KR20040025425A - 바이패스 기능을 포함하는 스위처블 콤바이너/디바이더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 통신 시스템에서 전송되는 고주파 신호를 원하는 전송 경로 수에 따라 합성 또는 분배하는 기능을 수행하는 스위처블 콤바이너/디바이더에 관한 것으로, 특히 스위처블 콤바이너/디바이더의 합성/분배 경로에 바이패스용 스위치 기능을 결합시켜 필요에 따라 합성/분배 모드와 독립적인 단일경로 모드로 선택하여 사용할 수 있도록 하여 시스템의 구성을 단순화 하고 소형화 하면서도 시스템의 성능과 활용도를 향상시킨 스위처블 콤바이너/디바이더에 관한 것으로,

합성/분배모드에서 고주파 신호가 입출력 되는 N개의 입출력 포트와; 단일경로 모드에서 고주파 신호가 입출력 되는 최소한 한개 이상의 N개의 입출력 포트와; N개의 합성/분배포트와; 합성/분배 모드에서 지정된 입출력 포트와 N개의 합성/분배포트를 선택적으로 스위칭하여 인가된 고주파 신호를 원하는 경로 수에 따라 합성/분배하는 N개의 스위처블 합성/분배 회로부와; 단일경로 모드에서 특정한 스위처블 합성/분배 경로와 연동해서 지정된 입출력 포트와 특정한 합성/분배포트를 선택적으로 스위칭하는 N개의 스위처블 바이패스 회로부를 포함하는 것이 특징이다.

Description

바이패스 기능을 포함하는 스위처블 콤바이너/디바이더{Switchible Combine and Divicer Having Bypass Function}

본 발명은 각종 통신 시스템에서 전송되는 고주파 신호를 원하는 전송 경로 수에 따라 합성 또는 분배하는 기능을 수행하는 스위처블 콤바이너/디바이더에 관한 것으로, 특히 스위처블 콤바이너/디바이더의 합성/분배 경로에 바이패스용 스위치 기능을 결합시켜 필요에 따라 합성/분배 모드와 독립적인 단일경로 모드로 선택하여 사용할 수 있도록 하여 시스템의 구성을 단순화 하고 소형화 하면서도 시스템의 성능과 활용도를 향상시킨 스위처블 콤바이너/디바이더에 관한 것이다.

일반적으로 스위처블 콤바이너/디바이더는 기지국의 고주파 전력 증폭기의 입출력단에 주로 사용되는데, 최근 다채널 증폭기(Multi-Carrier Power Amplifier)의 사용이 증가하면서 기존의 채널 합성기 또는 리던던시(Redundancy) 스위치 시스템을 대체하는 스위처블 콤바이너/디바이더 시스템이 기지국에 많이 사용되고 있다.

이러한 스위처블 콤바이너/디바이더 시스템은 입력된 신호를 선택된 경로 수에 따라 전력 증폭기에 분배하고 전력 증폭기의 출력을 선택된 경로 수에 따라 합성하는 기능과 함께 시스템의 동작이상에 대비한 예비기능을 동시에 수행한다.

또한, 시스템의 용량증설이나 사용방식의 변화에 따라 시스템에 재구성이나 확장성이 용이하도록 하는 기능을 가진다.

이러한 스위처블/콤바이더 시스템에는 요구되는 사양에 따라 차이가 있으나 2-Way, 3-Way, 4-Way 스위처블 콤바이너/디바이더가 주로 사용된다.

도 1은 종래에 사용되던 2-Way 스위처블 콤바이너/디바이더 시스템의 구성의 한 예이다.

도시한 바와 같이, 제 1 입출력 경로와, 제 2 입출력 경로가 형성되고, 각각 입출력 포트가 존재하게 된다.

상기에서 제 1 입출력 포트는 단일경로와 합성/분배모드 실현을 위해 2개의 경로를 갖고 있어, 필요시 스위칭 수단으로써 단일경로와 합성/분배 경로를 선택하게 된다.

상기에서 단일경로를 선택하게 되면 스위칭 수단은 입력포트(I1)과 출력포트(O1)를 스위칭하여 고주파전력증폭기 1을 스위칭하게 되고, 합성/분배모드를 선택하게 되면 입력포트(I1)과 출력포트(O1)을 스위칭하되 I1은 I2와 임피던스를 정합하고 O1은 O2와 임피던스를 정합하여 고주파 전력 증폭기 2를 스위칭하게 된다.

