KR101919317B1 - 가변 λ/4 전송선로를 이용한 다중대역 SPNT 스위치, 상기 스위치를 포함하는 스위치 매트릭스, 및 송수신 시스템 - Google Patents

가변 λ/4 전송선로를 이용한 다중대역 SPNT 스위치, 상기 스위치를 포함하는 스위치 매트릭스, 및 송수신 시스템 Download PDF

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Abstract

SPNT 스위치, 및 이를 포함하는 SPNT 스위치 매트릭스와 송수신 시스템이 개시된다. SPNT 스위치는, 전송 선로부, 및 접지 스위치부를 포함한다. 전송 선로부는 복수의 선택 단자와 단일 공통 단자 사이에 각각 연결된 복수의 전송 선로를 포함하며, 접지 스위치부는 복수의 전송 선로를 각각 접지시키기 위한 복수의 접지 스위치를 포함하고, 복수의 전송 선로 중 적어도 일부와 다른 전송 선로가 각각 서로 다른 주파수에 대해 공통 단자에서 오픈 노드로 동작하도록 한다. 이와 같은 구성에 의하면, 병렬 구조의 SPNT 스위치의 전송 선로들이 서로 다른 주파수에 대하여 공통 단자에서 각각 오프 노드로 동작하도록 함으로써, 다중대역에서 우수한 특성을 가진 병렬 구조 SPNT 스위치를 구현할 수 있게 된다.

Description

가변 λ/4 전송선로를 이용한 다중대역 SPNT 스위치, 상기 스위치를 포함하는 스위치 매트릭스, 및 송수신 시스템 {MULTI-BAND SPNT SWITCH USING VARIABLE λ/4 TRANSMISSION LINE, AND SWITCH MATRIX AND TRANSMITTING AND RECEIVING SYSTEM COMORISING THE SPNT SWITCH}
본 발명은 RF, 마이크로파, 밀리미터파 및 테라헤르츠 대역에서 동작하는 무선 응용 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다중대역 신호의 멀티플렉싱 또는 디멀티플렉싱을 수행하는 RF 회로, 무선 송수신 시스템, 레이더 등에 필요한 다중대역 SPNT(Single Pole N throw) 스위치에 관한 것이다.
일반적으로, SPNT 스위치를 구현하는 구조로는 도 2와 같이 (a)전송경로에 직렬로 SPST(Single Post Single Throw) 스위치를 결합하여 SPST 오프(off) 시 오픈(open) 노드로 구성하는 방식, (b)병렬연결하여 SPST 온(on) 시 그라운드(GND)로 연결하는 방식, 및 둘을 혼합하여 구성하는 방법 등이 있다. 도 1은 SPNT 스위치의 개념을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 SPNT 스위치의 구현 구조 형태들을 도시한 도면이다.
이때, SPNT의 구성에 사용된 SPST 스위치 소자가 갖는 오프(off) 저항은 스위치의 입력과 출력단의 분리도와 연관되어 있으며, 오프(off) 저항이 클수록 스위치의 분리도를 높여주는 역할을 한다. 소자가 갖는 온(on) 시의 저항은 스위치의 삽입손실과 관련한 파라미터로, 삽입손실을 낮추기 위해서는 소자가 갖는 온(on) 저항을 최소화하여야 한다.
도 3은 트랜지스터 또는 다이오드를 이용하여 직렬 또는 병렬 연결된 SPST 스위치의 등가 회로도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, RF 스위치를 구성하는 경우, SPST 스위치 소자의 특성인 온(on), 오프(off) 저항 이외에도 주파수 관련 특성과 관련된 소자의 오프(off) 캐패시턴스가 추가로 고려되어야 한다.
그런데 SPST 스위치의 분리도 성능은 일반적으로 오프(off) 캐패시턴스에 의해 떨어지게 된다. 이러한 SPST 스위치의 분리도 성능 저하는 SPNT의 동작에도 악영향을 주어 각 경로의 삽입손실과 분리도 또한 저하된다.
