KR20050043525A - 쿼드밴드 안테나 스위칭 장치 - Google Patents

쿼드밴드 안테나 스위칭 장치 Download PDF

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KR20050043525A
KR20050043525A KR1020030078444A KR20030078444A KR20050043525A KR 20050043525 A KR20050043525 A KR 20050043525A KR 1020030078444 A KR1020030078444 A KR 1020030078444A KR 20030078444 A KR20030078444 A KR 20030078444A KR 20050043525 A KR20050043525 A KR 20050043525A
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장지연
도기태
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명은 안테나 스위칭 장치의 일부 구성을 반도체 칩(chip)으로 구현하여 간소하게 구현하고, 이를 인쇄회로기판에 장착하여 하나의 모듈로 제작한 쿼드밴드 안테나 스위칭 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은, 안테나(ANT)단에 연결되어 복수의 GSM 송신 및 수신을 스위칭하는 안테나 스위칭 장치에 있어서, 복수의 제어전압(VC1,VC2,VC3)에 따라, 상기 GSM 쿼드밴드중의 하나의 밴드를 선택하기 위한 스위칭신호(ssw)를 제공하는 디코더(32); 상기 안테나(ANT)단과 GSM 쿼드밴드에 해당되는 복수의 GSM 송신단 및 GSM 수신단과 연결되고, 상기 디코더(31)의 스위칭신호(ssw)에 따라 스위칭 동작하여, 상기 안테나를 복수의 송신단 및 수신단중의 하나에 연결시키는 스위칭부(33); 및 상기 스위칭부(34)의 GSM 송신단에 연결하여 GSM 송신신호를 상기 스위칭부(34)로 통과시키는 저역통과필터(34)를 구비함을 특징으로 한다.

Description

쿼드밴드 안테나 스위칭 장치{QUAD BAND ANTENNA SWITCHING APPARATUS}
본 발명은 휴대폰 등의 이동통신 단말기에 적용가능하고, 하나의 안테나를 통해 무선신호를 송수신하는 쿼드밴드 안테나 스위칭 장치에 관한 것으로, 특히 안테나 스위칭 장치의 일부 구성을 반도체 칩(chip)으로 구현하여 간소하게 구현하고, 이를 인쇄회로기판에 장착하여 하나의 모듈로 제작함으로서, 재료비를 절감할 수 있고, 제작공정을 단순화할 수 있어 공정수율을 향상시킬 수 있는 쿼드밴드 안테나 스위칭 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 휴대 단말기의 소형화가 진행됨에 따라, 휴대 단말기용 RF 부품의 개발방향이 소형화, 모듈화로 맞춰지고 있으며, 한편, GSM(Global System for Mobile Communication)은 유럽에서 셀룰라 망을 통일하기 위한 유럽의 디지털 셀룰라 이동통신 방식으로, 시분할 다중접속(TDMA) 방식을 이용하며, 이런 통신을 이용한 양방향 무선 데이터 통신 서비스로 SMS(Short Message Service)가 있다.
그리고, GSM의 종류에는 사용주파수에 따라서, GSM900, GSM1800 및 GSM1900이 있는데, 상기 GSM900을 GSM이라고 부른다. 상기 GSM1800을 DCS1800 또는 PCN이라고 부르고, 1800MHz 대역의 주파수를 사용하며, 이는 유럽, 아시아 태평양지역 및 호주에서 사용한다. 그리고, 상기 GSM1900을 PCS1900이라고 부르며, 1900MHz 대역의 주파수를 사용하고, 이는 미국, 카나다 등에서 사용된다.
