KR20070077032A - 고주파 스위치 - Google Patents

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KR20070077032A
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Abstract

고주파 스위치에서, 제1 내지 제3포트를 형성하는 제1 내지 제3전송라인 및 이들과 각각 신호 전이가 이루어지도록 구성되며, 상호 연결되는 제1 내지 제3슬롯라인 패턴부를 포함하며; 제1슬롯라인 패턴부는 제1전송라인으로부터 전이된 신호를 다른 슬롯라인 패턴부들과의 연결 지점으로 전달하기 위한 슬롯라인 패턴과, 해당 슬롯라인 패턴 미리 설정된 위치에 설치되어 외부 스위칭 제어 신호에 따라 해당 슬롯라인의 갭을 단락시킴으로써 신호 전달을 차단하는 구성을 가지는 스위칭 회로를 구비하며; 제2슬롯라인 패턴부는 일측에서 제2전송라인과 신호전이가 이루어지며 전체적으로 루프 형태를 가지는 루프형 슬롯라인과, 다른 슬롯라인 패턴부들과 연결 지점으로부터 전달된 신호를 루프형 슬롯라인을 통해 제2전송라인으로 전달하기 위한 제2보조 슬롯라인과, 해당 슬롯라인 패턴 중 미리 설정된 위치에 설치되어 외부 스위칭 제어 신호에 따라 해당 슬롯라인의 갭을 단락시킴으로써 신호 전달을 차단하는 구성을 가지는 스위칭 회로를 구비한다.
고주파, 스위치, TDD, 슬롯라인, 마이크로스트립라인

Description

고주파 스위치{RADIO FREQUENCY SWITCH}
도 1은 일반적인 티디디 시스템의 송수신 종단부의 일 예시 블록 구성도
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 티디디 시스템용 송수신 전환을 위한 고주파 스위치의 인쇄 회로 기판상에서의 회로 패턴 평면 구조도
도 3은 도 2의 인쇄 회로 기판의 회로 패턴 저면 구조도
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 티디디 시스템용 송수신 전환을 위한 고주파 스위치의 인쇄 회로 기판상에서의회로 패턴 평면 구조도
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 티디디 시스템용 송수신 전환을 위한 고주파 스위치의 인쇄 회로 기판상에서의회로 패턴 평면 구조도
본 발명은 고주파(RF) 스위치에 관한 것으로, 특히, 시분할 이중화(티디디 : TDD: Time Division Duplexing)방식의 시스템의 신호 송수신 단부의 송수신 신호 전환을 위한 스위치에 적용됨이 바람직한 RF 스위치에 관한 것이다.
제2, 3세대 이동통신 시스템은 주로 FDD(Frequency Division Duplexing) 방 식을 사용하였다. FDD 방식에 있어서 송신신호와 수신신호의 분리는 듀플렉서(Duplexer)에 의하여 이루어진다. 그러나 최근 3.5세대, 4세대용 이동통신 시스템은 티디디(TDD) 방식을 주로 사용할 것으로 예상된다.
티디디 방식을 비롯한 시분할 전송 방식은 송수신용으로 동일한 주파수를 시분할하여 송수신용으로 구분하여 사용하는 것으로, 1개의 프레임 내부를 송신용과 수신용으로 분할하여 1개의 주파수로 양방향 통신을 하는 방식이다.
도 1에는 일반적인 티디디 시스템의 송수신 종단부의 불록 구성이 도시되고 있는데, 도 1에 도시된 바와 같이, 송신 신호(TX)는 전력증폭기(40)에서 적절히 설정된 전력으로 증폭된 후, 송수신 전환 스위치(10) 및 전대역 필터(50)를 거쳐 안테나(60)를 통해 방사된다. 반대로 안테나(60)로부터 수신된 수신 신호(RX)는 전대역 필터(50)를 및 송수신 전환 스위치(10)를 통과한 후, 적절히 설정된 수신 신호용 전력증폭기(예를 들어 LNA)(20)를 거쳐 증폭된다. 이때의 전환 스위치(10)는 송신 및 수신 동작에 따라 제어부(미도시)에서 제공되는 스위칭 제어 신호에 따라 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
이와 같이 티디디 시스템에서는 동일한 주파수를 사용하여 정해진 시간 주기로 송신과 수신을 분리하기 때문에 고속의 송수신 전환용 RF 스위치가 반드시 필요하다.
상기 RF 스위치는 고속의 스위칭동작이 가능해야 하기 때문에 기계적 스위치(Mechanical Switch) 보다는 핀 다이오드(PIN Diode) 또는 FET(Field Effect Transistor) 등의 반도체 소자를 이용한 스위치를 사용한다. 그런데, 이러한 반도 체 소자를 이용한 스위치는 반도체의 대전력 취약성 때문에 하이파워용으로 사용하기가 어려웠다.
다시 말하면 대전력이 인가될 경우 많은 열이 발생하고 충분한 방열이 보장되지 않으면 종국에는 스위치가 파괴된다. 이에 따라 대전력을 견딜 수 있도록 개발되는 RF 스위치는 별도의 냉각기 등을 구비하는 등 그 비용이 무척 고가이며 제작이 용이하지 않으므로, 군사용으로만 제한적으로 사용되고 있는 실정이다.
