가변소자는, 병렬로 연결된 복수의 캐패시터와, 상기 디지털 제어신호에 의해 상기 RF 입력단과 상기 RF 출력단 사이에서의 상기 복수의 캐패시터 중 적어도 하나의 연결을 온/오프 시키는 복수의 스위칭 트랜지스터를 포함하고, 상기 복수의 스위칭 트랜지스터의 게이트단(G)과 바디단(B)은 각각 저항과 직렬로 연결된다.
부가적으로, 임피던스 매칭회로에 상기 RF 신호에 대응하는 감지신호를 생성하여 제어부에 전달하는 감지부가 더 연결되고, 감지신호에 의해 제어부가 룩업테이블에 저장되어 있는 임피던스 정보를 추출할 수 있다.
부가적으로, 룩업테이블은 전송손실을 최소화하는 임피던스값을 RF 신호의 주파수 또는 주파수 대역별로 저장할 수 있다.
부가적으로, 임피던스 정보는, 임피던스 매칭부의 복수의 전압 또는 전류 가변 소자가 RF 입력단과 RF 출력단 사이에 선택적으로 연결하고, RF 입력단과 RF 출력단 사이에 서로 다른 주파수를 갖는 RF 신호를 순차적으로 전송하고, 복수의 전압 또는 전류 가변 소자 중 RF 신호의 전송손실이 최소화되는 전압 또는 전류 가변소자의 임피던스 값을 파악하여 임피던스 값에 대응되도록 룩업테이블에 저장될 수 있다.
부가적으로, 임피던스 정보는 RF 신호의 진폭의 크기와 위상(Phasor)에 대응할 수 있다.
부가적으로, 상기 복수의 캐피서터의 등가 캐패시턴스는 2m-1×C0 (단, m은 n이하의 자연수)이고, 상기 복수의 스위칭 트랜지스터의 채널폭은 각각 2m-1×W (단, m은 n이하의 자연수)이며, 상기 n은 복수의 캐패시터의 개수, 상기 C0는 가장 작은 캐패시턴스를 갖는 캐패시터의 등가 캐패시턴스, W는 상기 가장 작은 캐패시턴스를 갖는 캐패시터에 연결된 스위칭 트랜지스터의 채널폭일 수 있다.
부가적으로, 상기 복수의 스위칭 트랜지스터는, 온(on)시에 상기 게이트단(G)에 하이(H) 신호가 인가되고, 드레인단(D), 소스단(S) 및 상기 바디단(B)은 로우(L) 신호가 인가되고, 오프(off)시는 상기 게이트단(G) 및 상기 바디단(B)에 로우(L) 신호가 인가되고, 상기 드레인단(D) 및 상기 소스단(S)에 하이(H) 신호가 인가될 수 있다.
본 발명의 제2측면은, 임피던스 매칭부의 RF 입력단과 RF 출력단으로 전송되는 RF 신호의 손실을 최소화하는 임피던스 매칭 방법으로, RF 신호의 주파수에 대응하여 룩업테이블에 저장된 RF 신호의 손실을 최소화하는 임피던스 정보를 추출하는 단계 및 추출된 임피던스 정보에 대응하여 복수의 전압 가변소자 또는 전류 가변소자 중 적어도 하나의 전압 가변소자 또는 전류 가변소자를 선택하는 디지털 제어신호를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 복수의 전압 또는 전류 가변소자는, 병렬로 연결된 복수의 캐패시터와, 상기 디지털 제어신호에 의해 상기 RF 입력단과 상기 RF 출력단 사이에서의 상기 복수의 캐패시터 중 적어도 하나의 연결을 온/오프 시키는 복수의 스위칭 트랜지스터를 포함하고, 상기 복수의 스위칭 트랜지스터의 게이트단(G)과 바디단(B)은 각각 저항과 직렬로 연결되는 임피던스 매칭방법을 제공하는 것이다.
부가적으로, 룩업테이블에 저장된 임피던스 정보는, RF 입력단과 RF 출력단 사이에 RF 신호를 전송하고 RF 입력단과 RF 출력단 사이에 복수의 전압 가변소자 또는 전류 가변소자를 교번적으로 연결하고 RF 신호의 세기를 측정하는 단계, RF 신호의 신호 대응하여 RF 신호의 손실을 최소화할 수 있는 임피던스 값을 파악하는 단계 및 RF 신호에 대한 정보와 임피던스 값에 대응하는 임피던스 정보를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
부가적으로, RF 신호의 손실을 최소화할 수 있는 임피던스 값은 RF 신호의 전압의 크기 및 위상(Phasor) 중 적어도 하나에 대응될 수 있다.
부가적으로, RF 신호를 측정하는 단계는, 주파수 또는 주파수 대역 별로 반복적으로 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 임피던스 매칭 회로 및 그를 이용한 임피던스 매칭방법에 의하면, 전송되는 RF 신호의 손실을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 임피던스 매칭장치의 일 실시예를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 임피던스 매칭장치에 채용된 룩업테이블의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 룩업테이블에 임피던스 정보를 저장하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는 도 1에 도시된 튜너블 임피던스 매칭부의 일 실시예를 나타낸다.