이러한 GSM 단말기에 적용되는 종래의 안테나 스위칭 장치에 대해서 도 1을 참조하여 설명하면,
도 1은 종래의 안테나 스위칭 장치의 회로 구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 안테나 스위칭 장치는 하나의 안테나(ANT)와 송신 및 수신을 스위칭하는 스위칭부(SW)와, 900MHz 대역을 이용하는 제1 GSM 송신밴드/EGSM 송신밴드(TX1,TX2)를 대역 통과시키는 제1 송신대역 통과필터(11)와, 1800MHz 및 1900MHz 대역을 이용하는 제3,4 GSM 송신밴드(TX3,TX4)를 대역 통과시키는 제2 송신대역 통과필터(12)와, 상기 제1 송신대역 통과필터(11)와 제2 송신대역 통과필터(12)로부터의 신호를 상기 스위칭부(SW)로 출력하는 각각 대역 통과시키는 제1 다이플렉서(Diplexer)(13)를 포함한다.
또한, 상기 안테나 스위칭 장치는 상기 스위칭부(SW)로부터의 제1,제3 GSM 수신밴드(RX1,RX3)를 각각 통과시키는 제2 다이플렉서(14)와, 상기 제2 다이플렉서(14)로부터의 제1 GSM 수신밴드(RX1)를 대역 통과시키는 제1 수신대역 통과필터(15)와, 상기 제2 다이플렉서(14)로부터의 제3 GSM 수신밴드(RX3)를 대역 통과시키는 제2 수신대역 통과필터(16)와, 상기 스위칭부(SW)로부터의 제4 GSM 수신밴드/EGSM 수신밴드(RX4,RX2)를 각각 통과시키는 제3 다이플렉서(17)와, 상기 제3 다이플렉서(17)로부터의 제4 GSM 수신밴드(RX4)를 대역 통과시키는 제3 수신대역 통과필터(18)와, 상기 제3 다이플렉서(17)로부터의 EGSM 수신밴드(RX2)를 대역 통과시키는 제4 수신대역 통과필터(19)를 포함한다.
여기서, 상기 종래의 안테나 스위칭 장치는 3개의 제어전압(VC1,VC2,VC3)에 따라 각 밴드의 송신 및 수신 동작이 수행되는데, 상기 제어전압에 따른 동작모드는 하기 표 1에 보인 바와 같다.
선택 밴드 VC1 VC2 VC3
TX2/TX1/TX3/TX4 H L L
RX1/RX3 L L H
RX2/RX4 L H L
이러한 종래의 안테나 스위칭 장치의 구현방식에 대해서 간단히 설명하면, 수동 소자인 인덕터 및 캐패시터를 세라믹 기판 내부에 구현하고, 상부면의 칩저항, 다이오드 등과 같은 칩 부품과 상호 접속시켜 패키징하여 하나의 모듈로 제작되는 것이 일반적이다. 이러한 종래의 안테나 스위칭 장치는 회로의 일부 부품이 기판내에 삽입되어 원가 경쟁력이 높다는 장점이 있다.
그런데, 이러한 종래의 안테나 스위칭 장치는 도 2에 도시한 바와 같이 복잡한 적층구조로 이루어진다.
도 2는 종래의 안테나 스위칭 장치의 적층 구조도이다.
도 2를 참조하면, 종래의 안테나 스위칭 장치는 다층의 LTCC 기판구조(LS)와, 이 LTCC 기판에 안테나 스위칭 모듈의 구성요소가 장착되는 구성요소 장착부(COM)로 이루어지는데, 상기 다층의 LTCC 기판구조(LS)는 대략 14~17층 구조의 LTCC기판으로 이루어지고, 상기 LTCC 기판의 상부면에 부품을 실장하는 형태로 구조가 형성되어 있다. 또한, 상기 LTCC 기판의 상부면의 구성요소 장착부(COM)에는 상기한 3개의 다이플렉서와 6개의 대역통과필터가 장착되며, 상기 다이플렉서와 대역통과필터는 일부 R,L,C 회로로 구성되어 있는데, 여기서, 용량이 적은 일부의 R,L,C 회로는 기판내부에 일정한 면적과 전극 구조로 설계하여 수동부품의 사용을 기판내부에 실장한 형태로 대체시켜 구성한다.
그러나, 이러한 종래의 안테나 스위칭 장치는 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.