이를 해결하기 위해 통상 상기 티디디 시스템에서는 RF스위치 대신 서큘레이터를 이용하여 고정적으로 송신신호와 수신신호를 분리하는 방안을 채용하기도 하였다. 그런데, 서큘레이터를 사용하는 경우에는 수신 구간동안 송신신호를 차단하기 위한 격리도(Isolation)를 충분하게 확보하기 어렵고, 송신전력 전송시 안테나에 문제가 발생하여 오픈상태가 되는 경우, 송신신호가 수신기에 유입되어 시스템에 장애를 발생시키거나 수신신호의 품질을 현저하게 저하시키고 송신 PIMD(Passive Intermodulation Distortion)가 발생되어 타 사업자의 전파품질에 영향을 주게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 창안한 것으로, 송수신단 사이의 아이솔레이션을 충분히 확보하기 위한 티디디 시스템용 송수신 전환용으로 채용되기에 바람직한 고주파 스위치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 안테나 오픈시, 제어 동작용 DC 전원에 이상이 발생 시 등에도 송신전력이 수신단으로 유입되는 것을 현저히 방지하기 위한 티디디 시스템용 송수신 전환용으로 채용되기에 바람직한 고주파 스위치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 반도체 소자를 사용하되 충분한 방열조건을 확보하여 대전력에서도 안정정적으로 동작하기 위한 고주파 스위치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 MIC(Microwave Integrated Circuit) 형태로도 쉽게 제작하기 위한 고주파 스위치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 이동통신 주파수 대역 뿐만 아니라 수 십 GHz 이상의 고주파 대역에서도 사용가능한 고주파 스위치를 제공하는데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 고주파 스위치에 있어서, 제1 내지 제3포트를 형성하는 제1 내지 제3전송라인과; 상기 제1 내지 제3전송라인과 각각 신호 전이가 이루어지도록 구성되며, 상호 연결되는 제1 내지 제3슬롯라인 패턴부를 포함하며; 상기 제1슬롯라인 패턴부는 상기 제1전송라인으로부터 전이된 신호를 다른 슬롯라인 패턴부들과의 연결 지점으로 전달하기 위한 슬롯라인 패턴과, 해당 슬롯라인 패턴 미리 설정된 위치에 설치되어 외부 스위칭 제어 신호에 따라 해당 슬롯라인의 갭을 단락시킴으로써 신호 전달을 차단하는 구성을 가지는 스위칭 회로를 구비하며; 상기 제2슬롯라인 패턴부는 일측에서 상기 제2전송라인과 신호전이가 이루어지며 제1반루프측 슬롯라인과 제2반루프측 슬롯라인에 의해 전체적으로 루프 형태를 가지는 루프형 슬롯라인과, 다른 슬롯라인 패턴부들과 연결 지점으로부터 전달된 신호를 상기 루프형 슬롯라인을 통해 상기 제2전송라인으로 전달하기 위한 제2보조 슬롯라인과, 해당 슬롯라인 패턴 중 미리 설정된 위치에 설치되어 외부 스위칭 제어 신호에 따라 해당 슬롯라인의 갭을 단락시킴으로써 신호 전달을 차단하는 구성을 가지는 스위칭 회로를 구비함을 특징으로 한다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 티디디 시스템용 송수신 전환을 위한 고주파 스위치의 인쇄 회로 기판상에서의 회로 패턴의 일면(편의상 상면으로 칭하기로 함) 구조도이며, 도 3은 도 2의 인쇄 회로 기판의 회로 패턴의 다른 면(편의상 하면으로 칭하기로 함)의 구조로서, 각 부분의 크기 및 형상은 설명의 편의를 위해 다소 과장 또는 단순화하였다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 고주파 스위치는 전체적으로 하나의 유전체 기판 상에 적절한 패턴을 가지도록 형성된 마이크로스트립라인 및 슬롯라인들로 구성될 수 있다.
즉, 본 발명의 고주파 스위치는 먼저 고주파 스위치의 제1 내지 제3포트를 형성하는 적절한 패턴의 제1 내지 제3마이크로스트립라인(111, 112, 113)을 유전체 기판의 하면에 형성한다. 이때 고주파 스위치는 상기 제1포트 또는 제2포트를 제3포트와 선택적으로 연결하도록 스위칭 동작하게 된다. 유전체 기판의 상면에는 상 기 각 제1 내지 제3마이크로스트립라인(111, 112, 113)과 각각 마이크로스트립-슬롯라인 커플링에 의해 적소에서 상호간 신호 전이가 이루어지도록 구성되는 슬롯라인 패턴들, 즉 제1 내지 제3슬롯라인 패턴부(210, 220, 230)가 형성된다. 이러한 제1 내지 제3슬롯라인 패턴부(210, 220, 230)는 T-정션 슬롯라인 구조와 유사하게 한 지점에서 상호 연결된다.
제1슬롯라인 패턴부(210)는 상기 제1마이크로스트립라인(111)과 신호전이가 이루어지며, 제1마이크로스트립라인(111)으로부터 전이된 신호를 다른 슬롯라인 패턴부(220, 230)들과의 연결 지점으로 전달하기 위한 적절한 슬롯라인 패턴을 가진다. 이때 제1슬롯라인 패턴부(210)에는 해당 슬롯라인 패턴 중 적소에서 설치되어 외부 스위칭 제어 신호에 따라 해당 슬롯라인의 갭을 단락시킴으로써 신호 전달을 차단하는 구성을 가지는 스위칭 회로(D1, D2)를 구비한다.