도 5는 도 4에 도시된 튜너블 임피던스 매칭부에서 캐패시터와 스위치의 연결관계를 나타낸다.
도 6은 도 1에 도시된 튜너블 임피던스 매칭부의 다른 일 실시예를 나타낸다.
도 7은 도 1에 도시된 임피던스 매칭회로의 동작을 나타내는 순서도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 임피던스 매칭회로를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 임피던스 매칭장치의 일 실시예를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 임피던스 매칭장치(100)는 임피던스 매칭회로(110), 제어부(120) 및 룩업테이블(130)을 포함한다.
임피던스 매칭회로(110)는 제어신호에 대응하여 적어도 하나의 전압가변소자 및/또는 전류 가변 소자를 선택하여 RF 입력단(Vin)과 RF 출력단(Vout) 사이에 전송되는 RF 신호의 전송손실을 최소화한다. RF 입력단(Vin)에서 RF 출력단(Vout) 사이는 인덕터 성분 및/또는 캐패시터 성분이 존재하며, RF 출력단(Vout)에는 부하(160)가 연결되어 있다. 그리고, RF 입력단(Vin)에서 RF 출력단(Vout) 사이에 존재하는 인덕터 성분 및/또는 캐패시터 성분에 의해 RF 출력단(Vout)에 연결되는 부하(160)의 부하 임피던스 값은 RF 입력단(Vin) 측의 소스 임피던스와 차이가 발생할 수 있다. RF 신호는 RF 입력단(Vin)측의 소스 임피던스와 RF 출력단(Vout)의 부하(160)의 임피던스가 복소수 공액(complex conjugate)일 때 손실이 가장 적다. 하지만, 소스 임피던스와 부하 임피던스 간에 임피던스가 매칭되지 않게 되면 RF 신호가 전송될 때 손실이 발생하게 된다. 이러한 손실은 RF 신호의 주파수에 따라 크기가 다를 수 있다.
임피던스 매칭회로(100)는 전송손실을 최소화하기 위해 적어도 하나의 전압 가변소자 및/또는 전류 가변소자를 선정하여 소스 임피던스와 부하 임피던스가 임피던스 매칭이 되도록 할 수 있다. 즉, 임피던스 매칭회로(110)는 전송되는 RF 신호의 주파수에 대응하여 선택된 적어도 하나의 전압 가변소자 및/또는 전류 가변 소자에 의해 RF 입력단(Vin)에서 RF 출력단(Vout) 사이에 존재하는 인덕터 성분 및/또는 캐패시터 성분과 RF 출력단(Vout)에 연결되는 부하(160)에 의해 형성된 임피던스가 변화되도록 할 수 있다. RF 신호의 주파수에 따라 임피던스가 변화되도록 하여 소스 임피던스와 부하 임피던스가 임피던스 매칭되면 되면, RF 입력단(Vin)에서 RF 출력단(Vout)으로 전달되는 RF 신호의 전송손실을 최소화할 수 있다. 또한, 부하 임피던스의 임피던스의 변화를 RF 신호의 주파수 대역 별로 할 수도 있다.
일 실시예에 있어서, 임피던스 매칭회로(110)는 튜너블 임피던스 매칭부(110a)를 구비하여 RF 입력단(Vin)과 RF 출력단(Vout) 사이에 적어도 하나의 전압 가변소자 및/또는 전류 가변소자를 연결한다. 여기서, 연결은 직렬, 병렬로 연결되는 것을 포함할 뿐만 아니라, RF 입력단(Vin)과 RF 출력단(Vout) 사이에 임피던스에 영향을 미칠 수 있는 구성이면 족하다. 또한, 연결은 전압 가변소자 및/또는 저류 가변소자가 다른 부품들, 예를 들어, 저항, 인덕터, 등을 통해 RF 입력단(Vin)과 RF 출력단(Vout) 사이에 연결되어 있는 것도 포함할 수 있다.
튜너블 임피던스 매칭부(110a)는 적어도 하나의 전압 가변소자 및/또는 전류 가변소자를 포함하며, RF 입력단(Vin)과 RF 출력단(Vout) 사이에 연결된다. 전압 가변소자 및/또는 전류 가변소자는 제어신호에 의해 선택될 수 있다. 그리고, 튜너블 임피던스 매칭부(110a)는 RF 신호의 주파수에 대응하여 전압 및/또는 전류 가변소자를 RF 입력단(Vin)과 RF 출력단(Vout) 사이에 연결함으로써 RF 신호의 손실을 최소화할 수 있다. 튜너블 임피던스 매칭부(110a)에서 선택하는 전압 가변소자, 전류 가변소자로는 캐패시터, 코일 등을 예로 들을 수 있다.
