KR101905791B1 - 임피던스 정합 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 증폭기와 안테나 사이의 임피던스 정합을 수행하는 임피던스 정합 회로는 가변 인덕터; 가변 캐패시터; 제1 스위치; 제2 스위치; 제3 스위치; 및 제4 스위치를 포함하고, 상기 가변 인덕터는 상기 가변 캐패시터의 일단에 연결된 일단과 상기 제2 스위치의 일단 및 상기 제4 스위치의 일단에 연결된 타단을 갖고, 상기 가변 캐패시터는 상기 제1 스위치의 일단과 상기 제3 스위치의 일단에 연결된 타단을 갖고, 상기 제1 스위치는 상기 제2 스위치의 타단에 연결된 타단을 갖고, 상기 제3 스위치는 상기 제4 스위치의 타단에 연결된 타단을 갖는다.

Description

임피던스 정합 회로{CIRCUIT FOR MATCHING IMPEDENCE}
본 발명은 임피던스 정합 장치에 관한 것이다.
이동 통신 단말기에서 안테나는 소정의 전파 신호를 송신하거나 전파를 수신하는 역할을 한다. 안테나가 최적의 송수신 방사성능을 갖도록 하기 위해서는 임피던스를 정확하게, 최적으로 정합시킬 필요가 있다.
임피던스를 정확히 정합시키기 위해 안테나 정합 회로는 캐패시터 및 인덕터 등을 구비하고, 그 캐패시터 및 인덕터의 값을 조절한다. 임피던스 정합은 통상적으로 이동통신 단말기를 자유공간에 위치시킨 상태에서 안테나의 임피던스를 정합시키는 것이다.
한편, 이동통신 단말기는 기기의 특성상 사용자가 본체를 손으로 잡고, 스피커를 귀에 밀착시킨 상태에서 사용하거나 주머니나 이동통신 단말기의 본체를 가방 등에 넣고 이어폰을 이용하여 사용하게 된다. 사용자가 이동통신 단말기의 본체를 손으로 잡고, 귀에 밀착시켜 사용하거나, 주머니 또는 가방 등에 넣고 사용함에 따라 안테나의 임피던스 정합 조건이 가변하고, 이로 인하여 자유 공간에서 임피던스를 정합시킨 안테나의 송수신 방사 성능이 저하된다.
따라서, 임피던스 정합 조건이 가변될 경우에 자동으로 안테나의 임피던스를 조절하여 안테나가 최적의 송수신 방사성능을 갖도록 하는 적응형 튜닝 안테나 회로를 채택하고 있다.
이를 위해, 적응형 튜닝 안테나 회로는 커플러를 구비하고, 커플러에서 커플링되는 반사 전력(Reflected Power) 및 송신 전력(Forward Power)을 검출하고, 검출한 반사 전력과 송신 전력에 따라 가변 캐패시터의 캐패시턴스 값을 변경하여 임피던스 정합을 수행한다.
그러나, 기존의 임피던스 정합 장치는 임피던스 정합이 가능한 구간이 매우 제한적인 문제가 있었다.
본 발명은 RF 스위치를 사용하여 임피던스 정합 회로의 구조의 변경이 가능한 임피던스 정합 회로의 제공을 목적으로 한다.
본 발명은 가변 인덕터 및 가변 캐패시터를 사용하여 임피던스 정합 구간을 크게 확장시킬 수 있는 임피던스 정합 회로의 제공을 목적으로 한다.
본 발명은 가변 인덕터 및 가변 캐패시터를 사용하여 임피던스의 리액턴스 성분의 방향을 변경시켜 임피던스 정합 구간을 크게 확장시킬 수 있는 임피던스 정합 회로의 제공을 목적으로 한다.