제1슬롯라인 패턴부(210)의 구성을 보다 상세히 설명하면, 제1슬롯라인 패턴부(210)는 일단에 개방종단회로(211-4)가 형성되며 상기 제1마이크로스트립라인(111)과 신호전이가 이루어지게 구성되는 제1-1보조 슬롯라인(211-1)을 구비한다. 또한 상기 제1슬롯라인 패턴부(210)는 일단이 상기 제2, 제3슬롯라인 패턴부(220, 230)들과의 연결 지점과 연결되는 제1-2보조 슬롯라인(211-2)을 구비하며, 제1-1, 제1-2보조 슬롯라인(211-1, 211-2)의 각 타단은 공통 개방종단회로(211-3)양측에 연결된다. 또한 공통 개방종단회로(211-3)에서 제1-1, 제1-2보조 슬롯라인(211-1, 211-2)들이 연결되는 부위에서 유전체 기판의 대응되는 하면에는, 양단이 각각 상기 제1-1, 제1-2보조 슬롯라인(211-1, 211-2)과 마이크로스트립-슬롯라 인 커플링에 의해 상호간 신호 전이가 이루어지도록 구성되는 보조 마이크로스트립라인(212)이 구비된다. 또한 상기 스위칭 회로는 다수의 반도체 스위칭 소자로 구성될 수 있는데, 제1슬롯라인 패턴부(210)에는 상기 제1-1보조 슬롯라인(211-1)의 적절한 위치에 설치되어 외부 스위칭 제어 신호에 따라 해당 제1-1보조 슬롯라인(211-1) 갭을 단락시키도록 구성되는 제1다이오드(D1)가 구비되며, 제1-2보조 슬롯라인(211-2)의 적절한 위치에 설치되어 외부 스위칭 제어 신호에 따라 해당 제1-2보조 슬롯라인(211-2) 갭을 단락시키도록 구성되는 제2다이오드(D2)가 구비된다.
다음으로, 제2슬롯라인 패턴부(220)는 제1반루프측 슬롯라인(221-3)과 제2반루프측 슬롯라인(221-4)에 의해 전체적으로 루프 형태를 가지는 루프형 슬롯라인(221-3, 221-4)의 일측에서 상기 제2마이크로스트립라인(112)과 신호전이가 이루어지며, 다른 슬롯라인 패턴부(210, 230)와의 연결 지점으로부터 전달된 신호를 상기 루프형 슬롯라인(221-3, 221-4)을 통해 상기 제2마이크로스트립라인(112)으로 전달하기 위한 제2보조 슬롯라인(221-1)을 가진다. 이때 제2슬롯라인 패턴부(220)에는 해당 슬롯라인 패턴 중 적소에서 설치되어 외부 스위칭 제어 신호에 따라 해당 슬롯라인의 갭을 단락시킴으로써 신호 전달을 차단하는 구성을 가지는 스위칭 회로(D3, D4, D5)를 구비한다.
보다 상세히 설명하면, 상기 제2슬롯라인 패턴부(220)의 스위칭 회로는 상기 제2보조 슬롯라인(221-1)의 적절한 위치에 설치되어 외부 스위칭 제어 신호에 따라 해당 제2보조 슬롯라인(221-1) 갭을 단락시키도록 구성되는 제3다이오드(D3)와, 제1반루프측 슬롯라인(221-3)과 제2반루프측 슬롯라인(221-4)에서 제2보조 슬롯라 인(221-1)과의 연결되는 부위 근처에 설치되어 외부 제어신호에 따라 해당 제1 또는 제2 반루프측 슬롯라인(221-3, 221-4)의 갭을 단락시키도록 구성되는 제4, 제5다이오드(D4, D5)로 구성된다. 또한 상기 제2슬롯라인 패턴부(220)에서 제2마이크로스트립라인(112)은 상기 루프형 슬롯라인(221-3, 221-4)의 교점에서부터 λ/8 길이를 가지는 개방단이 연장되어 있어서 이 교점에서 신호 전이를 위한 자계가 최대가 되도록 한다.
한편, 제3슬롯라인 패턴부(230)는 상기 제3마이크로스트립라인(113)과 신호전이가 이루어지며, 제1마이크로스트립라인(113)으로부터 전이된 신호를 다른 슬롯라인 패턴부(210, 220)들과의 연결 지점으로 전달하기 위한 적절한 슬롯라인 패턴을 가진다. 즉 제3슬롯라인 패턴부(230)는 일단에 개방종단회로(231-1)가 형성되며 상기 제3마이크로스트립라인(113)과 신호전이가 이루어지게 구성되는 제3슬롯라인(231)으로 구성된다.
상기와 같은 구성에서 상기 제1, 제3 마이크로스트립라인(111, 113) 및 보조 마이크로스트립라인(212)의 종단은 개방 또는 단락종단회로를 구비할 수 있다. 단락종단회로는 종단에 원형의 홀을 형성하고 그 내부를 적절한 전도성 도금제(115)로 도금처리하여 상면, 즉 슬롯라인 패턴들이 형성된 면의 그라운드 기판과 연결되도록 함으로써 구성될 수 있다.
