KR20090086117A - 무손실의 송신경로 안테나 스위치 회로 - Google Patents

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Abstract

직교 결합된 전력 증폭기를 사용하는 송수신기에 있어서의 무손실의 송신경로 안테나 스위칭 시스템(200)이 제공된다. 상기 시스템은 제1 및 제2 입력 포트(260,264), 분리 포트(266), 및 출력 포트(262)를 구비하는 직교성(90°) 하이브리드 전력 결합기(218)로 이루어진다. 또한, 상기 시스템은 제1 및 제2 RF 전력 증폭기 회로들(212,214)로 이루어진다. RF 전력 증폭기 회로들은 제1 및 제2 입력 포트들에 각각 결합된다. RF 전력 증폭기 회로들은 제1 상태와 제2 상태 사이에서 선택적으로 변동가능한 출력 임피던스를 가진다. 직교성 하이브리드 전력 결합기는 각각의 RF 전력 증폭기 회로가 그의 제1 상태에 있을 때, 제1 및 제2 입력 포트들로부터 RF 에너지를 출력 포트로 전달한다. 직교성 하이브리드 전력 결합기는 각각의 RF 전력 증폭기 회로가 그의 제2 상태에 있을 때, 제1 및 제2 출력 포트들로부터 RF 에너지를 분리 포트로 전달한다.
입력 단자, 출력 단자, 임피던스 정합 및 부정합, 송신 경로, 스위치, 신호

Description

무손실의 송신경로 안테나 스위치 회로{LOSSLESS TRANSMIT PATH ANTENNA SWITCH CIRCUIT}
본 발명은 송수신기에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은 송신기 또는 수신기를 안테나에 연결하는 스위치 회로에 관한 것이다.
종래의 RF 전력 증폭기들은 일반적으로 하나 이상의 RF 전력 분배기 및 결합기를 사용한다. 이들 RF 분배기 및 결합기는 전통적으로 RF 신호를 증폭하기 위해 복수의 RF 전력 증폭기 회로에 RF 전력을 분배하는데 사용된다. 복수의 RF 전력 증폭기 회로로부터 출력된 RF 신호들은 이어서 하나 이상의 결합기 회로에 결합되어, 단일의 고 전력 RF 출력을 형성한다. 직교성(90°) 하이브리드 결합기는 일반적으로 RF 전력 분배기를 실행하기 위해 사용된다. 동일한 형태의 직교성(90°) 하이브리드 결합기도 RF 전력 결합기를 실행하기 위해 사용될 수 있다.
상기 예시된 구성요소들을 포함한 종래의 송수신기 회로(100)가 도 1에 나타난다. 도 1과 관련하여, 제1 직교성(90°) 하이브리드 결합기(106)는 입력 포트(154), 분리 포트(150), 및 출력 포트들(152,156)이 구비된다. 상기 입력 포트(154)는 송신기(102)에 결합된다. 상기 분리 포트(150)는 저항성 단자(104)(예, 50 옴(ohm)의 저항장치)을 통해 그라운드에 결합된다. 각각의 출력 포트(152,156) 는 입력 포트(154)에서의 RF 전력에 비례하여 절반이 감소하는 출력 RF 전력을 제공한다. 그러나, 출력 포트(152)에 제공되는 RF 신호는 출력 포트(156)의 RF 신호에 관하여 90°위상이 서로 다르다(out-of-phase). 이러한 유형의 직교성 하이브리드 결합기는 이 기술분야에 널리 공지되었다. 출력 포트(152)는 제1 전력 증폭기(108)에 결합된다. 유사하게, 출력 포트(156)는 제2 전력 증폭기(110)에 결합된다.
송신기(102)는 무선 주파수(RF) 신호를 제1 직교성(90°) 하이브리드 결합기(106)에 전달한다. 이어서, 상기 제1 직교성(90°) 하이브리드 결합기(106)는 제1 출력 RF 신호를 제1 전력 증폭기(108)에, 제2 출력 RF 신호를 제2 전력 증폭기(110)에 전달한다. 각각의 전력 증폭기(108,110)는 수신된 RF 신호의 전력을 일정량으로 증폭하기 위한 작용을 수행한다. 이후로, 전력 증폭기들(108,110)은 증폭된 RF 신호를 제2 직교성(90°) 하이브리드 결합기(112)로 전달한다. 이러한 제2 직교성(90°) 하이브리드 결합기(112)는 제1 직교성(90°) 하이브리드 결합기(106)와 비교하여 송수신기 회로(100) 내의 역배열에서 실행된다. 실질상, 제2 직교성(90°) 하이브리드 결합기(112)는 결합기로서 작용하며, 즉 증폭된 RF 신호들을 결합한다. 그러나, 본 기술분야의 당업자는 입력 포트(160)에서 수신된 신호들이 입력 포트(164)에서 수신된 신호들에 비례하여 90°위상 편이인 것이라는 것을 인정할 것이다. 실질상, 포트들(160,164)에서의 위상 편이는 포트들(152,156)에서의 위상 편이에 반대이며, 이로 인해 포트들(160,164)에서 수신된 신호들이 출력 포트(162)의 위상에 결합된다는 순수한 결과이다. 두 개의 증폭된 RF 신호들을 결합 한 후에, 직교성(90°) 하이브리드 결합기(112)는 전기 경로를 따라 결과한 RF 신호를 안테나(116)로 전달한다. 이러한 전기 경로는 전형적으로 안테나 스위치(114)로 이루어진다. 예를 들어, 안테나 스위치(114)는 PIN 다이오드들을 사용하여 실행될 수 있다. 안테나 스위치의 PIN 다이오드들은 DC 전력원(120)에 의해 제공되는 고 전압/고 전류 제어 신호에 의해 제어된다. 송신 모드에서, 안테나 스위치(114)는 제2 직교성(90°) 하이브리드 결합기(112)와 안테나(116) 사이에 저 손실의 경로를 생성한다.