상기에서 임피던스를 정합하는 이유는, 하나의 고주파 신호를 입력하기 위한 하나이상의 입력포트와, 상기 입력포트로 입력되는 고주파신호를 분배 출력하기 위한 하나 이상의 출력포트를 일개의 회로라인에 설치하기 때문이며, 이때문에 회로라인에서 발생하는 임피던스를 적절히 정합하여 원하는 신호를 정확히 출력하기 위함이다.

한편, 도 1의 스위처블 콤바이너/디바이더 시스템은 전력증폭기 1, 2의 분배/합성 모드를 선택하는 2-Way 스위처블 디바이더 및 콤바이너가 1-Way로 작동할 때는 사용되지 않는 한쪽 선로를 완전히 개방한 방식이어서 필요한 경우 전력 증폭기 1, 2가 각각 독자적으로 입출력 신호를 전송하는 단일경로 모드로 작동하도록 재구성하는 것이 불가능한 단점을 가지고 있다.

이러한 단일경로 모드 기능을 추가하기 위해서는 도 2a,b에 도시한 바와 같이 전력증폭기 2가 독립적인 입출력 포트(I1, O1, I2, O2)의 경로를 선택할 수 있도록 SPDP 스위치(단극쌍투 스위치; SP1, SP2)를 추가하여 전력 증폭기 1, 2가 독립적인 단일 경로 모드로 작동될 수 있도록 회로구성을 하여야 한다.

도 2a의 동작원리를 살펴보면, 전력을 분배하기 위하여 스위치 S31과 S32를 절체하고, 이때 SP1의 S61을 절체시키고, 이와 동시에 전력을 합성하기 위하여 SP1, S61을 절체하고 SP2, S71을 절체하며 스위처블 콤바이너 S41과 S42를 절체시킨다.

이때에 스위처블 디바이더의 입력포트 I1과 스위처블 콤바이너의 출력포트 O1은 합성 및 분배된 것으로 작용하게 된다.

이와 같이 작용할때, SP1, SP2 스위치는 SPDT로 동작하기 때문에 입력포트 I2와 출력포트 O2로 개방되어진다.

도 2b의 동작원리에서 보면 전력을 바이패스 하기 위하여 스위치 S31는 절체하고 S32는 개방한다. 그리고 SP1의 S62를 절체 시키고, 전력을 바이패스하기 위하여 SP2의 S72를 절체시킨다. 이때에 스위치 S41은 절체하고, 스위치 S42는 개방된 상태를 유지한다.

그러나, 도 2a,b와 같은 스위처블 콤바이너/디바이더 시스템은 SPDT 스위치가 별도로 추가됨에 따라 해당경로의 삽입손실이 증가하고 각 전송 경로의 전기적 길이를 정확히 일치시키는 것이 상대적으로 어려워진다.

이에 따라 합성되는 신호의 레벨과 위상이 불일치하게 되면 전체적인 전력손실 또한 증가하는 단점이 있다.

또한 기존방식의 이러한 취약점은 2-Way 뿐만아니라 3-Way, 4-Way 등의 스위처블 콤바이너/디바이더 시스템에도 그대로 적용되어, 결국 N-Way로 작동하는 시스템 모두 상기한 단점을 가지고 있는 것이다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결코자 하는 것으로,

스위처블 콤바이너/디바이더의 합성/분배 경로에 바이패스용 스위치 기능을결합시켜 필요에 따라 합성/분배 모드와 단일경로 모드로 선택하여 사용할 수 있는 N-Way 스위처블 콤바이너/디바이더를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 스위처블 콤바이너/디바이더의 바이패스용 스위치의 전기적 길이가 합성/분배 각 선로의 전기적 길이와 동일하도록 하여 합성/분배 모드나 단일경로를 선택하여 사용할 때 어떤 모드에서나 각 전송경로의 전력 손실을 최소화하고 합성되는 신호의 레벨과 위상을 일치시켜 전체적인 전력손실을 최소화시킨 N-Way 스위처블 콤바이너/디바이더를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로,

본 발명은 합성/분배모드에서 고주파 신호가 입출력 되는 N개의 입출력 포트와; 단일경로 모드에서 고주파 신호가 입출력 되는 최소한 한개 이상의 N개의 입출력 포트와; N개의 합성/분배포트와; 합성/분배 모드에서 지정된 입출력 포트와 N개의 합성/분배포트를 선택적으로 스위칭하여 인가된 고주파 신호를 원하는 경로 수에 따라 합성/분배하는 N개의 스위처블 합성/분배 회로부와; 단일경로 모드에서 특정한 스위처블 합성/분배 경로와 연동해서 지정된 입출력 포트와 특정한 합성/분배포트를 선택적으로 스위칭하는 N개의 스위처블 바이패스 회로부를 포함하는 것이 특징이다.

