KR20070068103A - 다중대역 스위치 모듈 - Google Patents

다중대역 스위치 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 안테나에 연결된 SPDT(Single Pole Double Throw); 상기 안테나와 상기 SPDT 사이에서 분기 연결된 제 1 위상 천이기; 상기 제 1 위상 천이기에 연결된 GPS BPF(Band Pass Filter); 상기 SPDT에 연결된 제 2 위상 천이기; 상기 제 2 위상 천이기에 연결된 제 1 듀플렉서; 및 상기 SPDT에 연결된 제 2 듀플렉서를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다중대역 스위치 모듈에 관한 것이다.
다중대역 스위치 모듈, GPS, 셀룰러, US-PCS, 위상 천이기

Description

다중대역 스위치 모듈{Multi-band switch module}
도 1은 종래의 트리플 밴드 프런트 엔드 모듈의 구성을 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 다중대역 스위치 모듈을 도시한 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 다중대역 스위치 모듈에 구비되는 위상 천이기를 도시한 도면.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100: 다중대역 스위치 모듈 110: 안테나
120: SPDT 130: GPS BPF
131: 제 1 위상 천이기 140: 셀룰러 듀플렉서
141: 제 2 위상 천이기 150: US-PCS 듀플렉서
201: 제 1 캐패시터 202: 리액터
203: 제 2 캐패시터
본 발명은 다중대역 스위치 모듈에 관한 것으로, 구체적으로 다중대역의 송수신 양방향 통신을 가능하게 하고 GPS 수신을 별도의 장치 없이 항상 가능하게 하 는 다중대역 스위치 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 셀룰러(Cellular) 또는 PCS 휴대폰 단말기 또는 기타 무선 통신 시스템에서 다중대역 스위치 모듈은 시스템이나 장치의 맨 앞에 위치하여 외부로부터의 입력을 받아들이는 부분으로서, 안테나(ANT)에 접속하여 대략 824-894MHz의 셀룰러(Cellular) 밴드 또는 대략 1750-1910MHz의 PCS 밴드를 구분하여 통과시키는 다이플렉서와, 상기 셀룰러(Cellular) 밴드를 대략 824-849MHz의 송신(TX)대역 및 대략 869-894MHzDML 수신(RX)대역으로 구분하는 듀플렉서 또는 상기 PCS 밴드를 송신(TX)대역 및 수신(TX)대역으로 구분하는 듀플렉서를 포함한다. 여기서, 한국형 PCS(K-PCS) 밴드는 1750MHz~1780MHz의 송신대역과1840MHz-1870MHz의 수신대역을 포함하며, 그리고, 미국형 PCS(US-PCS) 밴드는 1850MHz~1910MHz의 송신대역과 1930MHz-1990MHz의 수신대역을 포함한다.
도 1은 종래의 다중대역 스위치 모듈의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 삼중대역 안테나 스위치 회로의 블록도로서, 이는 안테나(10)에 연결된 다이플렉서부(11)와, 상기 다이플렉서부(11)에 연결 접속된 제 1 스위칭부(12), 제 2 스위칭부(13) 및 제 3 스위칭부(14)를 구비하여 이루어진 것으로, 상기 다이플렉서부(11)에서 GSM 송수신 신호와 DCS/PCS 송수신 신호를 분리하고, 상기 제 1 스위칭부(12)에서 GSM 송신신호 및 수신 신호와, 상기 제 2 스위칭부(13)에서 DCS/PCS 송신신호 및 DCS 수신신호를 각각 분리하며, 상기 제 3 스위칭부(14)에서 PCS 수신 신호를 분리하였다.
또한, 상기 안테나(10) 단자에서 입력된 신호는 다이플렉서부(11)를 통해 GSM 수신신호와 DCS 수신신호로 분파되어 GSM 수신단자(12c)와 DCS 수신단자(13c)로 수신되고, GSM 송신신호는 GSM 송신단자(12b)에서 입력되며, 상기 제 1 스위칭부(12)에 제 1 전압 인가단자(12a)에 소정의 전압이 인가되어 전류를 조절하기 위한 인덕터와 저항을 통해 GSM 수신단자(12c)에는 신호가 차단되고, 안테나(10) 단자로 출력되게 되며, DCS/PCS 송신신호도 상기와 같은 방식으로 제 2 스위칭부(13)에 제 2 전압 인가단자(13b)로부터 소정의 전원이 입력될 때 DCS/PCS 송신신호가 송신단자(13a)로부터 안테나(10)로 출력된다.