본 발명은 멤스(MEMS) 기술을 이용해 임피던스 정합 회로를 하나의 칩으로 구현하여 전체 사이즈를 줄이고, 비용을 절감시킬 수 있는 방법의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 증폭기와 안테나 사이의 임피던스 정합을 수행하는 임피던스 정합 회로는 가변 인덕터; 가변 캐패시터; 제1 스위치; 제2 스위치; 제3 스위치; 및 제4 스위치를 포함하고, 상기 가변 인덕터는 상기 가변 캐패시터의 일단에 연결된 일단과 상기 제2 스위치의 일단 및 상기 제4 스위치의 일단에 연결된 타단을 갖고, 상기 가변 캐패시터는 상기 제1 스위치의 일단과 상기 제3 스위치의 일단에 연결된 타단을 갖고, 상기 제1 스위치는 상기 제2 스위치의 타단에 연결된 타단을 갖고, 상기 제3 스위치는 상기 제4 스위치의 타단에 연결된 타단을 갖는다.
상기 제1 내지 제4 스위치의 개방 또는 단락의 조합에 따라 구조가 변경되어 상기 임피던스 정합을 수행한다.
상기 제1 내지 제4 스위치는 멤스(MEMS) 스위치인 것을 특징으로 한다.
상기 가변 인덕터 및 상기 가변 캐패시터는 적어도 하나 이상의 개수로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 가변 인덕터 및 상기 가변 캐패시터는 멤스(MEMS)를 이용하여 구현된 소자인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 전력 증폭기와 안테나 사이의 임피던스 정합을 수행하는 임피던스 정합 회로는 가변 인덕터; 가변 캐패시터; 제1 스위치; 및 제2 스위치를 포함하고, 상기 가변 인덕터는 상기 가변 캐패시터의 일단에 연결된 일단과 상기 제1 스위치의 가동 단자에 연결된 타단을 갖고, 상기 가변 캐패시터는 상기 제2 스위치의 가동 단자에 연결된 타단을 갖고, 상기 제1 스위치의 제1 고정 단자 및 상기 제2 스위치의 제4 고정단자는 서로 연결되고, 상기 제1 스위치의 제2 고정 단자 및 상기 제2 스위치의 제3 고정 단자는 서로 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는 쌍극 쌍투(DPDT, double-Pole Double Throw) 스위치인 것을 특징으로 한다.
상기 제1 스위치 및 제2 스위치의 개방 또는 단락의 조합에 따라 구조가 변경되어 상기 임피던스 정합을 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 가변 인덕터 및 상기 가변 캐패시터는 멤스(MEMS)를 이용하여 구현된 소자인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, RF 스위치를 사용하여 임피던스 정합 회로의 구조를 변경시킬 수 있고, 가변 인덕터 및 가변 캐패시터를 사용하여 임피던스 정합 구간을 크게 확장시킬 수 있다.
또한, 가변 인덕터 및 가변 캐패시터를 사용하여 임피던스의 리액턴스 성분의 방향을 변경시켜 임피던스 정합 구간을 크게 확장시킬 수 있다.
또한, 멤스(MEMS) 기술을 이용해 임피던스 정합 회로를 하나의 칩으로 구현하여 전체 사이즈를 줄이고, 비용을 절감시킬 수 있다.
한편 그 외의 다양한 효과는 후술될 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 임피던스 정합 장치(100)의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 임피던스 정합 회로의 구성도이다.
도 3 내지 도 4는 스위치의 동작에 따른 임피던스 정합 회로의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 임피던스 정합 회로(110)가 병렬 캐패시터-직렬 인덕터 구조를 갖는 경우 임피던스의 정합 구간을 설명하는 스미스 차트이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 임피던스 정합 회로(110)가 병렬 가변 캐패시터-직렬 가변 인덕터 구조를 갖는 경우 임피던스의 정합 구간을 설명하는 스미스 차트이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 임피던스 정합 회로(110)가 병렬 캐패시터-직렬 인덕터 구조를 갖는 경우 임피던스의 정합 구간을 설명하는 스미스 차트이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 임피던스 정합 회로(110)가 병렬 가변 캐패시터-직렬 가변 인덕터 구조를 갖는 경우 임피던스의 정합 구간을 설명하는 스미스 차트이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 임피던스 정합 회로를 사용한 경우, 전체 임피던스 정합 특성을 보여주는 스미스 차트이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 임피던스 정합 회로의 구성도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 임피던스 정합 회로의 구성도이다.