수십 GHz 이상의 밀리미터 대역 이상의 주파수 대역에서는, 이와 같은 캐패시턴스 성분에 의한 RF SPNT SPST 스위치 소자의 성능 저하는, 직렬구성이 경우가 병렬구성보다 매우 크게 나타나게 되어 밀리미터 이상의 대역에서는 병렬구성의 SPNT 스위치 구성이 선호되고 있다.
한편, 도 2의 (b)에서와 같이 SPST가 병렬로 구성된 RF SPNT 스위치의 경우, 온(on) 경로는 입출력단의 특성임피던스가 정합되도록 하여 입력된 입력신호의 삽입손실을 최소화하여야 한다. 이때, SPST는 오프(off)가 되어 SPNT 스위치의 온(on) 상태와는 상보적인 상태를 갖는다.
SPNT의 차단을 원하는 경로는 병렬로 연결된 SPST가 그라운드(GND)와 연결되어 출력단으로 입력신호가 전달되지 않도록 구성된다. 이때, SPST는 온(on)이 되어 SPNT 스위치의 오프(off) 상태와는 상보적인 상태를 갖는다.
추가적으로 RF SPNT는 온(on) 경로가 오프(off) 경로의 SPST 스위치에 의한 출력에서의 임피던스 변화를 막기 위해, 온(on) 경로의 동작 주파수에 대한 λ/4의 전송선로와 오프(off) 경로의 그라운드(GND)로 연결된 SPST가 결합하여 오픈(open) 노드로 동작하도록 구성한다.
도 2의 (b)는 단일대역 f1 Hz 대역의 신호만을 입력받는 SPNT 스위치이다. 이때, SPNT 스위치 전송경로에 포함되는 f1 Hz λ/4 전송선로의 물리적 길이는 f1 Hz 주파수에서만 λ/4의 전기적 길이로만 설정된다. 그 이외의 주파수에서는 다른 전기적 길이로 보이게 된다.
고정된 f1 이외의 다른 주파수 영역에서는 오픈(open) 노드로 보여야 할 λ/4 short-stub이 임의의 임피던스로 보이게 되어 SPNT의 입출력 정합 특성 및 격리도를 만족시키기 어렵다. 이러한 구조로 인해, 병렬 구조의 SPNT 스위치는 단일 대역 SPNT로는 사용할 수 있었으나, 다중 대역의 SPNT로 구현되는 것이 불가능하였으며, 이에 따라, 그 사용도 단일대역 SPNT로의 사용에 국한되었다.
도 4는 SP3T 스위치를 다중대역 SPNT 스위치로 사용하기에 불가능한 예가 도시된 도면이다. 도 4에서, 각 스위치 경로에 포함된 각각의 전송선로 길이는 각각의 입력단에 인가되는 주파수 신호의 λ/4의 전기적 길이로 구성되었다. f1의 신호를 출력단에 도통시키는 경우 f2와 f3 경로의 전송선로는 스위치와 같이 f1에서 λ/4 short-stub을 구성해야 한다.
하지만, 도면에서 보여지듯 고정된 길이의 전송선로는 한 주파수 대역에서만 λ/4 short-stub으로 작동하기 때문에 f2와 f3의 주파수 신호를 사용할 시에는 출력단에서 차단된 경로가 아닌 특정 임피던스를 갖는 노드(node)로 표현되게 된다. 이와 같은 이유로 병렬형 SPNT 스위치는 다중 대역을 위해 확장이 불가능하였다.
KR 1020150002347 A
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 다중 대역에서 사용할 수 있는 병렬 구조의 SPNT 스위치 및 이를 포함하는 스위치 매트릭스 및 송수신 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 SPNT 스위치는, 전송 선로부, 및 접지 스위치부를 포함한다.
전송 선로부는 복수의 선택 단자와 단일 공통 단자 사이에 각각 연결된 복수의 전송 선로를 포함하며, 접지 스위치부는 복수의 전송 선로를 각각 접지시키기 위한 복수의 접지 스위치를 포함하고, 복수의 전송 선로 중 적어도 일부와 다른 전송 선로가 각각 서로 다른 주파수에 대해 공통 단자에서 오픈 노드로 동작하도록 한다.