종래의 안테나 스위칭 장치는, 구성이 복잡하고 생산 공정이 복잡하여 불량률이 높고, 이에 따라 생산효율이 저하되며, 작업시간이 길다는 문제점이 있다. 또한, LTCC 기판의 낙하시험에 따른 파괴위험이 내포되어 있으며, 기판 불량발생시 수리가 불가능하며, 제품 분석이 가능하여 모조품이 나올 수 있으며, 일반 수동소자(R,L,C)고용량의 값은 LTCC 기판내에 설계가 불가능하며, 제품의 SIZE 축소에 한계가 있는 등의 여러 가지 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 그 목적은 안테나 스위칭 장치의 일부 구성을 반도체 칩(chip)으로 구현하여 간소하게 구현하고, 이를 인쇄회로기판에 장착하여 하나의 모듈로 제작함으로서, 재료비를 절감할 수 있고, 제작공정을 단순화할 수 있어 공정수율을 향상시킬 수 있는 쿼드밴드 안테나 스위칭 장치를 제공하는데 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 쿼드밴드 안테나 스위칭 장치는
안테나단에 연결되어 복수의 GSM 송신 및 수신을 스위칭하는 안테나 스위칭 장치에 있어서,
복수의 제어전압에 따라, 상기 GSM 쿼드밴드중의 하나의 밴드를 선택하기 위한 스위칭신호를 제공하는 디코더;
상기 안테나단과 GSM 쿼드밴드에 해당되는 복수의 GSM 송신단 및 GSM 수신단과 연결되고, 상기 디코더의 스위칭신호에 따라 스위칭 동작하여, 상기 안테나를 복수의 송신단 및 수신단중의 하나에 연결시키는 스위칭부; 및
상기 스위칭부의 GSM 송신단에 연결하여 GSM 송신신호를 상기 스위칭부로 통과시키는 저역통과필터
를 구비함을 특징으로 한다.
또한, 상기 쿼드밴드 안테나 스위칭 장치는
상기 디코더, 스위칭부 및 저역통과필터를 인쇄회로기판(PCB) 상부면에 장착하여 몰딩하여 하나의 모듈로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 안테나 스위칭 장치의 회로 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 쿼드밴드 안테나 스위칭 장치는 안테나(ANT)단에 연결되어 복수의 GSM 송신 및 수신을 스위칭하는 안테나 스위칭 장치로서, 이는 복수의 제어전압(VC1,VC2,VC3)에 따라, 상기 GSM 쿼드밴드중의 하나의 밴드를 선택하기 위한 스위칭신호(ssw)를 제공하는 디코더(32)와, 상기 안테나(ANT)단과 GSM 쿼드밴드에 해당되는 복수의 GSM 송신단 및 GSM 수신단과 연결되고, 상기 디코더(31)의 스위칭신호(ssw)에 따라 스위칭 동작하여, 상기 안테나를 복수의 송신단 및 수신단중의 하나에 연결시키는 스위칭부(33)와, 상기 스위칭부(34)의 GSM 송신단에 연결하여 GSM 송신신호를 상기 스위칭부(34)로 통과시키는 저역통과필터(34)를 포함한다.
여기서, 상기 쿼드밴드 안테나 스위칭 장치는 제어전압 생성부(31)에 연결되어, 상기 제어전압 생성부(31)는 상기 쿼드밴드 안테나 스위칭 장치에 복수의 제어전압(VC1,VC2,VC3)을 공급한다.
이와 같은 본 발명의 쿼드밴드 안테나 스위칭 장치는 하나의 모듈로 제작되는데, 이에 대해서 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 안테나 스위칭 장치의 모듈로 제작시의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 상기 쿼드밴드 안테나 스위칭 장치는 상기 디코더(32), 스위칭부(33) 및 저역통과필터(34)를 인쇄회로기판(PCB) 상부면에 장착하고, 상기 디코더(32), 스위칭부(33) 및 저역통과필터(34)를 와이어 본딩으로 연결하고, 상기 디코더(32)와 저역통과필터(34)를 외부와 와이어 본딩을 통해 연결하고, 이후 상기 디코더(32), 스위칭부(33) 및 저역통과필터(34)를 포함하는 인쇄회로기판의 상부를, 외부로부터의 충격으로부터 보호하기 위해서 몰딩(MD)하여 하나의 모듈로 이루어진다.