도 12 내지 도 14는 본 발명을 응용하여 구현한 임피던스 정합 회로의 다양한 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 임피던스 정합 장치(100)의 구성도이다.
임피던스 정합 장치(100)는 임피던스 정합 회로(110), 방향성 커플러(120), 검출부(130), 아날로그 디지털 변환기(ADC)(140), 제어부(150)를 포함한다.
임피던스 정합 장치(100)의 일단에는 전력증폭기(200)가 연결되고, 타단에는 RF 신호를 송수신하는 안테나(300)가 연결된다.
전력증폭기(200)는 외부로부터 수신한 송신신호를 증폭하여 임피던스 정합 장치(100)에 전달한다.
임피던스 정합 장치(100)는 안테나(300)가 최적의 방사성능을 갖도록 전력증폭기(200)와 안테나(300) 사이의 임피던스를 조절한다.
임피던스 정합 회로(110)는 안테나(160)와 병렬 연결된 캐패시터(111a), 직렬 연결된 직렬 캐패시터(111b)와 인덕터 소자들(112a, 112b, 112c)를 포함하여 구성될 수 있다. 한편, 일 실시 예에서 캐패시터들(111a, 111b)과 인덕터(112a, 112b, 112c)의 결선 또는 소자 개수는 실시 예에 따라 달라질 수 있다. 일 실시 예에서 캐패시터들(111a, 111b)은 병렬 캐패시터(111a) 하나와 직렬 캐패시터(111b) 하나로 구성되는 것을 예시하고 있지만, 이에 한정되지 않고, 병렬 캐패시터 또는 직렬 캐패시터만으로 구성될 수 있고, 3 개이상의 캐패시터들로 구성될 수 있다.
임피던스 정합 회로(110)의 다양한 실시 예는 도 2 내지 도 6에서 상세히 설명한다.
방향성 커플러(Directional Coupler)(120)는 전력증폭기로부터 RF 프론트 엔드(미도시)를 통해 입력되는 송신신호와 안테나(160)의 종단으로부터 반사되는 반사신호를 분리하여 출력한다. 검출부(130)는 방향성 커플러(120)로부터 출력된 송신신호 및 반사신호를 통해 송신전력 및 반사전력의 크기를 검출할 수 있고, 송신전력에 해당되는 크기의 송신전압과 반사전력에 해당되는 크기의 반사전압을 출력할 수 있다. 검출부(130)는 송신신호로부터 송신전력을 검출하고, 송신전력으로부터 송신전압을 출력하는 송신전력 검출부(131) 및 반사신호로부터 반사전력을 검출하고, 반사전력으로부터 반사전압을 출력하는 반사전력 검출부(132)를 포함할 수 있다. 즉, 송신전력 검출부(131)는 방향성 커플러(120)의 일단에 연결된 전력 증폭기(200)로부터 증폭된 송신전력의 크기를 검출하고, 반사전력 검출부(132)는 안테나(300)로부터 반사된 반사전력의 크기를 검출한다.
아날로그 디지털 변환기(ADC)(140)는 검출된 송신전력 및 반사전력 값을 디지털 값으로 변환한다. 아날로그 디지털 변환기(ADC)(140)는 송신전력과 반사전력의 차이를 출력한다.
제어부(150)는 출력된 송신 전력과 반사 전력의 차이을 기초로 변경시킬 임피던스 값을 결정할 수 있고, 결정된 임피던스 값에 따라 임피던스를 정합할 수 있다.
임피던스 정합회로(110)는 제어 신호에 의해 전력증폭기(200)와 안테나(300) 사이의 임피던스 값을 정합하여 최적의 임피던스 정합을 가능하게 한다. 최적의 임피던스 정합을 위한 방법은 후술한다.
