KR200446152Y1 - 양방향 고출력 다채널 스위칭 여파기 - Google Patents

양방향 고출력 다채널 스위칭 여파기

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KR200446152Y1
KR200446152Y1 KR2020090003588U KR20090003588U KR200446152Y1 KR 200446152 Y1 KR200446152 Y1 KR 200446152Y1 KR 2020090003588 U KR2020090003588 U KR 2020090003588U KR 20090003588 U KR20090003588 U KR 20090003588U KR 200446152 Y1 KR200446152 Y1 KR 200446152Y1
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주식회사 엘트로닉스
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Abstract

본 고안은 스위칭 여파기에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 무선통신 시스템에서 다채널 고주파 신호를 분배/합성하고 스위칭하는데 있어 제 1 입출력 포트와 각 채널의 여파기 입력단간을 접속하는 선로, 각 채널의 여파기 출력단과 제 2 입출력 포트간을 접속하는 선로의 길이를 해당 채널과 인접하지 않은 채널의 중심 주파수에 대해 1/4파장으로 함으로써 해당 채널의 삽입손실 및 인접 채널로부터의 간섭을 최소화하는 양방향 고출력 다채널 스위칭 여파기에 관한 것이다.
본 고안에 따르면 고출력 다채널 스위칭 여파기를 제작함에 있어 제 1 입출력 포트와 각 채널의 여파기 입력단간을 접속하는 선로, 각 채널의 여파기 출력단과 제 2 입출력 포트간을 접속하는 선로의 길이를 각 채널별로 중심 주파수를 다르게 적용하여 설계하되, 해당 채널에 적용할 선로의 길이는 해당 채널과 인접한 채널을 제외한 그 외의 채널에서 선택하여 그 선택된 채널의 중심 주파수에 대해 λ/4로 한다.
상기와 같이 본 고안에 따르면, 예로써 1번 채널의 신호 입출력을 스위칭하고 필터링하기 위해 제 1 입출력 포트와 1번 채널의 여파기 입력단간을 접속하는 선로, 그리고 1번 채널의 여파기 출력단과 제 2 입출력 포트간을 접속하는 선로의 길이는 상기 1번 채널을 제외한 나머지 채널 가운데 어느 하나의 채널의 중심 주파수에 대해 λ/4로 한다. 이와같이 함으로써 제 1 입출력 포트와 제 2 입출력 포트에서 각각 λ/4 떨어진 지점에 shunt 방식으로 접속된 핀다이오드가 가지는 특성을 더욱 효율적으로 이용할 수 있다. 또한, 협대역으로 인해 높은 삽입손실을 가지는 일반적인 고출력 다채널 스위칭 여파기의 한계를 극복할 수 있다.

Description

양방향 고출력 다채널 스위칭 여파기{Bi-directional switching filter of multi-channels}
본 고안은 스위칭 여파기에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 무선통신 시스템에서 다채널 고주파 신호를 분배/합성하고 스위칭하는데 있어 제 1 입출력 포트와 각 채널의 여파기 입력단간을 접속하는 선로, 각 채널의 여파기 출력단과 제 2 입출력 포트간을 접속하는 선로의 길이를 해당 채널과 인접하지 않은 채널의 중심 주파수에 대해 1/4파장으로 함으로써 해당 채널의 삽입손실 및 인접 채널로부터의 간섭을 최소화하는 양방향 고출력 다채널 스위칭 여파기에 관한 것이다.
일반적으로 통신 시스템의 효율성은 신호의 에너지와 대역폭을 어떻게 이용할 것인가에 대해 고려하지만, 그 외에도 시스템이 외부적인 간섭 현상에 대항하여 통신 채널을 비화(秘話)하는 것도 중요한 사항이 될 수 있다. 다양한 무선통신 기술 중에서 대역확산(Spread Spectrum) 기술은 이러한 목적을 가장 잘 만족시키는 기술이며, 이러한 대역확산 통신 방식 가운데 하나가 주파수 호핑(FH;Frequency Hopping) 방식이다.