또한, 상기 스위칭 회로에 제공되는 스위칭 제어신호는 각 스위칭 소자에 개별적으로, 또는 적절히 전기적으로 분리된 그라운드 기판을 통해 예를 들어 +5V/-5V의 바이어스 전압을 인가함으로써 스위칭 소자의 동작을 온/오프 제어하도록 구 성할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 고주파 스위치에서 제1 내지 제3 마이크로스트립라인(111, 112, 113)의 제1 내지 제3 포트를 각각 송신단(Tx), 수신단(Rx) 및 안테나단(Ant.)과 연결하여 티디디 시스템용 송수신 전환을 위한 스위치 장치로서 사용할 수 있게 된다.
이하, 상기 도 2 및 도 3과 같이 구성되는 고주파 스위치의 티디디 시스템용 송수신 전환 스위치로서의 동작을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 송신시에는 제3다이오드(D3)를 온상태로 동작시키고(다른 다이오드들은 모두 오프상태로 설정할 수 있음) 송신단(Tx)측의 제1포트에 RF 송신신호를 인가시키면, 송신신호는 제1마이크로스트립라인(111), 제1-1보조 슬롯라인(211-1), 보조 마이크로스트립라인(212), 제1-2보조 슬롯라인(211-2)을 거쳐 전송되며, 이때 제3다이오드(D3)가 온상태이므로, 제3다이오드(D3)의 양단의 제2보조 슬롯라인(221-1)의 갭이 단락 상태가 되어 해당 송신신호가 차단된다. 반면 송신신호는 제3슬롯라인(231)으로 전송되어 제3포트를 통해 안테나단(Ant.)으로 전송된다.
이러한 송신 동작에서, 수신단(Rx)측 제2포트의 아이솔레이션 기능을 살펴보면, 일단 제3다이오드(D3)에 의해 1차적으로 신호차단이 이루어진다. 만약 이러한 상태에서도 제2보조 슬롯라인(221-1)을 통해 유입되어지는 신호들이 있게 되면, 유입 신호들은 제4, 제5다이오드(D4, D5)는 오프상태이므로, 제1, 제2반루프측 슬롯라인(221-3, 221-4)을 통해 각각 180도의 위상차를 가지며 분배되고, 분배된 신호가 합쳐지는 지점, 즉 제1-2보조 슬롯라인(112)과의 전이 지점에서 서로간 180도의 위상차에 의해 상쇄됨으로써 2차적으로 신호차단이 이루어진다.
다음으로, 수신시에는 제1, 제2다이오드(D1, D2) 및 제4다이오드(D4)(또는 제5다이오드 D5)를 온상태로 동작시킨다. 안테나단(Ant.) 제3포트를 통해 제3마이크로스트립라인(113) 및 제3슬롯라인(231)을 거쳐 수신신호가 전송되면, 전송된 수신신호는 제1, 제2다이오드(D1, D2)가 온상태여서 해당 제1-1, 제1-2슬롯라인(211-1, 211-2)으로의 신호 전달을 차단하게 되므로, 제1슬롯라인 패턴부(210)측으로 전송되지 않는다. 반면, 수신신호는 제2슬롯라인 패턴부(220)측의 제2보조 슬롯라인(221-1)으로 전송되며, 이때 제4다이오드(D4)가 온상태이므로, 제2반루프측 슬롯라인(221-4)을 거쳐 제2마이크로스트립라인(112)으로 전이된다.
한편, 스위치 소자를 제어하기 위한 동작용 DC 전원에 이상이 발생되어, 심지어 모든 다이오드들이 오프상태가 될 경우에도 본 발명에 따른 고주파 스위치 구조는 수신단(Rx)의 아이솔레이션을 확보할 수 있게 된다. 즉, 그러한 DC 전원 이상 발생시에 송신단(Tx) 제1포트에 입력된 송신신호는 제2보조 슬롯라인(221-1)을 통하여 수신단(Rx)측으로 유입되는데, 유입된 송신신호는 제1, 제2반루프측 슬롯라인(221-3, 221-4)을 통해 각각 180도의 위상차를 가지며 분배되고, 분배된 신호가 합쳐지는 지점에서 서로간 180도의 위상차에 의해 상쇄된다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 티디디 시스템용 송수신 전환을 위한 고주파 스위치의 인쇄 회로 기판상에서의회로 패턴 평면(편의상 상면으로 칭하기로 함) 구조도로서, 도 4에 도시된 본 발명의 제2실시예에 따른 고주파 스위치는 도 2, 도 3에 도시된 바와 같은 본 발명의 제1실시예에 따른 고주파 스위치와 대부분 동일한 구조를 가진다. 즉, 본 발명의 제2실시예에 따른 고주파 스위치는 제1 내지 제3포트를 형성하는 적절한 패턴의 제1 내지 제3마이크로스트립라인(111, 112, 113)을 유전체 기판의 하면에 형성한다. 또한, 유전체 기판의 상면에는 상기 각 제1 내지 제3마이크로스트립라인(111, 112, 113)과 각각 마이크로스트립-슬롯라인 커플링에 의해 적소에서 상호간 신호 전이가 이루어지도록 구성되며, 스위칭 제어신호에 따라 송신신호 및 수신신호의 전송 경로를 적절히 형성하는 제1 내지 제3슬롯라인 패턴부(410, 420, 230)가 형성된다. 이러한 제1 내지 제3슬롯라인 패턴부(410, 420, 230)는 T-정션 슬롯라인 구조와 유사하게 한 지점에서 상호 연결된다.