가변 캐패시터들(111a, 111b)의 캐패시턴스 값은 제어부(140)에 의해 인가되는 DC 전압에 의해 변화되며, 가변된 가변 캐패시터들(111a, 111b)의 캐패시턴스 값에 의해 송신 전력에 대한 반사 전력의 크기가 변화되게 된다. 이때, 반사 전력의 크기가 크면 임피던스 정합이 제대로 이루어지지 않은 것이고, 반사 전력의 크기가 작을수록 임피던스 정합이 잘 이루어진 것이다. 다시 말해서, 안테나와 RF 프론트엔드 간의 정합 정도를 나타내는 지표 중의 하나인 전압 정재파비(VSWR)을 이용한 것으로서, 송신전력과 반사전력의 차이가 클수록 임피던스 정합이 잘 이루어진 것이고, 차이가 작을수록 임피던스 정합이 제대로 이루어지지 않은 것이다.
다음으로 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 임피던스 정합 회로의 구성도 및 임피던스 정합 회로의 동작을 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 임피던스 정합 회로의 구성도이고, 도 3 내지 도 4는 스위치의 동작에 따른 임피던스 정합 회로의 구성도이다.
도 2를 참고하면, 임피던스 정합 회로(110)는 가변 인덕터(113), 가변 캐패시터(114), 제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2), 제3 스위치(S3), 제4 스위치(S4), 제1 단자(A), 제2 단자(B)를 포함할 수 있다.
도 2에서는 가변 인덕터(113) 및 가변 캐패시터(114)의 개수는 1개씩이나, 이에 한정될 필요는 없고, 복수 개로 구성될 수 있다.
2개의 회로를 연결할 경우, 제1 단자(A)에는 2개의 회로 중 하나의 출력단이 연결되고, 제2 단자(B)에는 다른 하나의 입력단이 연결될 수 있다. 일 실시 예에서 제1 단자(A)에는 방향성 커플러(120)의 일단이 연결되고, 제2 단자(B)에는 안테나(300)의 일단이 연결될 수 있다.
가변 인덕터(113)는 제1 단자(A) 및 가변 캐패시터(114)의 일단에 연결된 일단과 제2 스위치(S2)의 일단 및 제4 스위치(S4)의 일단에 연결된 타단을 가진다.
가변 캐패시터(114)는 제1 단자(A) 및 가변 인덕터(113)의 일단에 연결된 일단과 제1 스위치(S1)의 일단과 제3 스위치(S3)의 일단에 연결된 타단을 갖는다.
제1 스위치(S1)는 가변 캐패시터(114)의 타단 및 제3 스위치(S3)의 일단에 연결된 일단과 그라운드에 연결된 타단을 가진다.
제2 스위치(S2)는 가변 인덕터(113)의 타단 및 제4 스위치(S4)의 일단에 연결된 일단과 그라운드에 연결된 타단을 가진다.
제3 스위치(S3)는 가변 캐패시터(114)의 타단 및 제1 스위치(S1)의 일단에 연결된 일단과 제4 스위치(S4)의 타단 및 제2 단자(B)에 연결된 타단을 가진다.
제4 스위치(S4)는 가변 인덕터(113)의 타단 및 제2 스위치(S2)의 일단에 연결된 일단과 제3 스위치(S3)의 타단 및 제2 단자(B)에 연결된 타단을 가진다.
제1 내지 제4 스위치(S1, S2, S3, S4)는 RF(Radio Frequency) 스위치로서, 높은 Q값을 가지고, 낮은 삽입 손실을 갖는 멤스(MEMS: Micro Electro Mechanical System) 스위치일 수 있다.
멤스(MEMS: Micro Electro Mechanical System) 스위치를 사용하면, 스위치 자체에서 발생하는 기생성분을 최소화할 수 있다.
또한, 임피던스 정합 회로(110)에서 사용되는 가변 인덕터(113) 및 가변 캐패시터(114) 소자 역시, 멤스(MEMS: Micro Electro Mechanical System) 소자 기술로 구현 가능하므로, 임피던스 정합 회로(110)를 하나의 칩으로 구현할 수 있다. 이로 인해, 전체 사이즈 및 비용 면에서 유리 해 임피던스 정합 회로(110)의 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.
도 2에 도시된 임피던스 정합 회로(110)는 제1 내지 제4 스위치의 개방 또는 단락의 조합에 의해 그 구조가 변경될 수 있고, 구조의 변경에 따라 임피던스 값도 변경될 수 있다.