도 1은 주파수 호핑 방식의 주파수 호핑 패턴을 나타내는 도면으로서, 도시된 바와 같이 주파수 호핑 방식은 송신측과 수신측에서 서로 알고 있는 패턴의 범위 내에서 주파수를 변화시키는 협대역의 반송파를 사용한다. 이때, 송신기와 수신기가 동기화되면 미리 정해진 패턴으로 주파수가 호핑되기 때문에 하나의 연속적인 채널로 유지되는 효과를 얻을 수 있다. 즉, 주파수 호핑 방식은 스펙트럼을 확산시켜야 할 신호의 반송파 주파수를 어떤 특정한 패턴에 따라 시간적으로 전환해 감으로서 동기화된 송신기와 수신기 사이에는 채널이 형성되지만, 그 외의 수신기에 대해서는 지속성이 짧은 임펄스 노이즈로 인식되어 수신이 불가능하게 된다.
한편, 고주파 스위치는 알에프(RF;Radio Frequency) 및 마이크로웨이브 신호가 통과하는 경로를 접속하거나 차단하는 온/오프 기능을 위해서 사용되는데, 자화된 솔레노이드에 의해 동축 선로를 온/오프하는 기계식 스위치와 고주파 단일 집적회로(MMIC;Monolithic Microwave Integrated Circuits), 전계효과 트랜지스터(FET;Field Effect Transistor) 또는 핀다이오드 등의 소자에 의해 선로를 온/오프하는 전자식 스위치로 구분된다.
이와같은 스위칭 동작은 예로써 핀다이오드를 선로에 병렬로 접속하여 구현된 도 2와 같은 일반적인 핀다이오드를 이용한 전자식 스위치의 일예를 나타내는 도면을 참고하면 다음과 같다. 도 2에 따른 전자식 스위치는 바이어스(Bias) 단자로부터 핀다이오드(D)에 순방향 바이어스가 인가되면 핀다이오드는 저임피던스가 되어 선로는 오프(OFF)가 되어 입력단자(Pin)로 입력된 고주파 신호는 출력단자(Pout)로 전달되지 않는다. 이와는 달리, 상기 핀다이오드에 역방향 바이어스가 인가되면 핀다이오드는 고임피던스가 되고 선로가 온(ON) 상태로 되므로 입력단자(Pin)로 입력된 고주파 신호는 출력단자(Pout)로 전달된다.
본 고안은 무선통신 시스템에서 다채널 신호를 분배/합성하고 스위칭하는데 있어 제 1 입출력 포트와 각 채널의 여파기 입력단간을 접속하는 선로, 각 채널의 여파기 출력단과 제 2 입출력 포트간을 접속하는 선로의 길이를 인접하지 않은 채널의 중심 주파수에 대해 1/4파장으로 함으로써 해당 채널의 삽입손실 및 인접 채널로부터의 간섭을 최소화하는 양방향 고출력 다채널 스위칭 여파기를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 고안에 따른 고출력 다채널 스위칭 분배선로는, 무선통신 시스템에서 다채널 신호를 분배/합성하고 스위칭하는데 있어 제 1 입출력 포트와 각 채널의 여파기 입력단간에 형성되는 선로, 각 채널의 여파기 출력단과 제 2 입출력 포트간에 형성되는 선로의 길이를 인접하지 않은 채널의 중심 주파수에 대해 1/4파장으로 함으로써 해당 채널의 삽입손실 및 인접 채널로부터의 간섭을 최소화하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 고안은 고출력 다채널 스위칭 여파기를 제작함에 있어 제 1 공통 입출력 포트와 각 채널의 여파기 입력단간을 접속하는 선로의 길이, 각 채널의 여파기 출력단과 제 2 공통 입출력 포트간을 접속하는 선로의 길이를 각 채널별로 중심 주파수를 다르게 적용하여 설계하되, 해당 채널에 적용할 선로의 길이는 해당 채널과 인접한 채널을 제외한 그외의 채널에서 선택하여 그 선택된 채널의 중심 주파수에 대해 λ/4로 하는 양방향 고출력 다채널 스위칭 여파기를 제공하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의해 본 고안은, 무선통신 시스템에서 다채널 신호를 분배/합성하고 스위칭하는데 있어 제 1 입출력 포트와 각 채널의 여파기 입력단간에 형성되는 선로, 각 채널의 여파기 출력단과 제 2 입출력 포트간에 형성되는 선로의 길이를 인접하지 않은 채널의 중심 주파수에 대해 1/4파장으로 함으로써 해당 채널의 삽입손실 및 인접 채널로부터의 간섭을 최소화하는 효과가 있다.