이와 같은 구성에 의하면, 병렬 구조의 SPNT 스위치의 전송 선로들이 서로 다른 주파수에 대하여 공통 단자에서 각각 오프 노드로 동작하도록 함으로써, 다중 대역에서 우수한 특성을 가진 병렬 구조 SPNT 스위치를 구현할 수 있게 된다.
이때, 접지 스위치부는 공통 단자로부터 동작 주파수의 1/4 파장 이격된 위치에서 접지되도록 복수의 전송 선로에 연결된 접지 스위치들을 동작할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 간단하고 단순한 구조로 용이하게 다중 대역 병렬 구조 SPNT 스위치를 구현할 수 있게 된다.
또한, 접지 스위치부는 복수의 전송 선로 중 적어도 일부에 대해 하나의 전송 선로의 서로 다른 위치에 연결된 복수의 접지 스위치를 포함할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 동일한 전송 선로에 연결된 서로 다른 스위치의 선택에 의해 전송 선로의 전기적 길이를 용이하게 변화시킬 수 있게 된다.
또한, 접지 스위치부는 복수의 전송 선로의 수와 동일한 수의 접지 스위치를 복수의 전송 선로 각각에 대해 포함할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 다양한 입력 신호의 주파수 조합에 대해서도 용이하게 대응하여 스위칭을 수행할 수 있게 된다.
또한, 접지 스위치부는 미리 설정된 주파수에 대해 공통 단자에서 오픈 노드로 동작하도록 하는 스위치보다 선택 단자에 가까이 위치하는 접지 스위치를 함께 동작할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 신호가 입력되지 않는 전송 선로의 접지를 보다 안정적으로 수행할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 SPNT 스위치 매트릭스는, 복수의 선택 단자와 단일 공통 단자를 가지는 SPNT 스위치들의 공통 단자들이 서로 연결된 SPNT 스위치 매트릭스이다. 이때, SPNT 스위치는 복수의 선택 단자와 단일 공통 단자 사이에 각각 연결된 복수의 전송 선로를 포함하는 전송 선로부 및 복수의 전송 선로를 각각 접지시키기 위한 복수의 접지 스위치를 포함하는 접지 스위치부를 포함한다. 또한, 접지 스위치부는 복수의 전송 선로 중 적어도 일부와 다른 전송 선로가 각각 서로 다른 주파수에 대해 상기 공통 단자에서 오픈 노드로 동작하도록 한다.
또한, 본 발명에 따른 송수신 시스템은, 복수의 선택 단자와 단일 공통 단자를 가지는 서로 다른 SPNT 스위치의 공통 단자에 각각 연결된 송신 안테나 및 수신 안테나를 포함한다. 이때, SPNT 스위치는 복수의 선택 단자와 단일 공통 단자 사이에 각각 연결된 복수의 전송 선로를 포함하는 전송 선로부 및 복수의 전송 선로를 각각 접지시키기 위한 복수의 접지 스위치를 포함하는 접지 스위치부를 포함한다. 또한, 접지 스위치부는 복수의 전송 선로 중 적어도 일부와 다른 전송 선로가 각각 서로 다른 주파수에 대해 공통 단자에서 오픈 노드로 동작하도록 한다.
본 발명에 의하면, 병렬 구조의 SPNT 스위치의 전송 선로들이 서로 다른 주파수에 대하여 공통 단자에서 각각 오프 노드로 동작하도록 함으로써, 다중대역에서 우수한 특성을 가진 병렬 구조 SPNT 스위치를 구현할 수 있게 된다.
또한, 간단하고 단순한 구조로 용이하게 다중 대역 병렬 구조 SPNT 스위치를 구현할 수 있게 된다.
또한, 동일한 전송 선로에 연결된 서로 다른 스위치의 선택에 의해 전송 선로의 전기적 길이를 용이하게 변화시킬 수 있게 된다.
또한, 다양한 입력 신호의 주파수 조합에 대해서도 용이하게 대응하여 스위칭을 수행할 수 있게 된다.