제어부(150)는 임피던스 정합 회로(110)에 제어신호를 인가하여 제1 내지 제4 스위치의 개방 또는 단락의 조합을 만들 수 있다.
구체적으로, 제1 스위치(S1) 및 제4 스위치(S4)가 단락되고, 제2 스위치(S2) 및 제3 스위치(S3)가 개방되면, 도 3에 도시된 바와 같이, 임피던스 정합 회로(110)는 병렬 캐패시터-직렬 인덕터 구조로 변경될 수 있다.
만약, 제1 스위치(S1) 및 제4 스위치(S4)가 개방되고, 제2 스위치(S2) 및 제3 스위치(S3)가 단락되면, 도 4에 도시된 바와 같이, 임피던스 정합 회로(110)는 병렬 인덕터-직렬 캐패시터 구조로 변경될 수 있다.
도 2 내지 도 4에서는 가변 인덕터 및 가변 캐패시터를 이용하여 임피던스 정합 회로(110)를 구성하는 예를 도시하였으나, 가변 인덕터는 고정된 인덕턴스 값을 갖는 고정 인덕터로, 가변 캐패시터는 고정된 캐패시턴스 값을 갖는 고정 캐패시터로 대체될 수 있다.
다음으로 도 5 내지 도 9에서 임피던스 정합 회로의 구조에 따른 스미스 차트(Smith Chart)를 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 임피던스 정합 회로(110)가 병렬 캐패시터-직렬 인덕터 구조를 갖는 경우 임피던스의 정합 구간을 설명하는 스미스 차트이다.
도 5의 경우, 고정된 캐패시턴스 값을 갖는 캐패시터 및 고정된 인덕턴스 값을 갖는 인덕터를 사용했다. 이 때, 캐패시턴스 값은 5pF이고, 인덕턴스 값은 5nH이다.
고정 인덕터 및 고정 캐패시터를 사용한 경우, 도 5와 같은 임피던스 정합 특성을 갖는다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 임피던스 정합 회로(110)가 병렬 가변 캐패시터-직렬 가변 인덕터 구조를 갖는 경우 임피던스의 정합 구간을 설명하는 스미스 차트이다.
캐패시턴스의 가변 범위는 1pF에서 10pF이고, 인덕턴스의 가변 범위는 1nH에서 10nH이다.
가변 캐패시터 및 가변 인덕터를 사용한 경우, 도 6과 같은 임피던스 정합 특성을 갖는다. 즉, 안테나 임피던스가 기준 임피던스인 50옴인 경우로 가정할 때, 가변 캐패시터 및 가변 인덕터를 포함하는 임피던스 정합 회로(110)는 스미스 차트의 상반구인 인덕턴스 영역을 포함하는 영역에서 동작하여 제1 단자(A) 및 제2 단자(B)에 연결된 두 회로의 임피던스를 정합할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 임피던스 정합 회로(110)가 병렬 캐패시터-직렬 인덕터 구조를 갖는 경우 임피던스의 정합 구간을 설명하는 스미스 차트이다.
도 7의 경우, 고정된 캐패시턴스 값을 갖는 캐패시터 및 고정된 인덕턴스 값을 갖는 인덕터를 사용했다. 이 때, 캐패시턴스 값은 5pF이고, 인덕턴스 값은 5nH이다.
고정 인덕터 및 고정 캐패시터를 사용한 경우, 도 7과 같은 임피던스 정합 특성을 갖는다.
도 8은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 임피던스 정합 회로(110)가 병렬 가변 캐패시터-직렬 가변 인덕터 구조를 갖는 경우 임피던스의 정합 구간을 설명하는 스미스 차트이다.
캐패시턴스의 가변 범위는 1pF에서 10pF이고, 인덕턴스의 가변 범위는 1nH에서 10nH이다.
가변 캐패시터 및 가변 인덕터를 사용한 경우, 도 8과 같은 임피던스 정합 특성을 갖는다. 즉, 안테나 임피던스가 기준 임피던스인 50옴인 경우로 가정할 때, 가변 캐패시터 및 가변 인덕터를 임피던스 정합 회로(110)로 사용한 경우, 스미스 차트의 하반구인 캐패시턴스 영역으로 임피던스 정합이 가능한 특성을 보여준다.