상기한 구조에서 제3슬롯라인 패턴부(230)의 구조는 상기 도 2, 도 3에 도시된 바와 같은 제1실시예에서의 구조 및 동작과 동일할 수 있다.
또한 제2슬롯라인 패턴부(420)의 구조는 상기 도 2, 도 3에 도시된 바와 같은 제1실시예의 제2슬롯라인 패턴부(220)의 구조와 거의 유사하게, 제1반루프측 슬롯라인(421-3)과 제2반루프측 슬롯라인(421-4)에 의해 전체적으로 루프 형태를 가지는 루프형 슬롯라인(421-3, 421-4)의 구조와, 제2보조 슬롯라인(421-1)을 가진다. 다만 스위칭 회로의 구조에서 차이를 보이는데, 제2실시예에 따른 제2슬롯라인 패턴부(420)의 스위칭 회로는 제1반루프측 슬롯라인(421-3)과 제2반루프측 슬롯라인(421-4)에서 제2보조 슬롯라인(421-1)과의 연결되는 부위 근처에 설치되어 외부 제어신호에 따라 해당 제1 및 제2 반루프측 슬롯라인(421-3, 421-4)의 갭을 단락시키도록 구성되는 제3, 제4다이오드(D3, D4)를 구비하며, 또한 상기 제3다이오 드(D3)와는 별도로 외부 제어신호에 따라 제1반루프측 슬롯라인(421-3)의 갭을 단락시키도록 구성되는 제6다이오드(D6)를 구비한다.
도 4에 도시된 제1슬롯라인 패턴부(410)는 상기 도 2, 도 3에 도시된 제1실시예에서의 구조와는 달리 도 4에 도시된 제2슬롯라인 패턴부(420)와 대향되는 구조를 가진다. 즉 제1슬롯라인 패턴부(410)는 제1반루프측 슬롯라인(411-3)과 제2반루프측 슬롯라인(411-4)에 의해 전체적으로 루프 형태를 가지는 루프형 슬롯라인(411-3, 411-4)의 일측에서 상기 제1마이크로스트립라인(111)과 신호전이가 이루어지며, 형 슬롯라인(411-3, 411-4)을 통해 제1마이크로스트립라인(111)으로부터 전달된 신호를 다른 슬롯라인 패턴부(410, 430)들과의 연결 지점으로부터 전달하기 위한 제1보조 슬롯라인(411-1)을 가진다. 이때 제1마이크로스트립라인(111)은 루프형 슬롯라인(411-3, 411-4)의 교점에서부터 λ/8 길이를 가지는 개방단이 연장되어 있어서 이 교점에서 신호 전이를 위한 자계가 최대가 되도록 한다. 또한 제2실시예에 따른 제1슬롯라인 패턴부(410)에서 스위칭 회로는 제1반루프측 슬롯라인(411-3)과 제2반루프측 슬롯라인(411-4)에서 제1보조 슬롯라인(411-1)과의 연결되는 부위 근처에 설치되어 외부 제어신호에 따라 해당 제1 및 제2반루프측 슬롯라인(411-3, 411-4)의 갭을 단락시키도록 구성되는 제1, 제2다이오드(D1, D2)를 구비하며, 또한 상기 제1다이오드(D1)와는 별도로 외부 제어신호에 따라 제1반루프측 슬롯라인(411-3)의 갭을 단락시키도록 구성되는 제5다이오드(D5)를 구비한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 제2실시예에 따른 고주파 스위치에서 티디디 시스템용 송수신 전환 스위치로서의 동작을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 송신 시에는 제3, 제4 및 제5다이오드(D3, D4, D5)를 온상태로 동작시키고(다른 다이오드들은 모두 오프상태임) 송신단(Tx)측의 제1포트에 RF 송신신호를 인가시키면, 제1마이크로스트립라인(111)을 거쳐 전송된 송신신호는 제5다이오드(D5)가 온상태이므로, 제2반루프측 슬롯라인(411-4) 및 제1보조 슬롯라인(411-1)을 거쳐 전송되며, 이때 제3, 제4다이오드(D3, D4)가 온상태이므로, 해당 송신신호가 차단된다. 반면 송신신호는 제3슬롯라인(231)으로 전송되어 제3포트를 통해 안테나단(Ant.)으로 전송된다.
다음으로, 수신시에는 제1, 제2다이오드(D1, D2) 및 제6다이오드(D6)를 온상태로 동작시킨다. 안테나단(Ant.) 제3포트를 통해 제3마이크로스트립라인(113) 및 제3슬롯라인(231)을 거쳐 수신신호가 전송되면, 전송된 수신신호는 제1, 제2다이오드(D1, D2)가 온상태여서 신호 전달을 차단하게 되므로, 제1슬롯라인 패턴부(410)측으로 전송되지 않는다. 반면, 수신신호는 제2슬롯라인 패턴부(420)의 제2보조 슬롯라인(421-1)으로 전송되며, 이때 제6다이오드(D6)가 온상태이므로, 제2반루프측 슬롯라인(421-4)을 거쳐 제2마이크로스트립라인(112)으로 전이된다.