또한, SPNT 스위치 동작에 무관한 SPST 스위치를 이용하여, 신호가 입력되지 않는 전송 선로의 접지를 보다 안정적으로 수행할 수 있게 된다.
도 1은 SPNT 스위치의 개념을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 SPNT 스위치의 구현 구조 형태들을 도시한 도면.
도 3은 트랜지스터 또는 다이오드를 이용하여 직렬 또는 병렬 연결된 SPST 스위치의 등가 회로도.
도 4는 SP3T 스위치를 다중대역 SPNT 스위치로 사용하기에 불가능한 예가 도시된 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 SPNT 스위치의 개념을 개략적으로 도시한 도면.
도 6은 도 5의 SPNT 스위치의 일 구현예의 도면.
도 7은 도 5의 전송 선로부의 일부 전송 선로를 확대한 도면.
도 8은 도 6의 SPNT 스위치를 이중대역 SP2T로 구현한 예의 개략적인 도면.
도 9는 도 6의 다중대역 RF SPNT 스위치를 삼중대역 SP3T로 구현한 예의 개략적인 도면.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 SPNT 스위치 매트릭스의 개념을 개략적으로 도시한 도면.
도 11은 도 10의 SPNT 스위치 매트릭스의 일 구현예의 도면.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 송수신 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 SPNT 스위치의 개념을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 6은 도 5의 SPNT 스위치의 일 구현예의 도면이다. 도 6에서, N개의 입력을 갖는 SPNT 스위치(100)의 각 경로에는 N개의 SPST 스위치(120)가 병렬로 포함된다. SPNT 스위치의 구성에 사용된 SPST 스위치로는 트랜지스터, 다이오드 등 거의 모든 스위치 소자들이 사용될 수 있다.
SPNT 스위치 각각의 경로에 포함된 전송선로(110)의 폭은 입출력 특성 임피던스를 기준으로 선택되며, SPST의 소자가 생성하는 기생성분을 공진시키거나 SPNT스위치의 대역폭을 조절하기 위해 quality factor를 조절하기 위한 용도로 사용된다. 또한, 전송선로의 폭을 특정값으로 유지하는 것이 아니라 입력단에서 출력단까지 폭이 가변하는 형태로도 구현이 가능하다.
도 7은 도 5의 전송 선로부의 일부 전송 선로를 확대한 도면이다. 전송선로의 길이는 SPNT 스위치의 최소 동작 주파수를 기준으로 전기적으로 λ/4의 길이를 갖는 물리적 길이로 구성한다.
고정된 물리적 길이는 각각의 다른 동작 주파수에서 서로 다른 전기적인 길이를 갖는다. 일 예로, 다중 대역의 입력 주파수가 f1 및 고조파 성분으로 구성된 경우(f1, 2f1, 3f1, ..., Nf1), 각 경로에 포함된 전송선로는 최소 입력 주파수인 f1를 기준으로 전기적으로 λ/4의 길이의 물리적 길이로 구성한다. 이러한 물리적 길이는 2f1에서 λ/2, Nf1에서는 Nλ/4의 전기적 길이로 보이게 된다.
하지만, 이와 같이 전송선로의 물리적 길이가 이론적으로 최소 주파수인 f1에서의 λ/4로 설정이 되더라도, 실제 길이는 SPST 소자가 갖고 있는 기생 임피던스를 공진시키거나 SPNT 스위치의 동작대역폭 등의 성능조절을 위해 조정될 수 있다.
전송선로(110)에는 입력단에 인가되는 서로 다른 주파수와 동일한 개수의 SPST 스위치가 병렬로 결합되어 있으며, SPST가 온(on) 시 전송선로와 결합하여 출력단에서 각각의 주파수에서 λ/4의 전기적 길이를 갖는 short-stub으로 구성되도록 한다.