또한, 상기 스위처블 합성/분배 회로부와 스위처블 바이패스 회로부는 임피던스를 보강하는 저항체를 더 포함하는 것이 특징이다.

또한, 상기 저항체는 패턴화된 회로 형태인 스터브인 것이 특징이다.

또한, 임피던스 합성시의 입력선로와 임피던스 바이패스용 입력선로가/4의 길이를 갖는 것이 특징이다.

또한, 상기 스위처블 합성/분배 회로부와 스위처블 바이패스 회로부를 스위칭하는 스위칭 수단은 솔레노이드 어셈블리인 것을 특징으로 하는 바이패스 기능을 포함하는 것이 특징이다.

또한, 상기 솔레노이드 어셈블리는 단극쌍투 스위치인 것을 특징으로 하는 바이패스 기능을 포함하는 것이 특징이다.

도 1은 종래기술에 따른 스위처블 콤바이너/디바이더 시스템 구성도.

도 2a, 2b는 종래 기술에 따른 2-Way 스위처블 콤바이너/디바이더의 다른 실시예도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 가능한 2-Way 스위처블 콤바이너/디바이더의 시스템 구성도.

도 4a는 도 3에 있어서 본 발명을 포함한 합성과 분배시 스위칭 동작 상태도.

도 4b는 도 3에 있어서 본 발명을 포함한 바이패스시 스위칭 동작 상태도.

도 5는 본 발명의 내부 구성도.

도 6a는 도 5에 있어서 본 발명의 합성과 분배시 스위칭 동작 상태도.

도 6b는 도 5에 있어서 본 발명의 바이패스시 스위칭 동작 상태도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

I1: 합성시 입력포트

I2: 바이패스용 입력포트

D11, D12: 출력포트

SP1, SP2: SPDT 스위치

T11, T12: 합성시의 출력선로

T21, T22: 바이패스시 출력선로

T31, T32: 출력선로

T41, T42: 임피던스 정합용 스터브

S12, S13: SPDT로 작용하는 스위치부

S31, S32, S41, S42: 종래의 스위처블 콤바이너에 장착된 스위치부

S81, S82: 임피던스

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

이하 본 발명의 구성 및 동작을 간략히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 적용되는 스위처블 콤바이너/디바이더의 구성을 나타낸 것으로써, 일개의 어셈블리로 구성되는 스위처블 콤바이너/디바이더를 통해 단일경로 및 합성경로가 모두 이루어지도록 하였다.

즉, 스위처블 합성/분배 회로부와, 스위처블 합성/분배 바이패스 회로부를 일개의 어셈블리로 구성하며, 실시예에서는 최종 출력포트를 D11과 D12로 지정하였는바, 확장시키게 되면 N개의 입출력 포트를 지정할 수 있다.

도 4a는 도 3을 이용하여 합성경로를 실현한 것으로, S11과 S12가 고주파 전력증폭기 1과 고주파 전력증폭기 2를 각각 스위칭하여 합성경로를 이루고 있으며, 출력단에서도 각각 합성경로를 실현하고 있다.

도 4b는 도 3을 이용하여 단일경로를 실현한 것으로, S11은 고주파 전력증폭기 1을 스위칭하고, S12는 고주파 전력증폭기 2를 스위칭하고 있다.

도 3은 2-Way 방식의 임피던스 정합회로 구성을 예시하고 있으며, 이하의 도면에서도 2-Way 방식으로 본 발명을 설명하기로 한다. 나머지, 3-Way .... N-Way는 본 발명의 단순한 확장개념이기 때문에 나머지 방식의 임피던스 정합회로에 대한 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 발시예에서는 2-Way 스위처블 콤바이너/디바이더에 대한 예를 보여주고 있는바, 일반적인 고정경로를 갖는 윌킨스 분배기는 경로의 수에 따라 임피던스 정합부의 임피던스가 결정되며, 예를 들어 2-Way인 경우는* Z0가 되어 70.7Ω이 된다. 이를 확장시키면 3-Way의 경우는* Z0 이며, N-Way인 경우에는* Z0가 된다.