다만, PCS 수신신호는 제 3 스위칭부(14)를 구비하여 제 3 전압단자(14b)를 통해 전압이 인가될 때 PCS 수신단자(14a)로 안테나(10)로부터의 PCS 수신신호가 수신된다. 여기서, 다이플렉서부(11), 제 1 스위칭부(12), 제 2 스위칭부(13), 및 제 3 스위칭부(14)에는 임피던스 매칭라인 인덕터와 스트립 라인 인덕터를 포함할 수 있다.
그러나, 상기한 바와 같이 종래에 실시하고 있는 공용 안테나를 사용하는 GPS서비스를 수행할 수 있는 다중대역 이동통신단말기에 있어서, 800MHz를 사용하는 셀룰러(Cellular), 1900GHz를 사용하는 US-PCS, 1575MHz를 사용하는 GPS 대역을 동시에 사용하게 되는데 각 대역을 서비스하기 위해서는 전압구동방식을 이용하는 반도체 스위치인 SP3T를 사용해왔으며, 셀룰러나 US-PCS는 송수신을 동시에 가능하도록 듀플렉서를 스위치의 각 단자에 직렬로 배치시키고, GPS단에는 SAW필터 등의 대역통과필터를 스위치 단자에 직렬로 배치시키게 된다. GPS용 SAW필터는 사용하는 용도에 따라 성능은 임의의 선택이 가능하며 셀룰러용 듀플렉서와 US-PCS용 듀플렉 서는 상용화되어 있는 제품을 사용하여 왔다. 일반적으로 셀룰러용은 SAW 듀플렉서를 사용하고 있으며, US-PCS용은 성능의 제약이 많으므로 FBAR 구조의 듀플렉서를 사용하고 있다.
종래기술의 공용안테나를 사용하는 GPS서비스가 가능한 다중대역 이동통신단말기에 있어서는 800MHz를 사용하는 셀룰러, 1900GHz를 사용하는 US-PCS, 1575MHz를 사용하는 GPS 대역을 동시에 사용하게 되는데 각 대역을 서비스하기 위해서는 전압구동방식을 이용하는 반도체 스위치인 SP3T를 사용해왔는데, 이는 이동통신 서비스인 셀룰러 또는 US-PCS와 위치정보 서비스인 GPS를 시계열적으로 동시(Simultaneous)에 이용하기는 불가능하다. 즉 하나의 서비스를 사용하기 위해서는 다른 서비스는 끊어질 수밖에 없는 단점이 있었다. 향후 이동통신 서비스는 이러한 서비스를 동시에 가능하게 하는 S-GPS(Simultaneous GPS)를 요구하게 되는데, 종래의 기술로는 불가능한바 대안이 필요하게 되었다.
본 발명은 셀룰러 또는 US-PCS와 위치정보 서비스인 GPS를 시계열적으로 동시에 이용할 수 있는 다중대역 스위치 모듈을 구현한다.
본 발명은 안테나에 연결된 SPDT(Single Pole Double Throw); 상기 안테나와 상기 SPDT 사이에서 분기 연결된 제 1 위상 천이기; 상기 제 1 위상 천이기에 연결된 GPS BPF(Band Pass Filter); 상기 SPDT에 연결된 제 2 위상 천이기; 상기 제 2 위상 천이기에 연결된 제 1 듀플렉서; 및 상기 SPDT에 연결된 제 2 듀플렉서를 포 함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다중대역 스위치 모듈에 관한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명에 따른 다중대역 스위치 모듈은 이동통신 단말기에 구비되는 통신 모듈을 예로 들어 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 다중대역 스위치 모듈을 도시한 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다중대역 스위치 모듈(100)은 안테나(110)에 연결된 SPDT(Single Pole Double Throw: 120), 안테나(110)와 SPDT(120) 사이에 구비된 제 1 위상 천이기(131)와 GPS BPF(Band Pass Filter: 130), 제 2 위상 천이기(141)와 제 1 듀플렉서로서 셀룰러 듀플렉서(140), 및 제 2 듀플렉서로서 US-PCS 듀플렉서(150)를 포함하여 구성된다.
SPDT(120)는 안테나(110)로부터 전송된 신호 중에서 각 시스템의 주파수대에 응해서 800MHz를 사용하는 셀룰러(Cellular) 대역과 1900GHz를 사용하는 US-PCS 대역으로 분리시켜 어느 쪽에 연결할지를 결정하는 2 단자 구조의 반도체 스위칭소자이다.