룩업 테이블(130)은 RF 신호의 전송손실을 최소화하는 임피던스 값과 복수의 전압 가변소자 및/또는 전류 가변 소자 중 임피던스 값에 매칭되는 전압 가변소자 및/또는 전류 가변소자를 특정할 수 있는 임피던스 정보를 저장한다. 임피던스 정보는 복수의 전압 가변소자 및/또는 전류 가변소자의 위치, 임피던스의 크기 등에 대한 정보를 포함할 수 있다. 룩업테이블(130)에 저장되어 있는 임피던스 정보는 제어신호에 대응되도록 함으로써, 임피던스 매칭회로(110)는 제어신호를 전달받아 적어도 하나의 복수의 전압 가변소자 및/또는 전류의 가변 소자를 특정하여 RF 입력단(Vin)과 RF 출력단(Vout) 사이에 연결할 수 있다. 룩업테이블(130)은 메모리와 같은 장치에 저장될 수 있다.
제어부(120)는 제어신호를 생성하고 출력한다. 제어신호는 임피던스 매칭회로(110)에 전달되어 임피던스 매칭회로(110)의 RF 입력단(Vin)에서 RF 출력단(Vout)이 임피던스 매칭이 될 수 있도록 한다. 즉, 제어신호에 의해 임피던스 매칭회로(110)는 적어도 하나의 전압 가변 소자 및/또는 전류 가변 소자를 선정하여 임피던스 매칭회로(110)의 RF 입력단(Vin)과 RF 출력단(Vout) 사이에 임피던스가 매칭될 수 있도록 할 수 있다. 제어부(120)에서 생성된 제어신호는 디지털 신호를 기반으로 할 수 있다. 제어부(120)에서 제어신호를 생성하는 방법은 RF 입력단(Vin)에 수신된 주파수에 대한 정보를 취득하고 취득된 주파수에 대한 정보에 대응하여 룩업테이블(130)에 저장되어 있는 임피던스 정보를 추출하고 추출된 임피던스 정보에 대응하는 복수의 전압 가변소자 및/또는 전류 가변 소자 중 적어도 하나의 전압 가변소자 및/또는 전류 가변소자를 선택하도록 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 임피던스 매칭회로(110)에 감지부(140)가 더 연결되고 감지부(140)가 감지한 RF 입력단(Vin)과 RF 출력단(Vout) 사이로 전송되는 RF 신호의 세기에 대한 감지신호를 전송받을 수 있다. 감지부(140)는 정방향(RF 입력단(Vin)에서 RF 출력단(Vout)으로 흐르는 방향) 또는 역방향(RF 출력단(Vout)에서 RF 입력단(Vin)으로 흐르는 방향)으로 전송되는 RF 신호를 측정함으로써, 감지신호를 생성할 수 있다. 여기서 RF 신호를 측정한다는 것은, RF 신호의 진폭의 크기, 위상, 주파수 등을 측정하는 것을 의미할 수 있다. 감지부(140)가 감지신호를 제어부(120)로 전달하면, 제어부(120)는 전달받은 감지신호와 룩업테이블(130)을 이용하여 제어신호를 생성하고 임피던스 매칭회로(110)에 전달한다. 그리고, 임피던스 매칭회로(110)는 전달받은 제어신호를 이용하여 적어도 하나의 전압 가변소자 및/또는 전류 가변소자를 선택하여 임피던스 매칭이 이루어질 수 있도록 할 수 있다. 임피던스 매칭회로(110)가 튜너블 임피던스 매칭부(110a)를 포함하고 있으면, 제어신호에 의해 튜너블 임피던스 매칭부(110a)의 복수의 스위치들(220) 중 적어도 하나의 스위치를 선택하여 복수의 캐패시터들(210) 중 적어도 하나의 캐패시터가 선택되도록 할 수 있다. 선택된 캐패시터에 의해 소스측의 임피던스와 부하측의 임피던스가 임피던스 매칭이 될 수 있다. 이때, 감지부(140)는 계속 감지신호를 출력하기 때문에 제어부(120)는 지속적으로 제어신호를 생성하고 출력함으로써 임피던스 매칭회로(110)에서 미스 매치가 줄어들게 할 수 있다.
여기서, 감지부(140)는 RF 입력단(Vin)과 임피던스 매칭회로(110) 사이에 연결되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않으며, 감지부(140)는 임피던스 매칭회로(110)의 내부에 위치할 수도 있고 임피던스 매칭회로(110)과 RF 출력단(Vout) 사이에 연결될 수도 있다. 또한, RF 입력단(Vin)과 RF 출력단(Vout) 사이에 연결될 수도 있다.