SPNT의 온(on) 경로는 병렬 결합된 모든 SPST가 오프(off) 상태로 되어 입력단에 인가된 동작 신호가 그대로 출력단으로 나올 수 있도록 구성한다. 그 나머지 SPNT의 오프(off) 경로들에서는 온(on) 경로의 동작 대역 주파수의 동일한 λ/4의 전기적 길이를 갖는 short-stub을 출력단에서 구성되도록 SPST를 온(on) 시키게 된다.
SPNT의 오프(off) 경로들에서 short-stub을 구성하도록 온(on)되는 SPST가 있는데, 그 SPST보다 입력단에 가까이 붙어있는 다른 모든 SPST는 이론적으로 그 온(on)/오프(off) 상태가 SPNT의 동작에는 무관하게 되나, 실제 동작시에는 모두 온(on) 상태로 두어 그라운드(GND)를 안정적으로 설정하는 것이 바람직하다.
도 8은 도 6의 SPNT 스위치를 이중대역 SP2T로 구현한 예의 개략적인 도면이다. 도 8에서 DC 바이어스 회로는 도시되지 않았다. 도 8에서, SP2T는 13GHz의 입력을 받는 In13 과 17GHz의 입력을 받는 In17 두 개의 입력단으로 구성되어 있다.
SPST11 ,21은 출력단으로부터 13GHz에서 λ/4의 전기적 길이를 갖는 위치에서 각각 전송선로 TL13,17과 병렬결합되며, SPST12 , 22은 출력단으로부터 17GHz에서 λ/4의 전기적 길이를 갖는 위치에서 각각 전송선로 TL13,17과 병렬결합된다.
13GHz의 입력단 및 출력단과 도통되는 13GHz 모드의 경우 경로에 포함된 SPST11-12은 오프(off) 상태로 놓이게 된다. 이때 In17의 경로의 SPST21은 온(on) 상태로 놓여 출력단에서 SPST21 까지의 TL17과 10GHz에서(In13에 인가되는 신호의 주파수) λ/4의 전기적 길이를 갖는 short-stub으로 구성되며, 출력단에서는 17GHz의 경로가 오픈(open) 노드로 보이게 된다.
17GHz의 입력단과 출력단과 도통 되는 17GHz 모드의 경우 경로에 포함된 SPST21-22 은 오프(off) 상태로 놓이게 된다. 이때 In13의 경로의 SPST12은 온(on) 상태로 놓여 출력단에서 SPST12 까지의 TL13 일부와 17GHz에서(In17에 인가되는 신호의 주파수) λ/4의 전기적 길이를 갖는 short-stub으로 구성되며, 출력단에서는 13GHz 신호의 경로가 오픈(open) 노드로 보이게 된다.
이중 대역 SP2T에 인가되는 입력신호를 서로 바꿔서 사용하는 것도 가능하다. 두 입력단의 주파수를 모두 동일하게 13GHz 또는 17GHz로 인가하는 단일대역 SP2T로서도 사용이 가능하다.
도 8에서, In13 입력단에 13GHz, In17 입력단에 17GHz의 신호를 인가하는 경우에는 SPST11와 SPST22는 SP2T의 성능 향상을 위해 삭제되어도 무방하다. 또한, 반대로 In13 입력단에 17GHz, In17 입력단에 13GHz의 신호를 인가하는 경우에는 SPST12 와 SPST21의 삭제가 가능하다.
도 9는 도 6의 다중대역 RF SPNT 스위치를 삼중대역 SP3T로 구현한 예의 개략적인 도면이다. 도 9에서 DC 바이어스 회로는 도시되지 않았다. 도 9의 SP3T는 10GHz의 입력을 받는 In10, 20GHz의 입력을 받는 In20, 40GHz의 입력을 받는 In40, 세 개의 입력단으로 구성되어 있다.
SW11,21,41은 출력단으로부터 10GHz에서 λ/4의 전기적 길이를 갖는 위치에서 각각 전송선로 TL10,20,40과 병렬결합되며, SW12,22, 42은 출력단으로부터 20GHz에서 λ/4의 전기적 길이를 갖는 위치에서 각각 전송선로 TL10,20,40과 병렬 결합되며, SW14,24,44은 출력단으로부터 40GHz에서 λ/4의 전기적 길이를 갖는 위치에서 각각 전송선로 TL10,20,40과 병렬결합된다.