또한, 상기 디코더(32)는 상기 제어전압 생성부(31)의 복수의 제어전압(VC1,VC2,VC3)에 따라, 복수의 비트로 이루어진 스위칭신호(ssw)를 6개의 상태신호(ssw0~ssw5)중의 하나로 제공하도록 이루어진다.
그리고, 상기 스위칭부(33)는 안테나(ANT)단과, 제1 GSM 송신밴드/EGSM 송신밴드(TX1/TX2), 제3,4 GSM 송신밴드(TX3,TX4), 제1 GSM 수신밴드(RX1), EGSM 수신밴드(RX2), 제3 GSM 수신밴드(RX3) 및 제4 GSM 수신밴드(RX4)의 단자와 각각 연결되고, 상기 디코더(31)의 스위칭신호(ssw)에 따라, 상기 안테나(ANT)단을 상기 복수의 단자중 하나에 연결시켜 구성된다.
이하, 본 발명의 작용 및 효과를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
본 발명은 휴대폰 등의 이동통신 단말기에 적용가능하고, 하나의 안테나를 통해 무선신호를 송수신하는 쿼드밴드 안테나 스위칭 장치에 관한 것으로, 특히 안테나 스위칭 장치의 일부 구성을 반도체 칩(chip)으로 구현하여 간소하게 구현하고, 이를 인쇄회로기판에 장착하여 하나의 모듈로 제작함으로서, 재료비를 절감할 수 있고, 제작공정을 단순화할 수 있어 공정수율을 향상시킬 수 있는 쿼드밴드 안테나 스위칭 장치에 관한 것이다.
도 3을 참조하여 본 발명의 쿼드밴드 안테나 스위칭 장치의 제어전압 생성부(31)는 GSM의 쿼드밴드중의 희망 밴드 선택에 따라, 복수의 제어전압(VC1,VC2,VC3)을 생성하여 디코더(32)로 출력한다.
상기 디코더(32)는 상기 제어전압 생성부(31)의 복수의 제어전압(VC1,VC2,VC3)에 따라, 상기 GSM 쿼드밴드중의 하나의 밴드를 선택하기 위한 스위칭신호(ssw)를 스위칭부(33)로 출력하는데, 이에 대해서 구체적으로 설명하면, 상기 제어전압 생성부(31)의 복수의 제어전압(VC1,VC2,VC3)에 따라, 6비트복수의 비트로 이루어진 스위칭신호(ssw)를 하기 표2에 보인 바와 같이 6개의 상태신호(ssw0~ssw5)중의 하나로 제공한다.
여기서, 상기 복수의 제어전압(VC1,VC2,VC3)중 "V1"은 밴드 선택(band selecting), "V2"는 송신선택(TX enable), "V3"은 수신선택(RX enable)을 의미한다. 그리고, TX1,TX2는 제1 GSM 송신밴드/EGSM 송신밴드이고, TX3,TX4는 제3,4 GSM 송신밴드이고, RX1은 제1 GSM 수신밴드이며, RX2는 EGSM 수신밴드이고, RX3은 제3 GSM 수신밴드이다. 그리고, RX4는 제4 GSM 수신밴드이다.
입력 출력 상태신호
밴드선택(V1) 송신선택(V2) 수신선택(V3) b5 b4 b3 b2 b1 b0
0 0 0 0 0 1 0 0 0 ssw0
0 0 1 0 0 0 1 0 0 ssw1
1 1 X 1 0 0 0 0 0 ssw2
1 0 0 0 0 0 0 1 0 ssw3
1 0 1 0 0 0 0 0 1 ssw4
0 1 X 0 1 0 0 0 0 ssw5
상기 표2를 참조하면, 예를 들어, 상기 스위칭신호(ssw)가 제0 상태신호(ssw0)는 "001000"(b5b4b3b2b1b0)이고, 제1 상태신호(ssw1)는 "000100"(b5b4b3b2b1b0)이고, 제2 상태신호(ssw2)는 "100000"(b5b4b3b2b1b0)이고, 제3 상태신호(ssw3)는 "000010"(b5b4b3b2b1b0)이고, 제4 상태신호(ssw4)는 "000001"(b5b4b3b2b1b0)이고,
제5 상태신호(ssw5)는 "010000"(b5b4b3b2b1b0)이다.