도 2는 도 1에 도시된 임피던스 매칭장치에 채용된 룩업테이블의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 룩업테이블(130)은 주파수 대역, 진폭, 위상(Phasor), 임피던스 정보에 대한 필드를 갖는다. 주파수 대역 필드는 RF 입력단(Vin)과 RF 출력단(Vout) 사이에 전송되는 RF 신호의 주파수 또는 주파수 대역에 따라 분류되고, 진폭 필드는 RF 신호의 진폭에 따라 분류되며, 위상 필드는 RF 신호의 위상에 따라 분류된다. 그리고, 임피던스 정보 필드는 주파수 대역, 진폭, 위상 필드에 의해 RF 임피던스 매칭회로(110)에서 RF 입력단(Vin)과 RF 출력단(Vout) 사이에 연결할 전압 가변소자 및/또는 전류 가변 소자에 대한 정보에 대응하여 분류된다. 그리고, 제어부(120)는 감지부(140)에서 출력한 감지신호를 이용하여 RF 신호의 진폭, 위상을 파악함으로써 진폭, 위상 필드와 특정된 임피던스 정보 필드를 선택하고 제어신호를 생성하여 임피던스 매칭회로(110)로 전달한다.
도 3은 도 2에 도시된 룩업테이블에 임피던스 정보를 저장하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3을 참조하면, 먼저, 소정의 주파수를 갖는 RF 신호를 RF 입력단(Vin)과 RF 출력단(Vout) 사이에 전송한다.(S300) RF 신호의 전송은 RF 입력단(Vin)과 RF 출력단(Vout) 사이에서 정방향(RF 입력단(Vin)에서 RF 출력단(Vout)으로 흐르는 방향) 또는 역방향(RF 출력단(Vout)에서 RF 입력단(Vin)으로 흐르는 방향)으로 전송되는 것을 의미한다. 그리고, RF 신호가 RF 입력단(Vin)과 RF 출력단(Vout) 사이에 전송되는 중에 복수의 전압 가변소자 및/또는 전류 가변소자를 교번적으로 RF 입력단(Vin)과 RF 출력단(Vout) 사이에 연결하고 전송되는 RF 신호의 출력을 측정한다.(S310) 여기서 연결은 직렬, 병렬로 연결되는 것을 포함할 뿐만 아니라, RF 입력단(Vin)과 RF 출력단(Vout) 사이에 존재하는 인덕터 성분 및/또는 캐패시터 성분의 임피던스에 영향을 미칠 수 있는 구성이면 족하다. 또한, 전송되는 RF 신호의 출력을 측정한다는 것은 RF 입력단(Vin)과 RF 출력단(Vout) 사이의 인덕터 및/또는 캐패시터 성분과 부하의 인덕터 및/또는 캐패시터 성분에 의해 변화되는 RF 신호의 진폭, 위상을 파악하는 것을 의미한다. 전송되는 소정의 주파수를 갖는 RF 신호의 출력을 측정하던 과정에서 연결되었던 복수의 전압 가변소자 및/또는 전류 가변소자들 중 소정의 주파수를 갖는 RF 신호의 전송손실이 가장 적은 전압 가변소자 및/또는 전류 가변소자를 파악한다.(S320) 전송되는 RF 신호의 전송손실을 최소화할 수 있는 전압 가변소자 및/또는 전류 가변소자가 파악되면, 전송손실이 가장 적은 전압 가변 소자 및/또는 전류 가변소자에 대한 임피던스값, 튜너블 임피던스 매칭부(110a)에서의 위치 등에 대한 임피던스 정보를 파악할 수 있다. 그리고, 전압 가변소자 및/또는 전류 가변소자에 대응하는 임피던스 정보를 생성하고 생성된 임피던스 정보를 임피던스 정보 필드에 저장한다.(S330) RF 입력단(Vin)과 RF 출력단(Vout) 주파수를 계속 바꿔가며 상기의 단계(S300~S330)를 반복한다.(S340) 이렇게 반복하게 되면, 주파수 대역 또는 주파수 별로 임피던스 정보필드에 전송손실이 가장 적은 가변 소자 또는 전류 가변소자에 대한 임피던스, 임피던스 매칭회로에서의 위치 등에 대한 임피던스 정보를 임피던스 정보 필드에 저장할 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 튜너블 임피던스 매칭부의 일 실시예를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 튜너블 임피던스 매칭부(110a)는 제1단(RF+)과 제2단(RF-) 사이에 연결된다. 또한, 튜너블 임피던스 매칭부(110a)는 복수의 캐패시터(210)과 복수의 캐패시터(210)에 연결되어 있는 복수의 스위치(220)를 포함한다. 그리고, 제1단(RF+)과 제2단(RF-)은 각각 RF 입력단(Vin)과 RF 출력단(Vout)에 연결될 수 있다. 이때, 복수의 캐패시터(210)의 수와 복수의 스위치(220) 수는 제어부(120)에서 전달되는 제어신호의 비트수에 대응되도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 제어신호의 비트수가 n비트이면 복수의 캐패시터(210)와 복수의 캐패시터(210)에 RF 신호가 전달되도록 하는 복수의 스위치(220)의 수를 각각 n개로 하는 것이 바람직하다. 각 비트에 대응하여 복수의 스위치(220)가 스위칭 동작을 수행하고 스위칭 동작에 의해 선택된 적어도 하나의 캐패시터에 RF 신호가 전달될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
그리고, 복수의 캐패시터들(210)의 정전용량은 다르게 설정될 수 있고, 이로 인해, 스위치들의 스위칭동작에 의해 선택된 캐패시터에 의해 부하 임피던스의 임피던스 값이 다르게 설정됨으로써, 주파수에 변경에 대응하여 임피던스 매칭을 할 수 있다. 즉, 스위치들의 스위칭동작을 제어하여 RF 신호의 손실을 최소화할 수 있는 적어도 하나의 캐패시터가 선정할 수 있다.