한편, 스위치 소자를 제어하기 위한 동작용 DC 전원의 이상 발생시에 송신단(Tx) 제1포트에 입력된 송신신호는 제1슬롯라인 패턴부(410)의 제1, 제2반루프측 슬롯라인(411-3, 411-4)을 통해 각각 180도의 위상차를 가지며 분배되고, 분배된 신호가 합쳐지는 지점에서 서로간 180도의 위상차에 의해 1차적으로 상쇄된다. 이러한 상태에서도 제2슬롯라인 패턴부(420)측으로 유입되어지는 신호들이 있게 되면, 유입 신호들은 제2슬롯라인 패턴부(420)의 제1, 제2반루프측 슬롯라인(421-3, 421-4)을 통해 각각 180도의 위상차를 가지며 분배되고, 분배된 신호가 합쳐지는 지점에서 서로간 180도의 위상차에 의해 상쇄됨으로써, 2차적으로 신호차단이 이루어진다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 티디디 시스템용 송수신 전환을 위한 고주파 스위치의 인쇄 회로 기판상에서의 회로 패턴의 일면(편의상 상면으로 칭하기로 함) 구조도이며, 도 5에 도시된 본 발명의 제3실시예에 따른 고주파 스위치는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 본 발명의 제1실시에에 따른 고주파 스위치와 대부분 동일한 구조를 가진다.
즉, 본 발명의 제3실시예에 따른 고주파 스위치는 고주파 스위치의 제1 내지 제3포트를 형성하는 적절한 패턴의 제1 내지 제3마이크로스트립라인(111, 112, 113)을 유전체 기판의 하면에 형성한다. 또한 유전체 기판의 상면에는 상기 각 제1 내지 제3마이크로스트립라인(111, 112, 113)과 각각 마이크로스트립-슬롯라인 커플링에 의해 적소에서 상호간 신호 전이가 이루어지도록 구성되는 슬롯라인 패턴들, 즉 제1 내지 제3슬롯라인 패턴부(210, 220', 230)가 형성된다. 이러한 제1 내지 제3슬롯라인 패턴부(210, 220', 230)는 T-정션 슬롯라인 구조와 유사하게 한 지점에서 상호 연결된다.
이때, 제1, 제3슬롯라인 패턴부(210, 230)는 상기 도 2, 도 3에 도시된 바와 같은 본 발명의 제1실시예에서의 구성과 동일하나, 제3실시예에서 제2슬롯라인 패턴부(220')는 상기 제1실시예에서의 구성과 다른 구성을 가지고 있다.
제2슬롯라인 패턴부(220')의 구성을 보다 상세히 설명하면, 제2슬롯라인 패 턴부(220')에는 제1반루프측 슬롯라인(221-3)과 제2반루프측 슬롯라인(221-4)에 의해 전체적으로 루프 형태를 가지며, 일측에서 상기 제2마이크로스트립라인(112)과 신호전이가 이루어지는 루프형 슬롯라인(221-3, 221-4)을 구비한다. 또한 루프형 슬롯라인(221-3, 221-4)의 타측과 일단이 연결되는 제2-1보조 슬롯라인(221-1)과, 일단이 상기 제1, 제3슬롯라인 패턴부(210, 230)들과의 연결 지점과 연결되는 제2-2보조 슬롯라인(221-2)을 구비하며, 상기 제2-1, 제2-2보조 슬롯라인(221-1, 221-2)의 각 타단은 공통 개방종단회로(221-5)의 양측에 연결된다. 또한 공통 개방종단회로(221-5)에서 제2-1, 제2-2보조 슬롯라인(221-1, 221-2)들이 연결되는 부위에서 유전체 기판의 대응되는 하면에는, 양단이 각각 상기 제2-1, 제2-2보조 슬롯라인(221-1, 221-2)과 마이크로스트립-슬롯라인 커플링에 의해 상호간 신호 전이가 이루어지도록 구성되는 보조 마이크로스트립라인(222)이 구비된다.
이러한 구성을 가지는 제2슬롯라인 패턴부(220')에는 해당 슬롯라인 패턴 중 적소에서 설치되어 외부 스위칭 제어 신호에 따라 해당 슬롯라인의 갭을 단락시킴으로써 신호 전달을 차단하는 구성을 가지는 스위칭 회로(D3, D4)를 구비한다.