수신 모드에서, 안테나 스위치(114)는 안테나(116)로부터 직교성(90°) 하이브리드 결합기(112)를 분리하고, 대신에 안테나(116)와 저소음 증폭기(122) 사이에 저 손실의 경로를 생성한다. 결과적으로, 수신된 무선 주파수(RF) 신호는 안테나 스위치(114)를 통해 안테나(116)로부터 저소음 증폭기(122)로 전달된다. 상기 저 소음 증폭기(122)는 수신된 RF 신호의 전력을 증폭하는 작용을 수행한다. 이어서, 상기 저소음 증폭기(122)는 상기 증폭된 RF 신호를 수신기(124)에 전달한다.
이러한 종래의 송수신기 회로(100)의 이점에도, 그것은 어느 정도의 결점을 경험한다. 예를 들어, 안테나 스위치(114)는 송신경로에 상당한 양의 손실을 들여올 수 있다. 이러한 손실은 전력 증폭기들(108,110)이 안테나(116)에서 소망하는 RF 전력 출력을 가지도록 추가 RF 전력 출력을 생성하는 것을 필요로 한다. 다음으로, 전력 증폭기들(108,110)로부터 요구되는 추가 RF 전력은 외부 전력 공급(미도시)으로부터 더 많은 전력을 필요로 한다. 결과적으로, 송수신기 회로(100)의 전체 효율성은 감소된다. 또한, 안테나 스위치(114)는 종종 상당한 수준의 RF 전력을 처 리하도록 설계된 PIN 다이오드 RF 스위치로 이루어진다. 상기와 같은 안테나 스위치(114)는 종종 동작할 수백 개의 볼트들을 필요로 한다. 명백하게는, 상기와 같은 전압을 안테나 스위치(114)에 제공하는데 적합가능한 전류전력공급은 휴대용 기기에 편입하기 어렵다.
전술한 측면에서, 송신된 RF 신호에 의해 경험되는 전력 손실의 양을 최소화할 수 있는 안테나 스위치를 가지는 송수신기 회로에 대한 수요가 남아 있다. 또한, 동작하기 위해 저 전압을 요구하는 안테나 스위치 회로를 가지는 송수신기 회로에 대한 필요가 남아 있다.
본 발명은 직교결합된 전력 증폭기들을 사용하는 송수신기에서 무손실의 송신경로 안테나 스위칭을 위한 시스템에 관련한다.
상기 시스템은 제1 입력 포트, 제2 입력 포트, 분리 포트, 및 출력 포트를 구비하는 직교성 하이브리드 전력 결합으로 이루어진다. 또한, 상기 시스템은 제1 RF 전력 증폭기 회로 및 제2 RF 전력 증폭기 회로로 이루어진다. 상기 제1 및 제2 전력 증폭기 회로들은 제1 입력 포트 및 제2 입력 포트에 각각 연결된다.
제1 및 제2 RF 전력 증폭기 회로들은 각각 제1 상태와 제2 상태 간에 선택적으로 변동가능한 출력 임피던스를 가진다. 직교성 하이브리드 전력 결합기는 제1 및 제2 RF 전력 증폭기 회로들이 각각 제1 상태에 있을 때, 제1 및 제2 입력 포트들로부터 RF 신호를 출력 포트로 전달한다. 직교성 하이브리드 전력 결합기는 제1 및 제2 RF 증폭기 회로들이 제2 상태에 있을 때, 출력 포트로부터 RF 에너지를 분리 포트로 전달한다. 본 발명의 일 측면에 따라서, 제1 및 제2 RF 전력 증폭기 회로들의 출력 임피던스는 제1 상태에서 제1 및 제2 입력 포트들에 대략 정합한다. 제1 및 제2 RF 전력 증폭기 회로들의 출력 임피던스는 제2 상태의 제1 및 제2 입력 포트들에 대략 정합한다.