10GHz의 입력단과 출력단과 도통되는 10GHz 모드의 경우 경로에 포함된 SW11,12,14는 오프(off) 상태로 놓이게 된다. In20 경로의 SW21은 온(on) 상태로 놓여 출력단에서 SW21까지의 TL20과 10GHz에서(In10에 인가되는 신호의 주파수) λ/4의 전기적 길이를 갖는 short-stub으로 구성되며, 출력단에서는 20GHz의 경로가 오픈(open) 노드로 보이게 된다.
In40 경로의 SW41은 온(on) 상태로 놓여 출력단에서 SW41까지의 TL40과 10GHz에서(In10에 인가되는 신호의 주파수) λ/4의 전기적 길이를 갖는 short-stub으로 구성되며, 출력단에서는 40GHz의 경로가 오픈(open) 노드로 보이게 된다.
20GHz의 입력단과 출력단과 도통 되는 20GHz 모드의 경우 경로에 포함된 SW21,22,24 은 오프(off) 상태로 놓이게 된다. 이때 In10 경로의 SW11, 12은 온(on) 상태로 놓여 출력단에서 SW12까지의 TL10 일부와 20GHz에서(In20에 인가되는 신호의 주파수) λ/4의 전기적 길이를 갖는 short-stub으로 구성되며, 출력단에서는 10GHz 신호의 경로가 오픈(open) 노드로 보이게 된다.
In40 경로의 SW41,42는 온(on) 상태로 놓여 출력단에서 SW42까지의 TL40 일부와 20GHz에서(In20에 인가되는 신호의 주파수) λ/4의 전기적 길이를 갖는 short-stub으로 구성되며, 출력단에서는 40GHz 신호의 경로가 오픈(open) 노드로 보이게 된다.
40GHz의 입력단과 출력단과 도통되는 40GHz 모드의 경우 경로에 포함된 SW41,42,44 은 오프(off) 상태로 놓이게 된다. 이때 In10 경로의 SW11,12,14는 온(on) 상태로 놓여 출력단에서 SW14까지의 TL10 일부와 40GHz에서(In40에 인가되는 신호의 주파수) λ/4의 전기적 길이를 갖는 short-stub으로 구성되며, 출력단에서는 10GHz 신호의 경로가 오픈(open) 노드로 보이게 된다.
In20 경로의 SW21,22,24는 온(on) 상태로 놓여 출력단에서 SW24까지의 TL40 일부와 40GHz에서(In40에 인가되는 신호의 주파수) λ/4의 전기적 길이를 갖는 short-stub으로 구성되며, 출력단에서는 20GHz 신호의 경로가 오픈(open) 노드로 보이게 된다.
삼중대역 SP3T에 인가되는 입력신호를 서로 뒤바꿔서 사용하는 것도 가능하다. 각각의 입력단의 주파수를 모두 동일하게 10GHz, 20GHz 또는 40GHz로 인가하는 단일대역 SP3T로서도 사용이 가능하다. 각각의 입력단에 인가되는 입력신호를 10GHz, 20GHz, 40GHz에서 원하는 대로 선택하여 이중대역 SP3T로 사용하는 것 또한 가능하다.
도 9의 In10 입력단에 10GHz, In20 입력단에 20GHz, In40 입력단에 40GHz의 신호를 인가하는 경우에서, SPST11 , SPST22 , SPST44는 SP3T 스위치의 성능 향상을 위해 삭제되어도 무방하다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 SPNT 스위치 매트릭스의 개념을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 11은 도 10의 SPNT 스위치 매트릭스의 일 구현예의 도면이다.
도 10의 블록도를 구현하기 위해, 도 11과 같이 SPNT(100) 두 개를 미러링하고 캐스케이드 연결하여 MxN 스위치 매트릭스(200) 구성이 가능하다. 일 예로, 도 11에서 In2 , Out2를 도통시키고 f2의 주파수 신호를 전달하는 경우를 들자면, f2가 전송되는 TLA2, TLB2에 연결된 스위치는 모두 오프(off) 상태로 놓이게 된다.