도 1은 주파수 호핑 방식의 주파수 호핑 패턴을 나타내는 도면.
도 2는 일반적인 핀다이오드를 이용한 전자식 스위치의 일예를 나타내는 도면.
도 3은 본 고안에 따른 양방향 고출력 다채널 스위칭 여파기의 제 1 실시예 구성을 나타내는 도면.
도 4는 본 고안에 따른 양방향 고출력 다채널 스위칭 여파기의 제 1 실시예에 대한 8채널 구성을 나타내는 도면.
도 5는 본 고안에 따른 양방향 고출력 다채널 스위칭 여파기의 제 2 실시예 구성을 나타내는 도면.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
210, 310, 410 : 제 1 공통선로 221, 321, 421 : 제 1 경로
222, 322, 422 : 제 2 경로 223, 323, 423 : 제 3 경로
224, 424 : 제 (N-2) 경로 225, 425 : 제 (N-1) 경로
226, 426 : 제 N 경로 231, 331, 431 : 제 1 선로
232, 332, 432 : 제 2 선로 233, 333, 433 : 제 3 선로
234, 434 : 제 (N-2) 선로 235, 435 : 제 (N-1) 선로
236, 436 : 제 N 선로 241, 341, 441 : 제 1 여파기
242, 342, 442 : 제 2 여파기 243, 343, 443 : 제 3 여파기
244, 444 : 제 (N-2) 여파기 245, 445 : 제 (N-1) 여파기
246, 446 : 제 N 여파기 324∼328 : 제 4 내지 제 8 경로
334∼338 : 제 4 내지 제 8 선로 344∼348 : 제 4 내지 제 8 여파기
250, 350, 450 : 제 2 공통선로
이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다. 일반적으로 주파수 호핑(hopping) 방식을 사용하는 송신기의 안테나 전단에 구비되어 신호를 절환하는 고출력 다채널 스위치는 하나의 공통포트(common port)로부터 분기된 경로를 통해 소정 거리에 고출력 핀다이오드를 shunt 방식으로 접속하여 설계함으로써 제작할 수 있다.
이와같은 고출력 다채널 RF 스위치는 공통포트와 각 채널간의 연결을 전체 사용대역의 중심주파수(fc)에 해당하는 λc/4를 적용하여 설계, 제작한다. 이러한 방식으로 제작된 일반적인 다채널 스위치는 협대역의 특성을 갖게 되므로 중심주파수로부터 멀어지게 되는 낮은 주파수 대역의 채널과 높은 주파수 대역의 채널에서는 삽입손실이 증가하게 되는 문제점이 있다.
도 3은 본 고안에 따른 양방향 고출력 다채널 스위칭 여파기의 제 1 실시예 구성을 나타내는 도면으로서, 제 1 공통 입출력포트를 통해 고주파 신호가 입출력되는 제 1 공통선로(210);와 일단이 각각 상기 제 1 공통선로에 접속되고 서로 다른 길이로 형성되는 제 1 내지 제 N 경로(221∼226);와 상기 제 1 내지 제 N 경로의 타단에 각각 접속되는 제 1 내지 제 N 핀다이오드(D1∼DN);와 상기 제 1 내지 제 N 핀다이오드에 각각 접속되어 제 1 내지 제 N 채널의 고주파 신호를 해당 채널의 대역만 필터링하는 제 1 내지 제 N 여파기(241∼246);를 포함하여 구성된다.