도 9는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 임피던스 정합 회로를 사용한 경우, 전체 임피던스 정합 특성을 보여주는 스미스 차트이다.
도 2에 도시된 임피던스 정합 회로(110)는 제1 내지 제4 스위치의 개방 또는 단락의 조합에 의해 그 구조가 변경될 수 있고, 구조의 변경에 따라 임피던스 값도 변경될 수 있다.
즉, 제1 내지 제4 스위치의 개방 또는 단락의 조합에 의해 병렬 캐패시터-직렬 인덕터 및 병렬 인덕터-직렬 캐패시터의 구조로 변경 가능하므로, 본 발명의 제1 실시 예에 따르면, 도 6 및 도 8의 임피던스 정합 특성을 가질 수 있다.
도 9의 스미스 차트는 상반구 및 하반구 영역 모두 임피던스 정합이 가능한 특성을 보여준다. 도 9를 참고하면, 임피던스 정합이 가능한 영역이 스미스 차트의 상반구 및 하반구 영역으로 크게 확장된 것을 확인할 수 있다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 임피던스 정합 회로의 구성도이다.
도 10을 참고하면, 임피던스 정합 회로(110)는 가변 인덕터(113), 가변 캐패시터(114), 제1 스위치(S1), 제2 스위치(S2), 제3 스위치(S3), 제4 스위치(S4), 제1 단자(A), 제2 단자(B)를 포함할 수 있다.
2개의 회로를 연결할 경우, 제1 단자(A)에는 2개의 회로 중 하나의 출력단이 연결되고, 제2 단자(B)에는 다른 하나의 입력단이 연결될 수 있다. 일 실시 예에서 제1 단자(A)에는 방향성 커플러(120)의 일단이 연결되고, 제2 단자(B)에는 안테나(300)의 일단이 연결될 수 있다.
가변 인덕터(113)는 제1 단자(A) 및 가변 캐패시터(114)의 일단에 연결된 일단과 제1 스위치(S1)의 일단 및 제2 스위치(S2)의 일단에 연결된 타단을 포함한다. 제1 스위치(S1)의 타단은 그라운드에 연결되고, 제2 스위치(S2)의 타단은 제2 단자(B) 및 제4스위치(S4)의 타단에 연결된다.
가변 캐패시터(114)는 제1 단자(A) 및 가변 인덕터(113)의 일단에 연결된 일단과 제3 스위치(S3)의 일단 및 제4 스위치(S3)의 일단에 연결된 타단을 포함한다. 제3 스위치(S3)의 타단은 그라운드와 연결되고, 제4 스위치(S4)의 타단은 제2 단자(B) 및 제2 스위치(S2)의 타단에 연결된다.
제1 내지 제4 스위치(S1, S2, S3, S4)는 RF(Radio Frequency) 스위치 또는 멤스(MEMS: Micro Electro Mechanical System) 스위치일 수 있다.
도 10에 도시된 임피던스 정합 회로(110)는 제1 내지 제4 스위치의 개방 또는 단락의 조합에 의해 그 구조가 변경될 수 있고, 구조의 변경에 따라 임피던스 값도 변경될 수 있다.
제어부(150)는 임피던스 정합 회로(110)에 제어신호를 인가하여 제1 내지 제4 스위치의 개방 또는 단락의 조합을 만들 수 있다.
구체적으로, 제1 스위치(S1) 및 제4 스위치(S4)가 개방되고, 제2 스위치(S2) 및 제3 스위치(S3)가 단락되면, 도 3에 도시한 바와 같이, 임피던스 정합 회로(110)는 병렬 캐패시터-직렬 인덕터 구조로 변경될 수 있다.
만약, 제1 스위치(S1) 및 제4 스위치(S4)가 단락되고, 제2 스위치(S2) 및 제3 스위치(S3)가 개방되면, 도 4에 도시한 바와 같이, 임피던스 정합 회로(110)는 병렬 인덕터-직렬 캐패시터 구조로 변경될 수 있다.
도 11은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 임피던스 정합 회로의 구성도이다.
