KR19990049179A

KR19990049179A - 위상 보정 회로를 적용한 rf 스위치

Info

Publication number: KR19990049179A
Application number: KR1019970068061A
Authority: KR
Inventors: 이재영; 윤종남
Original assignee: 김춘호; 전자부품연구원
Priority date: 1997-12-12
Filing date: 1997-12-12
Publication date: 1999-07-05
Also published as: KR100272180B1

Abstract

본 발명의 RF 스위치는 파장이 λ인 송신 RF 신호를 증폭하기 위한 전력 증폭부와, 송신 RF 신호를 외부로 송신하고 외부로부터 신호를 수신하기 위한 안테나와, 안테나에서 수신된 신호를 증폭하기 위한 저잡음 증폭부와, 송신 시에는 안테나와 저잡음 증폭부를 분리하고 수신 시에는 안테나와 전력 증폭부를 분리하기 위한 스위칭부와, 위상 보정부로 이루어지며, 위상 보정부를 조절함으로써 송신 RF 신호 또는 수신 신호의 위상이 선형이 되도록 한다.

Description

위상 보정 회로를 적용한 ＲＦ 스위치

본 발명은 RF(radio frequency) 스위치에 관한 것으로서, 특히 위상의 선형성이 유지되는 RF 스위치에 관한 것이다.

근래 셀룰라 폰과 같은 이동 통신 단말기는 사용자의 편의를 위해 점차 소형화되어 가고 있으며, 이에 따라 신호를 송신 및 수신하기 위한 안테나의 크기도 제한되고 있다. 따라서, 각각 송신과 수신만을 하는 두 개의 안테나를 사용하는 것은 이와 같은 단말기의 소형화를 어렵게 하기 때문에 현재의 이동 통신 단말기는 하나의 안테나를 가지고 송신과 수신을 공유하고 있다. 이와 같이, 하나의 안테나로 송신과 수신을 공유하는데 필요한 것이 RF 스위치이다.

도1은 종래의 RF 스위치를 나타내는 도면이다.

도1에서, 송신부의 전력 증폭기(1)는 제1 다이오드(D1)의 애노드에 연결되고, 인덕터(L)를 통해 전압 VC1에 연결된다. 이때, 전압 VC1은 또한 커패시터(C)의 일단에 연결되며, 커패시터(C)의 타단은 접지된다.

제1 다이오드(D1)의 캐소드는 안테나(T)와 길이가 λ/4인 분포 정수 라인(distributed constant line)(3)의 일단에 연결된다. 여기서, λ는 송신 RF 신호의 파장이다.

분포 정수 라인(3)의 타단은 수신부의 저잡음 증폭기(5)에 연결되고, 또한 제2 다이오드(D2)의 애노드에 연결된다. 제2 다이오드(D2)의 캐소드는 접지된다.

도1에서, 제1 및 제2 다이오드 (D1, D2)는 핀(PIN) 다이오드이며, 제1 및 제2 다이오드의 바이어스 상태는 전압 VC1에 의해 조절된다.

이하에서는, 도1에 도시한 RF 스위치의 동작을 설명한다.

먼저, 송신 시에는 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2)를 순 바이어스 상태로 한다. 그러면, 제1 다이오드(D1)는 저항이 거의 0인 순방향 저항이 되고, 이에 따라 송신 RF 신호가 전력 증폭기(1)에서 안테나(T)로 전달된다. 이 때, 수신부의 저잡음 증폭기(5)는 제2 다이오드(D2)가 순방향 저항을 거쳐서 접지 되고 분산 정수 라인(3)의 길이가 RF 신호의 파장λ의 1/4이므로, 안테나(T)와는 분리된다.

수신 시에는 제1 및 제2 다이오드(D1, D2)를 역 바이어스 상태로 한다. 즉, 제1 다이오드(D1)와 제2 다이오드(D2)를 무한대의 저항으로 한다. 그러면, 제1 다이오드(D1)에 의해 송신부의 전력 증폭기(1)와 안테나(T)가 분리된다. 따라서, 안테나(T)로부터 수신되는 수신 RF 신호는 분포 정수 라인(3)을 거쳐 수신부의 저잡음 증폭기(5)만 전달되게 된다.