GPS BPF(130)는 안테나(110)와 SPDT(120) 사이에서 분기 연결되어 1575MHz를 사용하는 GPS 대역의 신호만 통과시키는 제 1 위상 천이기(131)에 연결되어 GPS 대역의 신호 이외의 다른 신호를 필터링하는 필터부이다. 여기서, 제 1 위상 천이기(131)는 간섭대역의 임피던스 즉, 셀룰러 대역과 US-PCS 대역의 임피던스를 무한대로 만들어 셀룰러 또는 US-PCS의 이동통신 서비스 동작시 간섭을 방지하는 기능을 수행한다.
셀룰러 듀플렉서(140)는 SPDT(120)에 의해 통과된 주파수 대역중 800MHz를 사용하는 셀룰러 대역의 신호만을 분리시키는 제 2 위상 천이기(141)에 연결되어 셀룰러 주파수대에서 송신 및 수신 신호를 각각 분기하는 듀플렉서로서, 셀룰러 송신단으로부터의 셀룰러 주파수대의 송신 신호를 필터링하는 BPF(142)와 셀룰러 주파수대의 수신 신호를 필터링하여 셀룰러 수신단으로 전달하는 BPF(143)를 포함하여 구성된다.
US-PCS 듀플렉서(150)는 SPDT(120)를 거쳐 통과된 US-PCS 주파수대의 신호에서 송신 및 수신 신호를 각각 분기하는 듀플렉서로서, US-PCS 송신단으로부터의 US-PCS 주파수대의 송신 신호를 필터링하는 BPF(151)와 US-PCS 주파수대의 수신 신호를 필터링하여 US-PCS 수신단으로 전달하는 BPF(152)를 포함하여 구성된다.
이와 같이 구성된 다중대역 스위치 모듈(100)은 GPS를 두 가지 이동통신서비스, 셀룰러와 US-PCS와 함께 항상 동작하도록 하기 위해서, GPS 단자가 안테나(110)와 SPDT(120) 사이에서 분기되어 SPDT(120)와 병렬연결된다.
또한, 셀룰러 대역과 US-PCS 대역 등의 각 대역에 의한 간섭을 방지하기 위해서, GPS단에는 BPF(130)와 안테나(110) 사이에 소정의 특성 임피던스와 위상길이를 갖는 제 1 위상 천이기(PS1: 131)를 배치하여, BPF(130)에 전달되는 셀룰러 대역과 US-PCS 대역의 임피던스를 무한대로 보내 셀룰러 또는 US-PCS의 이동통신 서비스 동작시 GPS단에서 발생하는 간섭을 최소화할 수 있다.
마찬가지로, 셀룰러단에는 안테나(110)와 셀룰러 듀플렉서(140) 사이에 소정의 특성 임피던스와 위상길이를 갖는 제 2 위상 천이기(PS2: 141)를 배치하여, 셀 룰러 듀플렉서(140)에 전달되는 GPS 대역과 US-PCS 대역의 임피던스를 무한대로 보내 GPS 서비스와 이동통신 서비스 동작시 셀룰러단에서 발생하는 간섭을 최소화할 수 있다.
따라서, US-PCS단에서는 US-PCS 듀플렉서(150)와 SPDT(120) 사이에는 별도의 임피던스 정합용 소자, 예를 들어 위상 천이기가 필요가 없게 되어 간단한 구성으로 다층회로기판상에 복합모듈형태의 단일 패키지로 구현될 수 있다. 여기서, 이러한 위상 천이기(131,141)는 스트립 라인(Strip Line) 형태로 패키지 내에 구성하기 위해서 예를 들어, 고주파에서 손실이 적은 저온동시소성 세라믹(LTCC: Low Temperature Cofired Ceramics)을 사용할 수도 있다.
이와 같은 위상 천이기(131,141)는 기설정된 대역 이외의 주파수 대역의 임피던스를 무한대로 이동시켜줌으로써, 소정의 무선 통신을 간섭현상 없이 가능하게 해주는 특성 임피던스와 위상길이를 갖는 스트립라인 형태의 위상 천이기로서 구현되는데, 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이 제 1 캐패시터(201)와 제 2 캐패시터(203)의 직렬연결과 제 1 캐패시터(201)와 제 2 캐패시터(203) 사이에 병렬연결된 인덕터(202)의 T형 구조의 등가 회로로 구현할 수 있고, 위상 천이기(131,141)는 도 3에 도시된 등가 회로 이외에 다수의 캐패시터와 다수의 인덕터를 포함한 여러 가지 다양한 회로로 구현될 수 있다.