상기 제 1 공통선로(210)는 분배/합성된 다채널의 고주파 신호가 제 1 공통 입출력포트를 통해 입력되거나 출력되는 선로로서 상기 고주파 신호가 이 제 1 공통선로로부터 분기/합성되는데, 이때 분기/합성되는 경로의 수는 채널의 수와 동일하다. 즉, N개의 채널 신호일 경우 N개의 경로로 분기/합성시킨다.
상기 제 1 내지 제 N 경로(221∼226)는, 상기 제 1 공통선로로부터 분기/합성된 N개의 채널 신호 가운데 각각 특정 채널의 신호를 인접 채널의 신호가 혼입되지 않도록 하면서 낮은 손실로 전달하기 위한 통로로서 작용한다. 이러한 제 1 내지 제 N 경로는 그 일단이 각각 상기 제 1 공통선로에 접속되고 서로 다른 길이로 형성된다.
상기 제 1 내지 제 N 핀다이오드(D1∼DN)는, 상기 제 1 내지 제 N 경로의 타단에 각각 shunt 방식으로 접속되는 고출력 핀다이오드들로서 그에 인가되는 바이어스가 순방향일 경우 저임피던스가 되어 선로를 오프(OFF)시키고, 역방향 바이어스일 경우에는 고임피던스가 되어 선로를 온(ON)시켜 입력된 고주파 신호가 흐르도록 동작한다.
상기 제 1 내지 제 N 여파기(241∼246)는, 상기 제 1 내지 제 N 경로의 타단 및 상기 제 1 내지 제 N 핀다이오드에 각각 접속되어 상기 제 1 공통선로로부터 분기/합성된 N개의 채널 신호 가운데 각각 특정 채널의 신호만을 필터링하기 위한 것으로서, 대역 통과 여파기(Band Pass Filter)가 사용된다.
상기 도 3에서 제 1 내지 제 N 경로(221∼226)의 길이는 다음과 같이 정해진다. 상술한 바와 같이 제 1 경로(221)는 제 1 채널의 고주파 신호를 통과시키는 경로로서 제 1 핀다이오드(D1)가 온(ON)되면 제 1 공통선로(210)로부터 입력된 다채널 신호가 제 1 경로(221)를 거쳐 제 1 여파기(241)로 전달된다. 이때, 상기 제 1 여파기의 필터링 작용 외에도 제 1 채널의 신호가 저손실로 통과됨과 동시에 간섭이 최소화되도록 할 필요가 있다. 이를 위해 본 고안은 제 1 선로의 길이를 인접한 제 2 채널을 제외한 제 3 내지 제 N 채널 가운데 어느 하나의 채널에 대해 그 중심 주파수의 1/4파장으로 한 것이다.
도 3에서 제 1 경로(221)의 길이는 제 2 채널을 제외한 나머지 채널 가운데 제 N 채널의 중심 주파수인 fN의 1/4파장이 되고, 이에 대응되는 제 N 경로(226)의 길이는 제 1 채널의 중심 주파수인 f1의 1/4파장이다. 동일한 방식으로 제 2 채널과 제 (N-1) 채널, 제 3 채널과 제 (N-2) 채널, 제 3 채널과 제 (N-2) 채널, …, 각각 이와같이 대응된다.
또한, 본 고안은 상기 제 1 내지 제 N 여파기(241∼246)를 중심으로 하여 대칭 구조를 갖는다. 즉, 상기 제 1 내지 제 N 여파기(241∼246)의 출력단에는 각각 핀다이오드들(d1∼dN)이 접속됨과 동시에 각각 N개의 경로들(221-1∼226-1)의 일단이 접속되며, 상기 N개의 경로들(221-1∼226-1)의 타단은 모두 제 2 공통선로(250)와 접속된다.