따라서, 도1의 RF 스위치는 제1 및 제2 다이오드의 바이어스 상태를 간단히 조절함으로써 RF 신호의 송신 및 수신을 효율적으로 수행할 수 있다.

일반적으로 송신 및 수신을 하기 위한 RF 신호는 이득과 위상이 선형성을 유지해야 하나, 도1에 도시한 종래의 RF 스위치에서는 전력 증폭기, 제1 다이오드 및 안테나를 거친 신호의 이득과 위상이 비선형적으로 된다는 문제점이 있다. 특히, 이 중 이득의 비선형성은 정합에 의해 어느 정도 선형성을 유지할 수 있으나, 위상의 비선형성은 정합에 의해 선형성을 유지할 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, RF 스위치에 위상 보정용 회로를 삽입하여 위상의 선형성을 유지하기 위한 것이다.

도1은 종래의 RF 스위치를 나타내는 도면이다.

도2는 본 발명의 실시예에 따른 RF 스위치를 나타내는 도면이다.

도3은 도2의 위상 보정 회로를 상세하게 나타낸 도면이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 RF 스위치는

파장이 λ인 송신 RF 신호를 증폭하기 위한 전력 증폭부와, 송신 RF 신호를 외부로 송신하고 외부로부터 신호를 수신하기 위한 안테나와, 안테나에서 수신된 신호를 증폭하기 위한 저잡음 증폭부와, 송신 시에는 안테나와 저잡음 증폭부를 분리하고 수신 시에는 안테나와 전력 증폭부를 분리하기 위한 스위칭부와, 송신 RF 신호 또는 수신 신호의 위상을 조절하여 위상이 선형이 되도록 하는 위상 보정부로 이루어진다.

여기서, 스위칭부는 전력 증폭부 안테나 사이에 마련되며 송신 RF 신호 또는 수신 신호를 스위칭 시키기 위한 제1 다이오드와, 안테나와 저잡음 증폭부 사이에 마련되며 길이가 λ/4인 분포 정수 라인과, 분포 정수 라인과 저잡음 증폭부 사이의 접점과 접지점 사이에 마련된 제2 다이오드와, 제1 다이오드 및 제2 다이오드의 바이어스 상태를 조절하는 바이어스 전압으로 이루어진다.

이 때, 제1 다이오드 및 제2 다이오드는 핀 다이오드로서, 순 바이어스 상태인 경우에는 온으로 되고 역 바이어스 상태인 경우에는 오프로 된다.

여기서, 상기한 위상 보정부는 전력 증폭부와 제1 다이오드의 사이에 마련되어 송신 RF 신호의 위상을 조절하기 위한 제1 위상 보정회로와, 안테나와 분포 정수 라인 사이 또는 분포 정수 라인과 저잡음 증폭부 사이에 마련되어 수신 신호의 위상을 조절하기 위한 제2 위상 보정 회로로 이루어진다.

한편, 상기한 제1 및 제2 위상 보정 회로는 저항 성분, 인덕턴스 성분, 커패시터 성분과 가변 커패시터 성분 또는 가변 인덕턴스 성분으로 이루어지며, 이 가변 커패시터 성분 또는 가변 인덕턴스 성분을 조절함으로써 위상이 선형이 되도록 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

도2에서, 송신부의 전력 증폭기(10)는 위상 보정 회로(20)를 거쳐 제1 다이오드(D1)의 애노드에 연결되고, 인덕터(L)를 통해 전압 VC1에 연결된다. 이때, 전압 VC1은 또한 커패시터(C)의 일단에 연결되며, 커패시터(C)의 타단은 접지된다.