그 이외의 나머지 전송선로들은 Sx2, Tx2의 스위치들과 Sx1, Tx1을 온(on)시켜 node A로부터 f2의 λ/4의 전기적 길이를 갖는 병렬 short-stub으로 동작시키면, TLA2, TLB2 이외의 전송선로들은 RF적으로 단락된 형태를 갖는다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 송수신 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 일반적인 송수신 시스템은 포함된 회로의 개별 성능 등에 의해 제한된 동작 대역폭을 갖는다. 이러한 제한된 대역폭을 갖는 송수신 시스템이어도 도 12에서와 같이, 다중대역 SPNT 스위치(100)를 시분할 다중 멀티플렉서로 사용하여 광대역한 송수신 시스템(300)을 구현하는 것이 가능하다.
본 발명에서는 다중대역의 입력 신호를 받는 입력단과 스위치의 전송경로에 가변 λ/4 전송선로를 포함하는 다중대역에서 사용 가능한 SPNT를 구현하였다. 본 발명의 특징을 다음과 같다.
1. 전송선로와 함께 다양한 주파수 대역들의 λ/4의 전기적 길이를 갖는 위치에 SPST 스위치를 결합한 가변형 short-stub.
가변형 short-stub에 포함되는 전송선로의 최대 길이는 회로에 인가되는 동작 주파수 대역들 중 가장 낮은 주파수 대역의 λ/4의 전기적 길이를 갖도록 구성된다.
가변형 short-stub에 포함되는 전송선로의 SPST 스위치가 결합되는 위치는 SPNT 스위치 구성시의 동작 주파수 대역들에 의해 결정되며, 출력단을 시작으로 각 동작 주파수 대역들의 λ/4의 전기적 길이를 갖도록 SPST 스위치가 결합된다.
2. 가변형 short-stub을 출력단에서 병렬로 연결하여 구성한 다중대역 SPNT 스위치.
이중대역 또는 삼중대역 SPNT와 같이 연결을 원하는 경로의 전송선로에 포함된 SPST 스위치들은 오프(off) 상태로 하고, 연결을 원하지 않는 경로에서는 동작주파수의 λ/4의 전기적 위치에 놓인 SPST 스위치를 온(on)하여 출력단으로부터 RF적으로 오픈(open) 노드로 보이도록 구성하여 SPNT 스위치의 경로를 선택한다.
3. 다중대역 SPNT 스위치와 함께 다중대역 송신기 및 다중대역 수신기를 결합한 광대역 송수신 시스템.
4. 다중대역 SPNT 스위치 2개를 연결하여 확장된 다중대역 MxN 스위치 매트릭스.
다중대역 SPNT 스위치를 출력단에서 back-to-back 연결하여 다수의 입력단은 물론 다수의 출력단을 갖도록 확장한 MxN 스위치 매트릭스를 구현할 수 있다.
본 발명은 SPST 스위치를 전송선로에 병렬로 결합하여, 다중대역의 RF 입력신호를 멀티플렉싱이 가능하도록 구현한 병렬구조의 다중대역 SPNT 스위치를 제공한다.
출력단에서, 입력신호의 모든 동작주파수에서 λ/4의 step형 가변 short-stub으로 구성이 가능하도록 전송경로에 병렬 SPST 스위치를 배치한다. 이와 같이, 가변 short-stub을 이용하여 전송경로 이외의 차단된 경로는 모두 RF적으로 오픈(open) 노드가 되도록 구성함으로써, 종래 구조에서의 λ/4 전송선로에 의해 발생되는 입출력 정합 및 격리도 문제를 해결할 수 있게 되어 다중대역 SPNT로서 동작이 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 다중대역 SPNT 스위치는 각각의 입력단에 인가되는 동작주파수를 다양하게 또는 동일하게 구성 가능하다. 또한, 신호가 인가되는 개별 입력단을 임의로 선택할 수 있으며, 중복되는 대역의 주파수 신호를 인가하는 것도 가능하다.