상기 N개의 경로들(221-1∼226-1)은, 상기 N개의 채널 신호 가운데 각각 특정 채널의 신호를 인접 채널의 신호가 혼입되지 않도록 하면서 낮은 손실로 전달하기 위한 통로로서 작용한다. 이러한 N개의 경로들(221-1∼226-1)은 상술한 제 1 내지 제 N 경로(221∼226)와 같이 각각 서로 다른 길이로 형성된다.
여기서, 서로 대칭되는 경로상에 있는 상기 제 1 내지 제 N 핀다이오드(D1∼DN)와 핀다이오드들(d1∼dN)은 각각 연동되어 동작한다. 즉, 예로써 제 1 핀다이오드(D1)와 핀다이오드(d1)는 동시에 온(ON) 또는 오프(OFF)된다. 이와같이 함으로써 송신측에서는 N개의 채널 신호가 미리 정해진 패턴에 따라 스위칭되고 필터링되어 주파수가 호핑되며, 동기화된 수신측에서는 동일한 패턴에 따라 신호를 수신한다.
한편, 상기 제 1 내지 제 N 경로의 타단과 상기 제 1 내지 제 N 여파기의 입력단 사이에는 각각 제 1 내지 제 N 채널의 고주파 신호가 입출력되는 제 1 내지 제 N 선로(231∼236)가 접속될 수도 있으며, 상기 제 1 내지 제 N 여파기의 출력단과 N개의 경로들(221-1∼226-1) 사이에는 각각 제 1 내지 제 N 채널의 고주파 신호가 입출력되는 N개의 선로들(231-1∼236-1)이 접속될 수도 있다. 이와같은 제 1 내지 제 N 선로와 N개의 선로들은 통상의 고주파 선로가 이용될 수 있으며, 그 구조는 동일한 것이다.
상기 제 2 공통선로(250)는 합성/분배된 다채널의 고주파 신호가 제 2 공통 입출력포트를 통해 출력되거나 입력되는 선로로서 상기 고주파 신호가 이 제 2 공통선에서 합성/분기되는데, 이때 합성/분기되는 경로의 수는 채널의 수와 동일하다. 즉, N개의 채널 신호일 경우 N개의 경로로 합성/분기시킨다.
도 4는 본 고안에 따른 양방향 고출력 다채널 스위칭 여파기의 제 1 실시예에 대한 8채널 구성을 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이 본 고안에 따른 양방향 고출력 8채널 스위칭 여파기는, 제 1 공통 입출력포트를 통해 고주파 신호가 입출력되는 제 1 공통선로(310);와 일단이 각각 상기 제 1 공통선로에 접속되고 서로 다른 길이로 형성되는 제 1 내지 제 8 경로(321∼328);와 상기 제 1 내지 제 8 경로의 타단에 각각 접속되는 제 1 내지 제 8 핀다이오드(D1∼D8);와 상기 제 1 내지 제 8 핀다이오드에 각각 접속되어 제 1 내지 제 8 채널의 고주파 신호를 해당 채널의 대역만 필터링하는 제 1 내지 제 8 여파기(341∼348);를 포함하여 구성된다.
도 4에서 상기 제 1 공통선로(310), 제 1 내지 제 8 경로(321∼328), 제 1 내지 제 8 핀다이오드(D1∼D8), 제 1 내지 제 8 여파기(341∼348)의 구조와 동작은 상기 도 3에서 상술한 바와 동일하므로 이하에서는 그 설명을 생략한다.