도 11을 참고하면, 임피던스 정합 회로(110)는 가변 인덕터(113), 가변 캐패시터(114), 제1 스위치(S11), 제2 스위치(S12), 제1 단자(A), 제2 단자(B)를 포함할 수 있다.
2개의 회로를 연결할 경우, 제1 단자(A)에는 2개의 회로 중 하나의 출력단이 연결되고, 제2 단자(B)에는 다른 하나의 입력단이 연결될 수 있다. 일 실시 예에서 제1 단자(A)에는 방향성 커플러(120)의 일단이 연결되고, 제2 단자(B)에는 안테나(300)의 일단이 연결될 수 있다.
제1 스위치(S11)는 하나의 가동단자(C) 및 2개의 고정단자(a11, b11)를 포함한다.
제2 스위치(S12)는 하나의 가동단자(D) 및 2개의 고정단자(a12, b12)를 포함한다.
가변 인덕터(113)는 제1 단자(A) 및 가변 캐패시터(114)의 일단에 연결된 일단과 제1 스위치(S11)의 가동단자(C)에 연결된 타단을 포함한다. 제1 스위치(S11)의 제1 고정단자(a11)는 제2 단자(B)에 연결되고, 제1 스위치(S11)의 제2 고정단자(b11)는 그라운드에 연결된다.
가변 캐패시터(114)는 제1 단자(A) 및 가변 인덕터(113)의 일단에 연결된 일단과 제2 스위치(S12)의 가동단자(D)에 연결된 타단을 포함한다. 제2 스위치(S12)의 제3 고정단자(a12)는 그라운드에 연결되고, 제4 고정단자(b12)는 제2 단자(B)에 연결된다.
제1,2 스위치(S11, S12)는 쌍극 쌍투(DPDT, double-Pole Double Throw) 스위치일 수 있다. 쌍극 쌍투(DPDT, double-Pole Double Throw) 스위치는 하나의 제어신호에 의해 2개의 스위치를 동시에 동작시킬 수 있는 스위치이다.
도 11에 도시된 임피던스 정합 회로(110)는 쌍극 쌍투(DPDT, double-Pole Double Throw) 스위치를 사용하여, 스위치를 4개 사용한 도 2 및 도 10에 비하여 스위치의 개방 또는 단락을 위한 제어신호를 1개로 줄일 수 있는 장점이 있다. 이로 인해, 도 11에 도시된 임피던스 정합 회로(110)는 임피던스 정합을 보다 신속하게 수행할 수 있다.
도 11에 도시된 임피던스 정합 회로(110)는 제1,2 스위치(S11, S12)가 동시에 개방 또는 동시에 단락함에 따라 그 구조가 변경될 수 있고, 구조의 변경에 따라 임피던스 값도 변경될 수 있다.
제어부(150)는 임피던스 정합 회로(110)에 제어신호를 인가하여 제1,2 스위치(S11, S12)의 개방 또는 단락의 조합을 만들 수 있다.
구체적으로, 제1 스위치(S11)의 가동단자(C)가 고정단자(a11)에 연결되고, 제2 스위치(S12)의 가동단자(D)가 고정단자(a12)에 연결되면, 도 3에 도시한 바와 같이, 임피던스 정합 회로(110)는 병렬 캐패시터-직렬 인덕터 구조로 변경될 수 있다.
만약, 제1 스위치(S11)의 가동단자(C)가 고정단자(b11)에 연결되고, 제2 스위치(S12)의 가동단자(D)가 고정단자(b12)에 연결되면, 도 4에 도시한 바와 같이, 임피던스 정합 회로(110)는 병렬 인덕터-직렬 캐패시터 구조로 변경될 수 있다.
도 12 내지 도 14는 본 발명을 응용하여 구현한 임피던스 정합 회로의 다양한 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 12 내지 도 14는 임피던스 정합 회로에 모두 외부 고정형 수동 소자가 연결되어 있는 구조를 보여준다.