제1 다이오드(D1)의 캐소드는 안테나(T)와 위상 보정 회로(30)의 일단에 연결되며, 위상 보정 회로(30)의 타단은 길이가 d인 분포 정수 라인(40)의 일단에 연결된다. 여기서, 분포 정수 라인의 길이 d는 λ/4로 설정되며, λ는 송신 RF(radio frequency) 신호의 파장이다.

분포 정수 라인(40)의 타단은 수신부의 저잡음 증폭기(50)에 연결되고, 또한 제2 다이오드(D2)의 애노드에 연결된다. 제2 다이오드(D2)의 캐소드는 접지된다.

도2에서, 제1 및 제2 다이오드 (D1, D2)는 핀(PIN) 다이오드이며, 제1 및 제2 다이오드의 바이어스 상태는 전압 VC1에 의해 조절된다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 RF 스위치의 동작을 설명한다.

먼저, 송신 시에는 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2)를 순 바이어스 상태로 한다. 그러면, 제1 다이오드는 저항이 거의 0인 순방향 저항이 되고, 이에 따라 송신 RF 신호가 전력 증폭기(10)에서 안테나(T)로 전달된다. 이때, 송신 RF 신호는 위상 보정 회로(20)를 통해 제1 다이오드(D1) 및 안테나(T)에 전달되기 때문에 RF 신호의 위상은 선형적으로 된다.

이 때, 제2 다이오드(D2)가 순방향 저항을 거쳐서 접지 되고 분산 정수 라인(40)의 길이가 RF 신호의 파장λ의 1/4이기 때문에 다음과 같은 이유로 안테나(T)와는 분리된다.

즉, 안테나(T)에서 위상 보정 회로(30)를 거쳐 제2 다이오드(D2)의 캐소드를 바라본 입력 임피던스(Zin)는 식1로 나타내어진다.

여기서, Zo는 특성 임피던스이고, Zl은 부하 임피던스 즉, 제2 다이오드의 임피던스이다. 또한, β는 2π/λ이고, d는 분포 정수 라인의 길이다.

본 발명의 실시예에서 d는 λ/4이므로 βd= 2π/λ×λ/4 = π/2가 되며, 이에 따라 Zin = Zo²/Zl이 된다. 이 경우, 송신 시에는 제2 다이오드가 순바이어스 상태로 되므로 Z1은 0이 되고 이에 따라 식1의 Zin은 무한대로 된다. 따라서, 송신 시에 안테나와 수신부는 분리되게 된다.

수신시에는 제1 및 제2 다이오드(D1, D2)를 역 바이어스 상태로 한다. 즉, 제1 다이오드와 제2 다이오드를 무한대의 저항으로 한다. 그러면, 제1 다이오드에 의해 송신부의 전력 증폭기(10)와 안테나(T)가 분리된다. 따라서, 안테나로부터 수신되는 수신 RF 신호는 위상 보정 회로(30)와 분포 정수 라인(40)을 거쳐 수신부의 저잡음 증폭기(50)로만 전달되게 된다.

이때, 수신되는 RF 신호는 위상 보정 회로를 거치기 때문에 신호의 선형성을 유지할 수 있다.

도3은 도2에 도시한 위상 보정 회로의 상세 회로도를 나타내는 도면이다.

도3에서, 위상 보정 회로는 저항 R, 인덕턴스( L1, L2, L3..), 커패시터(C1, C2, C3, C4, C5...)와, 가변 커패시터(Cvar) 등으로 이루어지며, 이러한 위상 보정 회로는 스트립 라인, 마이크로 스트립 라인 또는 개별 소자로 구성된 부품으로서 구현된다.

도3에 도시한 회로의 합성 임피던스는 Z = A + jB로 되며, 이를 극좌표계로 나타내면 이 된다.

여기서, A는 저항 R 값에 따라 좌우되며, B는 인덕턴스(L1∼L3)와 커패시터(C1∼C4) 값에 의해 좌우된다.

이 때, 합성 임피던스의 위상은 이 되며, B 값 즉, 가변 커패시터(Cvar) 값을 조정함으로써 이 위상 값을 조절할 수 있다. 따라서, 가변 커패시터(Cvar) 값을 적절히 조절함으로써, 제1 및 제2 다이오드 등을 거친 신호가 선형성을 유지하도록 할 수 있다.