도 5는 도 4에 도시된 튜너블 임피던스 매칭부에서 캐패시터와 스위치의 연결관계를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 튜너블 임피던스 매칭부(110a)의 각각의 스위치들은 트랜지스터로 구현될 수 있다. 튜너블 임피던스 매칭부(110a)는 제1 단(RF+)과 제2 단(RF-) 사이에 위치하는 캐패시터(Ck), 제1 단(RF+)과 제2 단(RF-) 사이에서의 캐패시터(Ck)의 연결을 온/오프 시키는 트랜지스터로 구현되는 스위치(SWk)를 포함한다.
캐패시터(Ck)는 일단이 제1단(RF+)과 연결되고 타단은 트랜지스터(SWk)와 연결된다. 그리고, 스위치(SWk)는 일단이 캐패시터(Ck)와 연결되고 타단은 제2단(RF-)과 연결된다. 제1단(RF+)은 임피던스 매칭회로(110)의 RF 입력단(Vin)에 연결되고 제2단(RF-)은 임피던스 매칭회로(110)의 RF출력단(Vout)에 연결될 수 있다. 스위치(SWk)는 제어신호를 입력받아 선택적으로 캐패시터(Ck)에 RF 신호가 전달될 수 있도록 한다. 즉, 스위치(SWk)는 제1단(RF+)과 제2단(RF-) 사이에서 트랜지스터(310)의 스위칭동작에 의해 캐패시터(Ck)에 RF 신호가 전달될 수 있도록 한다. 여기서, 캐패시터(Ck)는 메탈 인슐레이터 메탈(Metal insulator Metal: MIM) 캐패시터, MEMS(Micro electro mechanical slystems), 인가되는 전압에 의해 유전체의 상수가 가변되는 박막 세라믹 물질을 사용한 BST(Barium Strontium Titanate)를 이용한 캐패시터 등을 사용할 수 있고, 스위치(SWk)에 사용되는 트랜지스터로는 여러 가지 반도체 소자가 사용될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐패시터(Ck)와 연결된 스위치(SWk)의 동작에 대해 설명한다.
스위치(SWk)의 동작은 게이트단(G)과 드레인단(D) 간의 전위차인 게이트-드레인 전압(VGD), 게이트단(G)과 소스단(S) 간의 전위차인 게이트-소스 전압(VGS), 바디단(B)과 드레인단(D) 간의 전위차인 바디-드레인 전압(VBD), 바디단(B)과 소스단(S) 간의 전위차인 바디-소스 전압(VBS)에 의하여 정해지며, 스위치(SWk)가 턴온(turn-on)되도록 하기 위해서는, 스위치(SWk)의 게이트단(G)은 하이(H)신호가 인가되고, 드레인단(D), 소스단(S) 및 바디단(B)은 로우(L)신호가 인가되도록 할 수 있다. 그러나, 스위치(SWk)가 턴오프(turn-off)가 되도록 하기 위해서는, 스위치(SWk)의 게이트단(G) 및 바디단(B)단은 로우(L)신호가 인가되고, 드레인단(D) 및 소스단(S)에는 하이(H)신호가 인가되도록 할 수 있다.
도 6은 도 1에 도시된 튜너블 임피던스 매칭부의 다른 일 실시예를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 튜너블 임피던스 매칭부(110a)는 제1단(RF+)과 제2단(RF-) 사이에 복수의 캐패시터(411,412,,,,41n)와 복수의 캐패시터(411,412,,,,41n) 중 하나의 캐패시터를 선택하고 선택된 튜닝 캐패시터를 통해 신호가 흐르도록 하는 복수의 트랜지스터(421,422,,,,42n)를 포함한다. 복수의 캐패시터(411,412,,,,41n)는 각각 다른 정전용량을 가질 수 있다. 복수의 캐패시터(411,412,,,,41n)는 각각의 정전용량에 의해 RF 입력단(Vin)과 RF 출력단(Vout) 사이에 전송되는 RF 신호의 주파수와 RF 출력단(Vout)에 연결되어 있는 부하의 임피던스 별로 임피던스 매칭을 할 수 있다. 이때, 복수의 캐패시터(411,412,,,,41n)는 RF 신호의 주파수 대역과 RF 출력단(Vout)에 연결되어 있는 부하의 임피던스 별로 임피던스 매칭을 할 수도 있다.