한편, 일반적인 입출력포트는 50Ω으로 사용하기 때문에 단일경로로 작동될 때에는 임피던스 정합이 이루어지지 않게 되며, 이와 같은 문제를 해결하기 위해, 별도의 임피던스를 정합수단을 구비하여 합성해야 하며, 본 발명은 패턴화된 저항체 수단인 스터브를 이용하였다.

도 5는 스터브를 갖춘 스위처블 콤바이너/디바이더의 일실시예 회로 구성도로써, 도시한 바와 같이,

합성/분배모드에서 고주파 신호가 입출력 되는 제 1 입출력 포트(D11, D12)와;

단일경로 모드에서 고주파 신호가 입출력 되는 제 2 의 입출력 포트(D12)와;

합성/분배포트(a1, a2)와;

합성/분배경로 모드에서 지정된 입출력 포트(D11, D12)와 합성/분배포트(a1)를 선택적으로 연결시켜 인가된 고주파 신호를 원하는 경로 수에 따라 합성/분배하는 스위처블 합성/분배 회로부(10)와;

단일경로 모드에서 특정한 스위처블 합성/분배 경로와 연동해서 지정된 입출력 포트(D12)와 특정한 합성/분배포트(a2)를 선택적으로 연결하는 스위처블 바이패스 회로부(20)를 포함하여 구성한다.

상기와 같이 구성하는 본 발명은 2가지 동작모드를 갖도록 하는바, 먼저 합성/분배경로 모드일 경우에는 합성/분배 포트(a1)가 저항체(T31, T32)를 통해 출력포트(D11, D12)로 고주파 신호가 전달되도록 하고, 단일경로 모드일 경우에는 합성 분배포트인 a1과 출력포트인 D11을 접속시키고, 또다른 합성/분배 포트인 a2와 출력포트인 D12를 접속시키며, 이때 임피던스 정합을 위해 별도의 저항체(T41, T42)를 접속시킨다.

상기에서 10번과 20번은 설명의 편의상 붙인 도면부호로써, 10번을 바이패스 회로부로 구성하고, 20번을 합성/분배 회로로 구성할 수 있음은 물론이다.

즉, 본 발명은 N개의 합성/분배 회로 및 N개의 바이패스 회로를 일개의 어셈블리에 구비하여 필요에 따라 출력라인을 합성/분배경로로 이용할 수도 있고, 바이패스 경로로 이용할 수 있으며, 별도의 저항체를 구비하여 임피던스 정합을 정밀하게 맞출 수 있는 것이다.

도 6a, 6b는 도 5에 나타낸 2-Way모드의 동작을 상세히 도시한 것으로, 먼저 도 6a는 합성경로시에 동작 구성을 나타내고 있다.

도시한 바와 같이, 입력포트 I1은 전송선로 T11과 T12를 통과하게 되고, 이 전력은 스위치부 S11과 S12를 통과하여 전송선로 S31과 T32로 분배되어 출력포트 D11과 D22로 출력하게 된다.

분배시에는 전송선로 T31과 T32의 임피던스가 70.7Ω으로 되어 있기 때문에 임피던스 정합을 이루게 된다. 임피던스 정합이 이루어지면 50Ω으로 임피던스값이 바뀌게 된다. 그리고 임피던스가 정합되어 있기 때문에 임피던스 정합용 스터브 S41이 필요 없게 된다.

즉, T31(70.7Ω)과 T32(70.7Ω)이 정합되면 50Ω이 출력되게 되기 때문에 이상적인 전항값이 형성되게 된다.

그러므로 이때에는 별도의 임피던스 정합이 필요치 않으므로, 스위치 S81을 개방한다. 그리고 스위치 S12와 S13은 SPDT(단극쌍투)로 작용하기 때문에 S12가 절체되어 있을 때에는 S13은 자동으로 개방되게 된다.

상술한 바와같이, 임피던스 합성 경로시에는 70.7Ω저항 2개를 정합하여 원하는 저항값 50Ω을 생성할 수 있기 때문에 별도의 임피던스 정합이 필요치 않게되고, 이에 따라 새로운 임피던스를 형성하는 T41과 T42 저항체는 작동시키지 않게 되는 것이다.