상기 스위칭부(33)는 상기 안테나(ANT)단과 GSM 쿼드밴드에 해당되는 복수의 GSM 송신단 및 GSM 수신단과 연결되고, 상기 디코더(31)의 스위칭신호(ssw)에 따라 스위칭 동작하여, 상기 안테나를 복수의 송신단 및 수신단중의 하나에 연결시키는데, 상기 스위칭신호(ssw)의 각 상태신호에 따라서 선택되는 밴드는 하기 표3에 보인 바와 같다.
출력 상태신호 선택
b5 b4 b3 b2 b1 b0
0 0 1 0 0 0 ssw0 RX1
0 0 0 1 0 0 ssw1 RX2
1 0 0 0 0 0 ssw2 TX1,TX2
0 0 0 0 1 0 ssw3 RX3
0 0 0 0 0 1 ssw4 RX4
0 1 0 0 0 0 ssw5 TX3,TX4
상기 표3을 참조하면, 예를 들어, 상기 스위칭신호(ssw)가 제0 상태신호(ssw0)(001000)일 때는 제1 GSM 수신밴드(RX1), 제1 상태신호(ssw1)(00100)일 때는 EGSM 수신밴드(RX2), 제2 상태신호(ssw2)(100000)일 때는 제1 GSM 송신밴드/EGSM 송신밴드(TX1,TX2), 제3 상태신호(ssw3)(000010)일 때는 제3 GSM 수신밴드(RX3), 제4 상태신호(ssw4)(000001)일 때는 제4 GSM 수신밴드(RX4), 제5 상태신호(ssw5)(010000)일 때는 제3,4 GSM 송신밴드(TX3,TX4)가 각각 선택된다.
한편, 상기 스위칭부(34)의 GSM 송신단에는 저역통과필터(34)가 연결되어, GSM 송신신호를 상기 스위칭부(34)로 통과시킨다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 종전에 수십층의 LTCC기판을 사용하는 것과 달리, 인쇄회로기판(PCB)을 적용함으로써 LTCC의 복잡한 공정과 그에 따른 불량 등 여러 가지 야기될 수 있는 문제를 해결할 수 있고, LTCC기술로 인덕터와 캐패시터를 구현하고 나머지 스위치부를 구현하는 다이오드 및 기타 수동소자는 기판 상부면에 실장하는 기존 방식에 비해, 본 발명에 의하면, 모든 수동소자를 반도체 칩내부로 삽입하였다. 그래서 인쇄회로기판(PCB) 상에 저역통과필터(LPF), 스위칭부(Switching PART), 디코더(Decoder)의 3개의 다이(Die)를 사용하여 쿼드밴드 안테나 스위칭 모듈(Quad band ASM)을 구현함으로써 소형모듈화 하였다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 본 발명은 휴대폰 등의 이동통신 단말기에 적용가능하고, 하나의 안테나를 통해 무선신호를 송수신하는 쿼드밴드 안테나 스위칭 장치에서, 안테나 스위칭 장치의 일부 구성을 반도체 칩(chip)으로 구현하여 간소하게 구현하고, 이를 인쇄회로기판에 장착하여 하나의 모듈로 제작함으로서, 재료비를 절감할 수 있고, 제작공정을 단순화할 수 있어 공정수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
즉, 부품수량 감소에 의한 공정수율 향상, 일부부품의 반도체화에 의한 재료비 절감 효과, LTCC 공정대비 제작공정의 단순화, 일부부품 반도체화에 의한 제품 COPY 도용방지인데, 보다 구체적으로는 생산효율증대(불량률이 적다), 생산공정이 단순하여 작업시간 단축, PCB기판위에 몰딩공정을 사용함에 따른 낙하 시험시 파괴 위험성이 없다. 그리고, 조립상의 불량 발생시 수리가 가능, 반도체 공정을 사용한 제품으로 인하여 모조품이 나올 수 없다. 또한, 사이즈 경쟁력이 우수하고( 30~50% 적다), 제품 COST경쟁력이 사이즈의 감소효과에 비례하며, 제품특성은 기존제품대비 10~30%우수하고, 제품의 품질신뢰성이 우수하다.