튜너블 임피던스 매칭부(110a)의 연결관계를 보다 구체적으로 설명하면, 복수의 캐패시터(411,412,,,,41n)의 제1전극은 병렬로 제1단(RF+)에 연결되고 복수의 캐패시터(411,412,,,,41n)의 제2전극은 복수의 트랜지스터 (421,422,,,,42n)의 제1전극에 연결된다. 복수의 트랜지스터(421,422,,,,42n)의 제2전극은 제2단(RF-) 사이에 연결되고 복수의 트랜지스터(421,422,,,,42n)의 각각의 게이트는 제어신호를 전달받아 트랜지스터(421,422,,,,42n)의 스위칭동작을 수행할 수 있도록 한다. 제어신호는 n 비트의 디지털 신호로 구현될 수 있으며, 각 비트에 대응하여 복수의 트랜지스터(421,422,,,,42n)의 스위칭동작이 결정될 수 있다. 복수의 트랜지스터(421,422,,,,42n)의 제1전극과 제2전극은 각각 소스와 드레인이다. 그리고, 복수의 트랜지스터(421,422,,,,42n)의 바디(B)는 각각 접지에 연결된다. 또한, 복수의 트랜지스터(421,422,,,,42n)는 m 개의 트랜지스터가 적층되어 스위칭 특성을 개선할 수 있다. 그리고, 복수의 캐패시터(411,412,,,,41n) 중 첫번째 튜닝 캐패시터(411)의 용량을 C0로 가정하면 두번째 튜닝 캐패시터(412)의 용량은 2C0 가 되고 n번째 튜닝 캐패시터(41n)의 용량은 2n C0 가 되도록 설정할 수 있다. 이렇게 튜닝 임피던스 매칭부(110a)의 복수의 캐패시터(421,422,,,,42n)들의 용량이 2의 배수로 커지도록 설정할 수 있는 이유는 2진수의 디지털 신호에 대응될 수 있도록 하기 위해서이다. 그리고, 복수의 트랜지스터(421,422,,,,42n)의 채널의 폭은 캐패시터의 용량에 대응하여 넓어진다. 즉, 첫번째 캐패시터(411)에 연결된 트랜지스터(421)의 채널의 폭은 W가 되고 두번째 캐패시터(412)에 연결된 트랜지스터(422)의 채널의 폭은 2W가 되고 n번째 캐패시터(41n)에 연결된 트랜지스터(42n)의 채널의 폭은 2n W가 된다. 그 이유는 튜닝 임피던스 매칭부(110a)의 각 트랜지스터부(421,422,,,,42n)을 통과한 신호들의 Q팩터가 일정하게 유지되도록 하기 위해서이고, Q팩터는 하기의 수학식 1과 같다.
Figure 112012095290002-pat00001
여기서 fo는 신호의 주파수, R은 스위칭 트랜지스터부의 저항, C는 캐패시터의 정전용량을 의미한다.
따라서, 캐패시터들(411,412,,,,41n)의 정전용량이 두배씩 증가하면서 동일한 Q팩터를 유지하기 위해서는 저항이 두배씩 감소하여야 한다. 그러기 위해서는 복수의 캐패시터(411,412,,,,41n)에 연결된 복수의 트랜지스터(421,422,,,,42n)의 채널의 폭이 두 배씩 증가하여야 한다.
트랜지스터들(421,422,,,,42n)의 게이트단(G)과 바디단(B)에 각각 저항이 연결될 수 있다. 각 저항은 트랜지스터들(421,422,,,,42n)이 안정적으로 동작할 수 있도록 한다. 설명의 편의를 위해 하나의 트랜지스터를 예로 들어 설명한다. 만약, 트랜지스터(421)의 드레인단(D)에 +3V에서 -3V 사이에서 스윙하는 교류 신호가 전달되고 트랜지스터(421)의 게이트단(G)에 +3V의 하이 신호가 전달되면, 드레인단(D)에는 교류 전압이 전달되기 때문에 전압의 크기가 실시간으로 변하는 반면 게이트단(G)의 전압은 하이 신호로 고정이 된다. 이렇게 드레인단(D)의 전압이 변하게 되면 드레인단(D)의 전압과 게이트단(G)의 전압차이가 트랜지스터(421)의 문턱전압보다 작게 될 수 있다. 예를 들어 드레인단(D)에 +3V의 전압이 전달되고 게이트단(G)에 +3V의 전압이 전달되면, 드레인단(D)과 게이트단(G) 간의 전압차이는 0V가 되어 트랜지스터(421)의 문턱전압보다 작아 트랜지스터(421)는 오프 상태가 된다. 하지만, 게이트단(G)에 저항이 연결되어 있으면, 트랜지스터(421)의 소스단(S)과 게이트단(G), 게이트단(G)과 드레인단(D)에 캐패시터가 형성되고 형성된 캐패시터의 커플링 동작에 의해 소스단(S)과 게이트단(G), 게이트단(G)과 드레인단(D) 간에 전압이 일정하게 유지된다.