그러나, 하기에서 설명할 단일 모드에서는 최종 출력단에 위치한 저항값인 70.7Ω이 단독으로 연결되기 때문에 별도의 임피던스 정합이 필요로 하게 되며, 이에 따라 T41저항체와 T42저항체를 연결하여 가장 이상적인 저항수치인 50Ω을 생성시켜야 한다.

이하에서 단일모드 작동시 회로동작을 설명하기로 한다.

도 6b는 바이패스 경로를 사용시에 동작구성도이다.

분배시에 입력포트 I1은 전송선로 T11과 T12를 통과하고, 이 전력은 스위치부 S11을 통과하여 전송선로 T31로 전달되고 출력포트인 D11로 출력되게 된다. 이때에 분배시에 출력선로 T31의 임피던스는 70.7Ω이고, 출력포트의 전송선로 T11과 T12가 50Ω이기 때문에 임피던스 정합이 이루어지지 않게 된다. 그러므로, 임피던스 정합을 이루기 위하여 스위치 S81을 절체하여 임피던스 정합용 스터브 T41과 연결한다.

또한, 상기 제어단자에서 바이패스로 작용시에는 스위치 S12는 개방되어지고 S13을 절체되어 출력포트 I2를 통해 입력포트 D12로 전력을 출력하게 된다. 위와 마찬가지 방법으로 바이패스용 출력 선로 T32의 임피던스는 70.7Ω이고, 출력포트에 전송선로는 50Ω이기때문에 임피던스 정합이 이루어지지 않는다. 그러므로 이때에도 마찬가지로 임피던스 정합을 이루기 위하여 스위치 S82를 절체하여 임피던스 정합용 선로 T42와 연결한다.

그리고, 스위치 S12와 S13은 SPDP로 작용하기 때문에 S13이 절체되어 있을 때에는 S12는 자동으로 개방되게 되어 단일모드 형성을 방해하지 않는다.

결국, 본 발명은 합성시에는 스위처블 콤바이너/디바이더로 작용하고 단일 경로시 SPDP 스위치 기능을 수행하는 바이패스용 스위처블 콤바이너/디바이더를 제공함으로써, 부품을 단순화 하고 장점이 있고, 더불어 선로길이를./4로 한정할 수 있으므로 정확한 저항값을 유지할 수 있게 되는 장점을 아울러 제공한다.

본 발명은 스위치 시스템에서 스위처블 콤바이너와 스위치의 기능을 추가한 것으로 비용을 절감할 수 있고, 시스템을 단순화하며, 제품의 크기를 소형화 할 수 있는 장점이 있다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 설명과 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위 내에 속하는 그러한 수정 및 변형은 포함한 것으로 판단할 수 있다.

Claims (6)

1. 합성/분배모드에서 고주파 신호가 입출력 되는 N개의 입출력 포트와;

   단일경로 모드에서 고주파 신호가 입출력 되는 최소한 한개 이상의 N개의 입출력 포트와;

   N개의 합성/분배포트와;

   합성/분배 모드에서 지정된 입출력 포트와 N개의 합성/분배포트를 선택적으로 스위칭하여 인가된 고주파 신호를 원하는 경로 수에 따라 합성/분배하는 N개의 스위처블 합성/분배 회로부와;

   단일경로 모드에서 특정한 스위처블 합성/분배 경로와 연동해서 지정된 입출력 포트와 특정한 합성/분배포트를 선택적으로 스위칭하는 N개의 스위처블 바이패스 회로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이패스 기능을 포함하는 스위처블 콤바이너/디바이더.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 스위처블 합성/분배 회로부와 스위처블 바이패스 회로부는 임피던스를 보강하는 저항체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이패스 기능을 포함하는 스위처블 콤바이너/디바이더.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 저항체는 패턴화된 회로 형태인 스터브인 것을 특징으로 하는 바이패스 기능을 포함하는 스위처블 콤바이너/디바이더.
4. 제 1 항에 있어서,

   임피던스 합성시의 입력선로와 임피던스 바이패스용 입력선로가/4의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 바이패스 기능을 포함하는 스위처블 콤바이너/디바이더.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 스위처블 합성/분배 회로부와 스위처블 바이패스 회로부를 스위칭 하는 스위칭 수단은 솔레노이드 어셈블리인 것을 특징으로 하는 바이패스 기능을 포함하는 스위처블 콤바이너/디바이더.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 솔레노이드 어셈블리는 단극쌍투 스위치인 것을 특징으로 하는 바이패스 기능을 포함하는 스위처블 콤바이너/디바이더.