도 12는 역 L형 임피던스 정합 구조이고, 도 13은 T형 임피던스 정합 구조이고, 도 14는 파이(PI)형 임피던스 정합 구조이다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 부하 임피던스(ZL=RL+jXL)에 따라 적절한 임피던스 정합 회로를 선택하여 효과적인 임피던스 정합을 수행할 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해 되어서는 안될 것이다.
100: 임피던스 정합 장치
110: 임피던스 정합 회로
113: 가변 인덕터
114: 가변 캐패시터
S1: 제1 스위치
S2: 제2 스위치
S3: 제3 스위치
S4: 제4 스위치
120: 방향성 커플러
130: 검출부
140: 아날로그 디지털 변환기(ADC)
150: 제어부
200: 전력증폭기
300: 안테나

Claims (9)

  1. 전력 증폭기와 안테나 사이의 임피던스 정합을 수행하며 하나의 칩으로 구현된 임피던스 정합 회로에 있어서,
    가변 인덕터;
    가변 캐패시터;
    제1 스위치;
    제2 스위치;
    제3 스위치; 및
    제4 스위치를 포함하고,
    상기 가변 인덕터는 상기 가변 캐패시터의 일단에 연결된 일단과 상기 제2 스위치의 일단 및 상기 제4 스위치의 일단에 연결된 타단을 갖고,
    상기 가변 캐패시터는 상기 제1 스위치의 일단과 상기 제3 스위치의 일단에 연결된 타단을 갖고,
    상기 제1 스위치는 상기 제2 스위치의 타단에 연결된 타단을 갖고,
    상기 제3 스위치는 상기 제4 스위치의 타단에 연결된 타단을 갖고,
    상기 제1 내지 제4 스위치는 멤스(MEMS) 스위치이고,
    상기 가변 인덕터 및 상기 가변 캐패시터는 적어도 하나 이상의 개수로 구성되고,
    상기 가변 인덕터 및 상기 가변 캐패시터는 멤스(MEMS)를 이용하여 구현되고,
    상기 제1 스위치 및 상기 제4 스위치가 단락되고, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치가 개방되면 병렬 가변 캐패시터-직렬 가변 인덕터 구조를 가지며, 상기 제1 스위치 및 상기 제4 스위치가 개방되고, 상기 제2 스위치 및 상기 제3 스위치가 단락되면 병렬 가변 인덕터-직렬 가변 캐패시터 구조를 가지고,
    상기 가변 캐패시터의 가변 범위는 1pF 내지 10pF이고, 상기 가변 인덕터의 가변 범위는 1nH 내지 10nH인 임피던스 정합 회로.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 전력 증폭기와 안테나 사이의 임피던스 정합을 수행하며 하나의 칩으로 구현된 임피던스 정합 회로에 있어서,
    가변 인덕터;
    가변 캐패시터;
    제1 스위치; 및
    제2 스위치를 포함하고,
    상기 가변 인덕터는 상기 가변 캐패시터의 일단에 연결된 일단과 상기 제1 스위치의 가동 단자에 연결된 타단을 갖고,
    상기 가변 캐패시터는 상기 제2 스위치의 가동 단자에 연결된 타단을 갖고,
    상기 제1 스위치의 제1 고정 단자 및 상기 제2 스위치의 제4 고정단자는 서로 연결되고,
    상기 제1 스위치의 제2 고정 단자 및 상기 제2 스위치의 제3 고정 단자는 서로 연결되고,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는 쌍극 쌍투(DPDT, double-Pole Double Throw) 스위치이고,
    상기 가변 인덕터 및 상기 가변 캐패시터는 멤스(MEMS)를 이용하여 구현된 소자이고,
    상기 제1 스위치 및 제2 스위치의 개방 또는 단락의 조합에 따라 병렬 캐패시터-직렬 인덕터 또는 병렬 인덕터 또는 직렬 캐패시터 구조로 변경되어 상기 임피던스 정합을 수행하고,
    상기 가변 캐패시터의 가변 범위는 1pF 내지 10pF이고, 상기 가변 인덕터의 가변 범위는 1nH 내지 10nH인 임피던스 정합 회로.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004304154A (ja) * 2003-03-28 2004-10-28 Northrop Grumman Corp Ｍｅｍｓ可変インダクタ及びキャパシタ

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