보다 상세히 설명하면, 상기 제2슬롯라인 패턴부(220')의 스위칭 회로는 상기 제2-2보조 슬롯라인(221-2)의 적절한 위치에 설치되어 외부 스위칭 제어 신호에 따라 해당 제2-2보조 슬롯라인(221-2) 갭을 단락시키도록 구성되는 제3다이오드(D3)와, 예를 들어 제1반루프측 슬롯라인(221-3)에서 제2-1보조 슬롯라인(221-1)과의 연결되는 부위 근처에 설치되어 외부 제어신호에 따라 해당 제1반루프측 슬롯라인(221-3)의 갭을 단락시키도록 구성되는 제4다이오드(D4)로 구성된다. 이때 상 기 제2반루프측 슬롯라인(221-4)에서 제2-1보조 슬롯라인(221-1)과의 연결되는 부위 근처에는 해당 제2반루프측 슬롯라인(221-4)의 갭간에 연결되는 제1커패시터(C1)가 구비된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 고주파 스위치에서 제1 내지 제3 마이크로스트립라인(111, 112, 113)의 제1 내지 제3 포트를 각각 송신단(Tx), 수신단(Rx) 및 안테나단(Ant.)과 연결하여 티디디 시스템용 송수신 전환을 위한 스위치 장치로서 사용할 수 있으며, 그 상세 동작은 상기 도 2 및 도 3에 도시된 제1실시예에서의 동작과 동일하다.
상기와 같이 본 발명의 실시예에 따른 고주파 스위치의 구성 및 동작이 이루어질 수 있으며, 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 다른 실시예에서는 상기의 설명에서 도 2, 도 3에 도시된 제1실시예의 제2슬롯라인 패턴부(220)와 도 4에 도시된 제2실시예의 제1슬롯라인 패턴부(420)는 상호 대체하여 구성함이 가능하다.
또한, 상기 도 2, 도 3에 도시된 제1슬롯라인 패턴부(210)를 공통 개방종단회로(211-3) 및 보조 마이크로스트립라인(212)의 구비없이, 제1-1, 1-2보조 슬롯라인(211-1, 211-2)들이 바로 연결되도록 변경하여 구성할 수도 있다. 본 발명의 도 2, 도 3의 제1실시예에서는 상기 공통 개방종단회로(211-3) 및 보조 마이크로스트립라인(212)을 구비하여 아이솔레이션 성능을 보다 향상시키고자 하였다.
이외에도, 상기의 설명에서는 언급한 마이크로스트립라인은 스트립라인, 동 축선로 및 CPW(Coplanar Waveguide) 등으로도 이의 대체 구현이 가능하다. 또한 상기 슬롯라인 대신에 CPS(Coplanar Strip)로도 구현이 가능하다. 그리고 상기의 본 발명의 실시예에서는 스위칭소자로서 다이오드를 사용하였으나 스위칭 기능을 갖는 다른 반도체 소자(예를 들어 FET)를 사용할 수도 있다.
이외에도 본 발명의 다양한 변형예가 있을 수 있으며, 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 시분할 전송 시스템의 송수신 전환 스위치 장치는 송수신 경로간 아이솔레이션을 충분히 확보할 수 있는 효과가 있다.
그리고 안테나 오픈시, 제어 동작용 DC 전원에 이상이 발생시 등에도 송신전력이 수신단으로 전반사되어 유입되는 것을 현저히 줄일 수 있고 PIMD도 개선되는 효과가 있다.
그리고 충분한 그라운드판을 갖는 슬롯라인을 통해 송신신호가 전달되도록 함으로써 반도체 소자를 사용하여 고속의 스위칭이 가능하면서도 대전력에 사용할 수 있는 효과가 있다.
그리고 MIC형태로도 쉽게 적용될 수 있으므로 반도체 일반 공정상에서 동시에 제작이 가능한 효과가 있다.
그리고 이동통신 주파수 대역뿐만 아니라 수십 GHz 이상의 고주파 대역에서도 사용 가능하여 위성통신, 군사용 레이더 등에 용이하게 적용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 고주파 스위치에 있어서,
    제1 내지 제3포트를 형성하는 제1 내지 제3전송라인과;
    상기 제1 내지 제3전송라인과 각각 신호 전이가 이루어지도록 구성되며, 상호 연결되는 제1 내지 제3슬롯라인 패턴부를 포함하며;
    상기 제1슬롯라인 패턴부는 상기 제1전송라인으로부터 전이된 신호를 다른 슬롯라인 패턴부들과의 연결 지점으로 전달하기 위한 슬롯라인 패턴과, 해당 슬롯라인 패턴 중 미리 설정된 위치에 설치되어 외부 스위칭 제어 신호에 따라 해당 슬롯라인의 갭을 단락시킴으로써 신호 전달을 차단하는 구성을 가지는 스위칭 회로를 구비하며;
    상기 제2슬롯라인 패턴부는 일측에서 상기 제2전송라인과 신호전이가 이루어지며 제1반루프측 슬롯라인과 제2반루프측 슬롯라인에 의해 전체적으로 루프 형태를 가지는 루프형 슬롯라인과, 다른 슬롯라인 패턴부들과 연결 지점으로부터 전달된 신호를 상기 루프형 슬롯라인을 통해 상기 제2전송라인으로 전달하기 위한 슬롯라인 패턴과, 상기 루프형 슬롯라인을 포함하는 해당 슬롯라인 패턴 중 미리 설정된 위치에 설치되어 외부 스위칭 제어 신호에 따라 해당 슬롯라인의 갭을 단락시킴으로써 신호 전달을 차단하는 구성을 가지는 스위칭 회로를 구비함을 특징으로 하는 고주파 스위치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1슬롯라인 패턴부는 일측에서 상기 제1전송라인과 신호전이가 이루어지며 제1반루프측 슬롯라인과 제2반루프측 슬롯라인에 의해 전체적으로 루프 형태를 가지는 루프형 슬롯라인과,