또한, 간단한 구조를 기반으로 하고 있어, 이론적으로는 SPNT의 입력단의 수를 무한히 확장하는 것이 가능하다. 또한, 다중의 입출력단을 갖는 다중대역 NxN 스위치 매트릭스로 확장 하는 것이 가능하다.
본 발명이 비록 일부 바람직한 실시예에 의해 설명되었지만, 본 발명의 범위는 이에 의해 제한되어서는 아니 되고, 특허청구범위에 의해 뒷받침되는 상기 실시예의 변형이나 개량에도 미쳐야할 것이다.
100: SPNT 스위치
110: 전송 선로
120: SPST 스위치
200: SPNT 스위치 매트릭스
300: 송수신 시스템

Claims (7)

  1. 복수의 선택 단자와 단일 공통 단자 사이에 각각 연결된 복수의 전송 선로를 포함하는 전송 선로부; 및
    상기 복수의 전송 선로를 각각 접지시키기 위한 복수의 접지 스위치를 포함하는 접지 스위치부를 포함하는 SPNT 스위치로서,
    상기 접지 스위치부는 상기 복수의 전송 선로 중 적어도 일부와 다른 전송 선로가 각각 서로 다른 주파수에 대해 상기 공통 단자에서 오픈 노드로 동작하도록 하되,
    상기 공통 단자로부터 1/4 파장 이격된 위치에서 접지되도록 상기 복수의 전송 선로에 연결된 접지 스위치들을 동작하는 것을 특징으로 하는 SPNT 스위치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 접지 스위치부는 상기 복수의 전송 선로 중 적어도 일부에 대해 하나의 전송 선로의 서로 다른 위치에 연결된 복수의 접지 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 SPNT 스위치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 접지 스위치부는 상기 복수의 전송 선로의 수와 동일한 수의 접지 스위치를 상기 복수의 전송 선로 각각에 대해 포함하는 것을 특징으로 하는 SPNT 스위치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 접지 스위치부는 미리 설정된 주파수에서 상기 공통 단자에서 오픈 노드로 동작하도록 하는 스위치보다 상기 선택 단자에 가까이 위치하는 접지 스위치를 함께 동작하는 것을 특징으로 하는 SPNT 스위치.
  6. 복수의 선택 단자와 단일 공통 단자를 가지는 SPNT 스위치들의 공통 단자들이 서로 연결된 SPNT 스위치 매트릭스로서, 상기 SPNT 스위치는,
    상기 복수의 선택 단자와 상기 단일 공통 단자 사이에 각각 연결된 복수의 전송 선로를 포함하는 전송 선로부; 및
    상기 복수의 전송 선로를 각각 접지시키기 위한 복수의 접지 스위치를 포함하는 접지 스위치부를 포함하며,
    상기 접지 스위치부는 상기 복수의 전송 선로 중 적어도 일부와 다른 전송 선로가 각각 서로 다른 주파수에 대해 상기 공통 단자에서 오픈 노드로 동작하도록 하는 것을 특징으로 하는 스위치 매트릭스.
  7. 복수의 선택 단자와 단일 공통 단자를 가지는 서로 다른 SPNT 스위치의 공통 단자에 각각 연결된 송신 안테나 및 수신 안테나를 포함하는 송수신 시스템으로서, 상기 SPNT 스위치는,
    상기 복수의 선택 단자와 상기 단일 공통 단자 사이에 각각 연결된 복수의 전송 선로를 포함하는 전송 선로부; 및
    상기 복수의 전송 선로를 각각 접지시키기 위한 복수의 접지 스위치를 포함하는 접지 스위치부를 포함하며,
    상기 접지 스위치부는 상기 복수의 전송 선로 중 적어도 일부와 다른 전송 선로가 각각 서로 다른 주파수에 대해 상기 공통 단자에서 오픈 노드로 동작하도록 하되,
    상기 공통 단자로부터 1/4 파장 이격된 위치에서 접지되도록 상기 복수의 전송 선로에 연결된 접지 스위치들을 동작하는 것을 특징으로 하는 송수신 시스템.

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