도3에서는 가변 소자로서 커패시턴스를 사용하였으나, 가변 인덕턴스를 사용하여도 무방하다.

도2에서, 위상 보정회로는 송신부의 전력 증폭부와 안테나의 사이, 안테나와 분포 정수 라인의 사이에 마련하였으나, 그 이외에 분포 정수 라인과 수신부의 저잡음 증폭부의 사이에 마련하여도 무방하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 위상 보정 회로를 RF 스위치에 삽입함으로써 비선형적인 신호의 위상을 보정하여 위상이 선형이 되도록 조절할 수 있다.

Claims

파장이 λ인 송신 RF 신호를 증폭하기 위한 전력 증폭부;

상기 송신 RF 신호를 외부로 송신하고 외부로부터의 수신 신호를 수신하기 위한 안테나;

상기 안테나에서 수신한 상기 수신 신호를 증폭하기 위한 저잡음 증폭부;

송신 시에는 상기 안테나와 상기 저잡음 증폭부를 분리하고, 수신시에는 상기 안테나와 상기 전력 증폭부를 분리하기 위한 스위칭부;

상기 송신 RF 신호 또는 상기 수신 신호의 위상을 조절하여 상기 위상이 선형이 되도록 하는 위상 보정부를 포함하는 RF 스위치.
제1항에서,

상기 스위칭부는

상기 전력 증폭부와 상기 안테나 사이에 마련되며, 상기 송신 RF 신호 또는 수신 신호를 스위칭 시키기 위한 제1 다이오드;

상기 안테나와 상기 저잡음 증폭부 사이에 마련되며, 길이가 λ/4인 분포 정수 라인;

상기 분포 정수 라인과 상기 저잡음 증폭부 사이의 접점과 접지점 사이에 마련된 제2 다이오드;

상기 제1 다이오드 및 상기 제2 다이오드의 바이어스 상태를 조절하는 바이어스 전압을 포함하며,

상기 제1 다이오드 및 상기 제2 다이오드는 순바이어스 상태인 경우에는 온으로 되며, 역 바이어스 상태인 경우에는 오프로 되는 핀 다이오드인 RF 스위치.
제2항에서,

상기 위상 보정부는

상기 전력 증폭부와 상기 제1 다이오드의 사이에 마련되어, 상기 송신 RF 신호의 위상을 조절하기 위한 제1 위상 보정회로를 포함하는 RF 스위치.
제3항에서,

상기 위상 보정부는

상기 안테나와 상기 분포 정수 라인 사이 또는 상기 분포 정수 라인과 상기 저잡음 증폭부 사이에 마련되어, 상기 수신 신호의 위상을 조절하기 위한 제2 위상 보정 회로를 더 포함하는 RF 스위치.
제4항에서,

상기 제1 다이오드는 애노드가 상기 제1 위상 보정 회로에 연결되고, 캐소드가 상기 안테나에 연결되며,

상기 제2 다이오드는 애노드가 상기 저잡음 증폭부에 연결되고, 캐소드가 상기 접지점에 연결되며,

상기 바이어스 전압은 인덕터를 통해 상기 제1 다이오드의 애노드에 연결되고, 커패시터를 통해 접지 전압에 연결되는 RF 스위치.
제4항에서,

상기 제1 및 제2 위상 보정 회로는 저항 성분, 인덕턴스 성분, 커패시터 성분과 가변 커패시터 성분으로 이루어지며, 상기 가변 커패시터 성분을 조절함으로써 위상이 선형이 되도록 하는 RF 스위치.
제4항에서,

상기 제1 및 제2 위상 보정 회로는 저항 성분, 인덕턴스 성분, 커패시터 성분과 가변 인덕턴스 성분으로 이루어지며, 상기 가변 인덕턴스 성분을 조절함으로써 위상이 선형이 되도록 하는 RF 스위치.