따라서, 게이트단(G)으로 하이 신호가 입력되고 드레인단(D)에 입력되는 교류가 +3V에서 -3V 사이의 전압을 스윙하더라도 소스단(S)과 게이트단(D), 게이트단(G)과 드레인단(S) 사이의 전압이 일정하게 유지되어 트랜지스터(421)가 온 상태를 유지하게 된다. 그리고, 트랜지스터(421)가 오프 상태일 때도 동일한 과정에 의해 오프 상태가 안정적으로 유지될 수 있도록 한다.
도 7은 도 1에 도시된 임피던스 매칭회로의 동작을 나타내는 순서도이다.
도 7을 참조하면, 임피던스 매칭회로(110)의 RF 입력단(Vin)에서 RF 신호를 수신하여 RF 입력단(Vin)에서 RF 출력단(Vout)으로 소정의 주파수를 갖는 RF 신호가 전송되도록 한다. 그리고, RF 입력단(Vin)에서 RF 출력단(Vout) 사이에 전송되는 RF 신호의 출력을 측정하여 감지신호를 생성한다.(S700) 이때, RF 신호의 출력을 측정한다는 것은 RF 입력단(Vin)에서 RF 출력단(Vout) 사이에 전송되는 RF 신호의 진폭의 크기, 위상, 주파수 등에 대한 정보를 파악하는 것이다. 그리고, 감지신호는 RF 신호의 진폭의 크기, 위상에 대한 정보를 포함한다. 제어부(130)는 감지신호에 포함된 RF 신호의 진폭의 크기, 위상에 대한 정보를 이용하여 룩업테이블(120)에서 RF 입력단(Vin)에서 수신된 RF 신호의 전송손실을 최소화하는 임피던스 정보를 추출하고 획득한다.(S710) 그리고, 제어부(130)는 획득한 임피던스 정보를 이용하여 디지털 제어신호를 생성하고 임피던스 매칭회로(110)로 전달한다.(S720) 임피던스 매칭회로(110)는 디지털 제어신호를 전달받으면, 임피던스 매칭회로(110)는 디지털 제어신호에 의해 복수의 전압 가변 소자 및/또는 전류 가변소자 중 적어도 하나를 선택하고 선택된 전압가변소자 및/또는 전류 가변소자를 RF 입력단(Vin)과 RF 출력단(Vout) 사이에 연결한다.(S730) 이렇게 RF 입력단(Vin)과 RF 출력단(Vout) 사이에 룩업테이블(120)에서 추출된 임피던스 정보를 갖는 전압 가변소자 및/또는 전류가변소자가 연결되면, RF 신호의 전송손실을 최소화할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 전압 또는 전류 가변소자는 튜너블 임피던스 매칭부(110a)의 복수의 캐패시터일 수 있으며, 복수의 캐패시터 중 하나의 캐패시터를 선정한다. 튜너블 임피던스 매칭부(110a)는 디지털제어신호가 임피던스 매칭회로(110)에 전달되면, 디지털 제어신호에 대응하여 튜너블 임피던스 매칭부(110a)의 스위치들의 스위칭 동작이 결정되고 스위칭 동작에 의해 복수의 캐패시터 중 하나의 캐패시터가 RF 입력단(Vin)과 RF 출력단(Vout) 사이에 연결되도록 한다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 임피던스 매칭장치 110: 임피던스 매칭 회로 110a: 튜너블임피던스매칭부 120: 제어부
130: 룩업테이블 140: 감지부

Claims (11)

  1. RF 입력단에서 RF 출력단으로 RF 신호가 전달되되, 디지털 제어신호에 대응하여 복수의 전압 가변소자 또는 전류 가변 소자 중 적어도 하나의 전압 또는 전류 가변 소자를 선택하여 상기 RF 신호의 전송손실을 최소화하는 임피던스 매칭회로;
    상기 RF 입력단과 상기 RF 출력단 사이에 연결될 수 있는 임피던스 값과 상기 임피던스 값에 매칭되는 상기 복수의 전압가변 소자 또는 전류 가변 소자에 대한 임피던스 정보를 저장하는 룩업테이블; 및
    상기 RF 신호에 대응하여 상기 룩업테이블에 저장되어 있는 상기 임피던스 정보를 추출하고 상기 추출된 임피던스 정보에 대응하는 복수의 전압가변소자 또는 전류 가변 소자 중 적어도 하나의 전압가변소자 또는 전류 가변소자를 선택하는 상기 디지털 제어신호를 출력하는 제어부를 포함하고,
    상기 복수의 전압 또는 전류 가변소자는, 병렬로 연결된 복수의 캐패시터와, 상기 디지털 제어신호에 의해 상기 RF 입력단과 상기 RF 출력단 사이에서의 상기 복수의 캐패시터 중 적어도 하나의 연결을 온/오프 시키는 복수의 스위칭 트랜지스터를 포함하고,
    상기 복수의 스위칭 트랜지스터의 게이트단(G)과 바디단(B)은 각각 저항과 직렬로 연결되는,