이상의 설명은 본 발명의 구체적인 실시 예에 대한 설명에 불과하므로, 본 발명은 이러한 구체적인 실시 예에 한정되지 않으며, 또한, 본 발명에 대한 상술한 구체적인 실시 예로부터 그 구성의 다양한 변경 및 개조가 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
도 1은 종래의 안테나 스위칭 장치의 회로 구성도이다.
도 2는 종래의 안테나 스위칭 장치의 적층 구조도이다.
도 3은 본 발명에 따른 안테나 스위칭 장치의 회로 구성도이다.
도 4는 본 발명의 안테나 스위칭 장치의 모듈로 제작시의 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
31 : 제어전압 생성부 32 : 디코더
33 : 스위칭부 34 : 저역통과필터
ANT : 안테나 VC1,VC2,VC3 : 제어전압
ssw : 스위칭신호 PCB : 인쇄회로기판
ssw0~ssw5 : 상태신호 TX1/TX2 : 제1 GSM 송신밴드/EGSM 송신밴드
TX3,TX4 : 제3,4 GSM 송신밴드 RX1 : 제1 GSM 수신밴드
RX2 : EGSM 수신밴드 RX3 : 제3 GSM 수신밴드
RX3 : 제4 GSM 수신밴드

Claims (4)

  1. 안테나(ANT)단에 연결되어 복수의 GSM 송신 및 수신을 스위칭하는 안테나 스위칭 장치에 있어서,
    복수의 제어전압(VC1,VC2,VC3)에 따라, 상기 GSM 쿼드밴드중의 하나의 밴드를 선택하기 위한 스위칭신호(ssw)를 제공하는 디코더(32);
    상기 안테나(ANT)단과 GSM 쿼드밴드에 해당되는 복수의 GSM 송신단 및 GSM 수신단과 연결되고, 상기 디코더(31)의 스위칭신호(ssw)에 따라 스위칭 동작하여, 상기 안테나를 복수의 송신단 및 수신단중의 하나에 연결시키는 스위칭부(33); 및
    상기 스위칭부(34)의 GSM 송신단에 연결하여 GSM 송신신호를 상기 스위칭부(34)로 통과시키는 저역통과필터(34)
    를 구비함을 특징으로 하는 쿼드밴드 안테나 스위칭 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 쿼드밴드 안테나 스위칭 장치는
    상기 디코더(32), 스위칭부(33) 및 저역통과필터(34)를 인쇄회로기판(PCB) 상부면에 장착하여 몰딩하여 하나의 모듈로 이루어진 것을 특징으로 하는 쿼드밴드 안테나 스위칭 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 디코더(32)는
    상기 제어전압 생성부(31)의 복수의 제어전압(VC1,VC2,VC3)에 따라, 복수의 비트로 이루어진 스위칭신호(ssw)를 6개의 상태신호(ssw0~ssw5)중의 하나로 제공하는 것을 특징으로 하는 쿼드밴드 안테나 스위칭 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 스위칭부(33)는
    안테나(ANT)단과, 제1 GSM 송신밴드/EGSM 송신밴드(TX1/TX2), 제3,4 GSM 송신밴드(TX3,TX4), 제1 GSM 수신밴드(RX1), EGSM 수신밴드(RX2), 제3 GSM 수신밴드(RX3) 및 제4 GSM 수신밴드(RX4)의 단자와 각각 연결되고, 상기 디코더(31)의 스위칭신호(ssw)에 따라, 상기 안테나(ANT)단을 상기 복수의 단자중 하나에 연결시키는 것
    을 특징으로 하는 쿼드밴드 안테나 스위칭 장치.
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