도 5는 본 고안에 따른 양방향 고출력 다채널 스위칭 여파기의 제 2 실시예 구성을 나타내는 도면으로서, 제 1 공통선로(410), 제 1 내지 제 N 경로(421∼426), 제 1 내지 제 N 핀다이오드(D1∼DN), 제 1 내지 제 N 여파기(441∼446)는 상기 도 3의 제 1 공통선로(210), 제 1 내지 제 N 경로(221∼226), 제 1 내지 제 N 핀다이오드(D1∼DN), 제 1 내지 제 N 여파기(231∼236)에 각각 대응된다.
본 고안의 제 2 실시예는 N경로로 분배되는 경로의 각 선로 임피던스를 고주파 회로의 특성임피던스인 50Ω보다 낮게 설계함으로써 광대역화하도록 한 것이다. 1:N 구조, 즉 공통선로로부터 N경로로 분배하는 경우 N의 수가 증가할수록 각 경로들이 협대역화되어 가는 문제점이 있다. 따라서, 본 고안의 제 2 실시예에서는 상기 제 1 공통선로(410)와 제 1 내지 제 N 경로(421∼426), 그리고 제 2 공통선로(450)의 선로 임피던스를 30~40Ω으로 함으로써 광대역화한 것이다.
즉, 도 5에서 본 고안의 제 2 실시예에 따르면 신호가 분배/합성되고 스위칭되는 구간인 제 1 공통선로(410)와 제 1 내지 제 N 경로(421∼426), 그리고 제 2 공통선로(450)의 선로 임피던스는 50Ω보다 낮은 Z1이 된다. 이때, 상기 제 1 및 제 2 공통선로(410, 450)와 제 1 내지 제 N 경로(421∼426)의 선로에 있어 최적의 임피던스는 상술한 30~40Ω의 범위 내에서 구현하고자 하는 대역폭에 따라 탄력적으로 선택해서 설계하게 된다.
이상에서 설명한 본 고안은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (5)

  1. 다채널 신호를 스위칭하는 스위칭 여파기에 있어서,
    제 1 공통 입출력포트를 통해 고주파 신호가 입출력되는 제 1 공통선로;
    일단이 각각 상기 제 1 공통선로에 접속되고 서로 다른 길이로 형성되는 제 1 내지 제 N 경로;
    상기 제 1 내지 제 N 경로의 타단에 각각 접속되는 제 1 내지 제 N 핀다이오드;
    상기 제 1 내지 제 N 경로의 타단과 제 1 내지 제 N 핀다이오드에 각각 접속되어 제 1 내지 제 N 채널의 고주파 신호를 해당 채널의 대역만 필터링하는 제 1 내지 제 N 여파기;를 포함하고,
    상기 제 1 내지 제 N 경로의 길이를 해당 채널과 인접하지 않은 채널의 중심 주파수에 대해 1/4파장으로 하는 양방향 고출력 다채널 스위칭 여파기.
  2. 다채널 신호를 스위칭하는 스위칭 여파기에 있어서,
    제 1 내지 제 N 채널의 고주파 신호가 각각 입력되어 해당 채널의 대역만 필터링하는 제 1 내지 제 N 여파기;
    상기 제 1 내지 제 N 여파기의 출력단에 각각 접속되는 제 1 내지 제 N 핀다이오드;
    상기 제 1 내지 제 N 여파기의 출력단과 제 1 내지 제 N 핀다이오드에 각각 일단이 접속되고 서로 다른 길이로 형성되는 제 1 내지 제 N 경로;
    상기 제 1 내지 제 N 경로의 타단에 접속되어 제 2 공통 입출력포트를 통해 고주파 신호가 입출력되는 제 2 공통선로;를 포함하고,
    상기 제 1 내지 제 N 경로의 길이를 해당 채널과 인접하지 않은 채널의 중심 주파수에 대해 1/4파장으로 하는 양방향 고출력 다채널 스위칭 여파기.
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KR20040101567A (ko) * 2002-05-01 2004-12-02 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. 무선 단말기, ｒｆ 모듈 및 장치

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