또한, 위상 천이기(131,141)의 배치를 적합하게 배치하면 GPS, 셀룰러, US-PCS 등의 각 대역에 대한 안테나 임피던스(Zant)를 소정의 임피던스, 예를 들어 50 Ω으로 유지하게 한다.
즉, [수학식1]에 기재된 바와 같이 안테나 임피던스(Zant)는 셀룰러 대역의 임피던스(Zcel), GPS 대역의 임피던스(Zgps), US-PCS 대역의 임피던스(Zuspcs)에 대한 관계식을 가지며,
Figure 112005076334215-PAT00001
셀룰러단에서 GPS 대역의 임피던스(Zgps)와 US-PCS 대역의 임피던스(Zuspcs)가 무한대(∞)이기 때문에, 안테나 임피던스(Zant)는 1/(1/50+1/∞+1/∞)= 50Ω으로 일정하게 유지되고, US-PCS 단에서는 셀룰러 대역의 임피던스(Zcel)와 GPS 대역의 임피던스(Zgps)가 무한대(∞)이므로 안테나 임피던스(Zant)는 1/(1/∞+1/50+1/∞)= 50Ω으로 일정하게 유지되며, GPS단에서도 셀룰러 대역의 임피던스(Zcel)와 US-PCS 대역의 임피던스(Zuspcs)가 무한대(∞)이기 때문에 안테나 임피던스(Zant)는 1/(1/∞+1/∞+1/50)= 50Ω으로 일정하게 유지된다. 따라서, 하나의 공용안테나(110)를 통해 각 주파수 대역의 신호를 정합하여 간섭현상 없이 무선통신할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 다중대역 스위치 모듈(100)에서 GPS BPF(130), 셀룰러 듀플렉서(140)에 구비된 BPF(142,143), 및 US-PCS 듀플렉서(150)에 구비된 BPF(151,152)는 SAW 필터, FBAR 필터, BAW 필터, 유전체 모노블럭 필터 등의 필터 형태중 하나일 수 있다.
본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 전술한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다.
또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위내에서 다양한 실시가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
상기한 바와 같이 본 발명은 GPS 수신을 시계열적으로 항상 동시에 수행하면서 셀룰러 또는 US-PCS 대역의 이동통신을 실행할 수 있는 다중대역 스위치 모듈을 구현할 수 있다.

Claims (6)

  1. 안테나에 연결된 SPDT(Single Pole Double Throw);
    상기 안테나와 상기 SPDT 사이에서 분기 연결된 제 1 위상 천이기;
    상기 제 1 위상 천이기에 연결된 GPS BPF(Band Pass Filter);
    상기 SPDT에 연결된 제 2 위상 천이기;
    상기 제 2 위상 천이기에 연결된 제 1 듀플렉서; 및
    상기 SPDT에 연결된 제 2 듀플렉서를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다중대역 스위치 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 듀플렉서는 셀룰러 듀플렉서이고, 상기 셀룰러 듀플렉서는 셀룰러 송신단 BPF와 셀룰러 수신단 BPF를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중대역 스위치 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 듀플렉서는 US-PCS 듀플렉서이고, 상기 US-PCS 듀플렉서는 US-PCS 송신단 BPF와 US-PCS 수신단 BPF를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중대역 스위치 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 위상 천이기는 하나 이상의 캐패시터와 하나 이상의 인덕터를 포함하여, 상기 GPS BPF에 연결되어 GPS 서비스 동작시 상기 GPS 대역 이외의 주파수 대역을 필터링하여 간섭현상을 방지하는 것을 특징으로 하는 다중대역 스위치 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 위상 천이기는 하나 이상의 캐패시터와 하나 이상의 인덕터를 포함하여, 상기 셀룰러 듀플렉서에 연결되어 셀룰러 무선통신시 상기 셀룰러 대역 이외의 주파수 대역을 필터링하여 간섭현상을 방지하는 것을 특징으로 하는 다중대역 스위치 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 GPS BPF, 상기 제 1 듀플렉서, 상기 제 2 듀플렉서는 SAW 필터, FBAR 필터, BAW 필터, 유전체 모노블럭 필터중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 다중대역 스위치 모듈.
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