    상기 루프형 슬롯라인을 통해 전달된 신호를 상기 다른 슬롯라인 패턴부들과 연결 지점으로 전달하기 위한 제1보조 슬롯라인을 슬롯라인 패턴으로서 구비함을 특징으로 하는 고주파 스위치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1슬롯라인 패턴부의 스위칭 회로는 상기 제1반루프측 슬롯라인과 제2반루프측 슬롯라인에서 상기 제1보조 슬롯라인과의 연결되는 부위에 설치되어 상기 외부 스위칭 제어 신호에 따라 온/오프 동작하는 제1, 제2스위칭 소자와,
    상기 제1 또는 제2스위칭 소자와는 별도로 상기 외부 제어신호에 따라 제1 또는 제2반루프측 슬롯라인에서 상기 외부 스위칭 제어 신호에 따라 온/오프 동작하는 제3스위칭 소자를 구비함을 특징으로 하는 고주파 스위치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1슬롯라인 패턴부는 일단에 개방종단회로가 형성되며 상기 제1전송라인과 신호전이가 이루어지게 구성되는 제1-1보조 슬롯라인과,
    일단이 다른 슬롯라인 패턴부들과의 연결 지점과 연결되는 제1-2보조 슬롯라인과,
    상기 제1-1, 제1-2보조 슬롯라인의 각 타단에 양측이 연결되는 공통 개방종단회로와,
    상기 공통 개방종단회로에서 상기 제1-1, 제1-2보조 슬롯라인들이 연결되는 부위에서 양단이 각각 상기 제1-1, 제1-2보조 슬롯라인과 마이크로스트립-슬롯라인 커플링에 의해 상호간 신호 전이가 이루어지도록 구성되는 보조 마이크로스트립라인을 슬롯라인 패턴으로서 구성함을 특징으로 하는 고주파 스위치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2슬롯라인 패턴부는
    상기 루프형 슬롯라인의 타측과 일단이 연결되며, 타단은 다른 슬롯라인 패턴부들과의 연결 지점과 연결되는 제2보조 슬롯라인을 슬롯라인 패턴으로서 구성함을 특징으로 하는 고주파 스위치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2슬롯라인 패턴부는
    상기 루프형 슬롯라인의 타측과 일단이 연결되는 제2-1보조 슬롯라인과,
    일단이 다른 슬롯라인 패턴부들과의 연결 지점과 연결되는 제2-2보조 슬롯라인과,
    상기 제2-1, 제2-2보조 슬롯라인의 각 타단에 양측이 연결되는 공통 개방종단회로와,
    상기 공통 개방종단회로에서 상기 제2-1, 제2-2보조 슬롯라인들이 연결되는 부위에서 양단이 각각 상기 제2-1, 제2-2보조 슬롯라인과 마이크로스트립-슬롯라인 커플링에 의해 상호간 신호 전이가 이루어지도록 구성되는 보조 마이크로스트립라인을 슬롯라인 패턴으로서 구성함을 특징으로 하는 고주파 스위치.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2슬롯라인 패턴부의 스위칭 회로는 상기 제2보조 슬롯라인에 설치되어 상기 외부 스위칭 제어 신호에 따라 온/오프 동작하는 스위칭 소자와,
    상기 제1반루프측 슬롯라인과 제2반루프측 슬롯라인에서 상기 제2보조 슬롯라인과의 연결되는 부위에 설치되어 상기 외부 스위칭 제어 신호에 따라 온/오프 동작하는 스위칭 소자로들로 구성함을 특징으로 하는 고주파 스위치.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2슬롯라인 패턴부의 스위칭 회로는 상기 제1반루프측 슬롯라인과 제2반루프측 슬롯라인에서 상기 제1보조 슬롯라인과의 연결되는 부위에 설치되어 상기 외부 스위칭 제어 신호에 따라 온/오프 동작하는 제3, 제4스위칭 소자와,
    상기 제3 또는 제4스위칭 소자와는 별도로 상기 외부 제어신호에 따라 제1 또는 제2반루프측 슬롯라인에서 상기 외부 스위칭 제어 신호에 따라 온/오프 동작하는 제6스위칭 소자를 구비함을 특징으로 하는 고주파 스위치.
  9. 제1항, 제2항, 제3항, 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2슬롯라인 패턴부의 스위칭 회로는 상기 제2-2보조 슬롯라인에 설치되어 상기 외부 스위칭 제어 신호에 따라 온/오프 동작하는 스위칭 소자와,
    상기 제1반루프측 슬롯라인 또는 제2반루프측 슬롯라인에서 상기 제2-1보조 슬롯라인과의 연결되는 부위에 설치되어 상기 외부 스위칭 제어 신호에 따라 온/오프 동작하는 스위칭 소자와,
    상기 제1반루프측 슬롯라인 또는 제2반루프측 슬롯라인에 설치되는 스위칭 소자가 대향하는 측에서 상기 제1반루프측 슬롯라인 또는 제2반루프측 슬롯라인의 갭간에 설치되는 커패시터로 구성함을 특징으로 하는 고주파 스위치.
  10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 전송라인은 마이크로스트립라인, 스트립라인, 동축선로. CPW(Coplanar Waveguide) 중 어느 하나임을 특징을 하는 고주파 스위치.
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