    임피던스 매칭장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 임피던스 매칭회로에 상기 RF 신호에 대응하는 감지신호를 생성하여 상기 제어부에 전달하는 감지부가 더 연결되고, 상기 감지신호에 의해 상기 제어부가 상기 룩업테이블에 저장되어 있는 상기 임피던스 정보를 추출하는 임피던스 매칭장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 룩업테이블은 상기 전송손실을 최소화하는 상기 임피던스값을 RF 신호의 주파수 또는 주파수 대역별로 저장하는 임피던스 매칭장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 임피던스 정보는, 상기 임피던스 매칭부의 복수의 전압 또는 전류 가변 소자가 상기 RF 입력단과 상기 RF 출력단 사이에 선택적으로 연결하고, 상기 RF 입력단과 상기 RF 출력단 사이에 서로 다른 주파수를 갖는 RF 신호를 순차적으로 전송하고, 상기 복수의 전압 또는 전류 가변 소자 중 상기 RF 신호의 전송손실이 최소화되는 전압 또는 전류 가변소자의 임피던스 값을 파악하여 상기 임피던스 값에 대응되도록 상기 룩업테이블에 저장되는 임피던스 매칭장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 임피던스 정보는 상기 RF 신호의 진폭의 크기와 위상(Phasor)에 대응하는 임피던스 매칭장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 캐피서터의 등가 캐패시턴스는 2m-1×C0 (단, m은 n이하의 자연수)이고,
    상기 복수의 스위칭 트랜지스터의 채널폭은 각각 2m-1×W (단, m은 n이하의 자연수)이며,
    상기 n은 복수의 캐패시터의 개수, 상기 C0는 가장 작은 캐패시턴스를 갖는 캐패시터의 등가 캐패시턴스, W는 상기 가장 작은 캐패시턴스를 갖는 캐패시터에 연결된 스위칭 트랜지스터의 채널폭인,
    임피던스 매칭장치.
  7. 임피던스 매칭부의 RF 입력단과 RF 출력단으로 전송되는 RF 신호의 손실을 최소화하는 임피던스 매칭 방법으로,
    상기 RF 신호의 주파수에 대응하여 룩업테이블에 저장된 상기 RF 신호의 손실을 최소화하는 임피던스 정보를 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 임피던스 정보에 대응하여 복수의 전압 가변소자 또는 전류 가변소자 중 적어도 하나의 전압 가변소자 또는 전류 가변소자를 선택하는 디지털 제어신호를 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 전압 또는 전류 가변소자는, 병렬로 연결된 복수의 캐패시터와, 상기 디지털 제어신호에 의해 상기 RF 입력단과 상기 RF 출력단 사이에서의 상기 복수의 캐패시터 중 적어도 하나의 연결을 온/오프 시키는 복수의 스위칭 트랜지스터를 포함하고,
    상기 복수의 스위칭 트랜지스터의 게이트단(G)과 바디단(B)은 각각 저항과 직렬로 연결되는,
    임피던스 매칭방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 룩업테이블에 저장된 상기 임피던스 정보는,
    상기 RF 입력단과 상기 RF 출력단 사이에 상기 RF 신호를 전송하고 상기 RF 입력단과 상기 RF 출력단 사이에 복수의 전압 가변소자 또는 전류 가변소자를 교번적으로 연결하고 상기 RF 신호를 측정하는 단계;
    상기 RF 신호 대응하여 상기 RF 신호의 손실을 최소화할 수 있는 임피던스 값을 파악하는 단계; 및
    상기 RF 신호에 대한 정보와 상기 임피던스 값에 대응하는 상기 임피던스 정보를 생성하는 단계를 포함하여 저장되는 임피던스 매칭방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 RF 신호의 손실을 최소화할 수 있는 임피던스 값은 상기 RF 신호의 전압의 크기 및 위상(Phasor) 중 적어도 하나에 대응되는 임피던스 매칭방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 RF 신호를 측정하는 단계는, 주파수 또는 주파수 대역 별로 반복적으로 수행되는 임피던스 매칭방법.





  11. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 스위칭 트랜지스터는,
    온(on)시에 상기 게이트단(G)에 하이(H) 신호가 인가되고, 드레인단(D), 소스단(S) 및 상기 바디단(B)은 로우(L) 신호가 인가되고, 오프(off)시는 상기 게이트단(G) 및 상기 바디단(B)에 로우(L) 신호가 인가되고, 상기 드레인단(D) 및 상기 소스단(S)에 하이(H) 신호가 인가되는,
    임피던스 매칭장치.



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