본 발명의 일 측면에 의하여, 상기 시스템은 또한 안테나로 이루어진다. 직교성 하이브리드 전력 결합기의 출력 포트는 안테나에 결합된다. 이롭게도, 상기 직교성 하이브리드 전력 결합기의 출력 포트는 다른 RF 스위칭을 제외하고 안테나에 결합될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따라서, 본 발명은 제어 회로로 이루어진다. 상기 제어 회로는 제1 및 제2 RF 전력 증폭기 회로들에 결합된다. 상기 제어 회로는 제어 신호에 반응하여 제1 상태와 제2 상태 간에 제1 및 제2 RF 전력 증폭기 회로들을 선택적으로 전이하도록 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 의하여, 또한 상기 시스템은 RF 스위치로 이루어진다. RF 스위치는 직교성 하이브리드 전력 결합기의 분리 포트에 결합되는 입력 단자를 구비한다. RF 스위치는 또한, 상기 입력 단자를 RF 스위치의 제1 출력 단자 또는 RF 스위치의 제2 출력 단자에 결합하도록 구성된다. RF 스위치의 제1 출력 단자는 50옴(50Ω) 저항기와 같은 저항 단자에 연결된다.
본 발명의 다른 측면에 의하여, RF 스위치는 제어 회로에 반응한다. RF 스위치는 제1 상태에서 RF 스위치의 제1 출력 단자에 입력 단자를 결합하도록 구성된다. RF 스위치는 또한, 제2 상태에서 RF 스위치의 제2 출력 단자에 입력 단자를 결합하도록 구성된다. RF 스위치의 제2 출력 단자는 저소음 증폭기와 같은 수신기 입력 회로에 결합된다.
본 발명의 다른 측면에 의하여, 상기 시스템은 저항성 단자에서의 RF 신호의 존재를 검출하기 위한 RF 검출기 회로로 이루어진다. 이와 관련하여, 제어 회로가 RF 검출기 회로가 소정 수준의 RF 에너지를 검출할 때, 제2 저항성 단자에 결합된 제2 RF 스위치의 입력 단자를 유지하기 위해 구성된다는 것이 인정되어야 한다.
또 다른 측면에 의하여, 본 발명은 송수신기의 손실 없는 송신경로 안테나 스위칭 방법에 관련한다. 상기 방법은 여러 단계들을 포함한다. 송신 구성에서, 상기 방법은 제1 RF 전력 증폭기 회로에서 제1 RF 신호 및 제2 전력 증폭기 회로에서 제2 RF 신호를 증폭하는 것을 포함한다. 제1 및 제2 RF 전력 증폭기 회로들의 출력은 제1 및 제2 RF 신호들의 합계인 하나의 RF 출력신호를 생성하기 위해 직교성 하이브리드 전력 결합기의 제1 및 제2 입력 포트에 결합된다. 이후로, 직교성 하이브리드 전력 결합기의 입력 포트로부터의 RF 출력신호는 안테나 스위치를 방해하지 않고 안테나에 결합된다.
상기 방법은 안테나로부터 하이브리드 전력 결합기의 분리 포트에 이르기까지 RF 신호들을 위한 저 손실 경로를 제공하는 것이다. 상기 저 손실 경로는 하이브리드 전력 결합기의 제1 및 제2 입력 포트에서 임피던스 부정합을 야기함에 의해 제공된다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 임피던스 부정합은 제1 및 제2 RF 전력 증폭기 회로를 위한 바이어스 전압을 제거하거나 또는 최소한 변경함에 의해 제1 및 제2 입력 포트에서 야기된다. 상기 방법은 안테나로부터 분리 포트에 이르기까지 RF 신호들을 위한 저 손실 경로를 제공하면서 동시에, 분리 포트를 입력 단자를 구비하는 RF 스위치에 결합하고, 상기 입력 단자를 수신기 회로에 선택적으로 결합한다.
도 1은 종래의 송수신기 회로의 블록도이다.
도 2는 본 발명을 이해하는데 유용한 송수신기 회로의 블록도이다.
도 3은 본 발명을 이해하는데 유용한 송수신기 회로 제어 회로를 구비하는 송수신기 회로의 블록도이다.
도 4는 송수신기에 있어서의 무손실 송신경로 안테나 스위칭 방법에 대한 흐름도이다.
본 발명의 실시형태들이 도 2 내지 도 4와 관련하여 이하 기술될 것이다. 본 발명의 일부 실시형태들은 종래의 송수신기 회로보다 적은 소량의 전력을 경험하고, 종래의 송수신기 회로보다 적은 열을 생성하며, 종래의 송수신기 회로보다 더 능률적인 송수신기 회로를 제공하는 것이다.
도 2를 지금 참조하면, 본 발명의 이해에 유용한 송수신기 회로(200)가 도시된다. 도 2에서 관찰할 수 있듯이, 회로(200)는 송신기(202), RF 스위치(204), 저항성 단자들(206,208), 직교성(90°) 하이브리드 전력 분배기(210), 직교성(90°) 하이브리드 전력 결합기(218), RF 전력 증폭기 회로들(212,214), 제어기(216), 및 안테나(222)로 이루어진다. 또한, 송수신기 회로(200)는 RF 스위치(220), 수신기 입력 회로(228), 수신기(230), 저항성 단자(240)로 이루어진다. 각각의 열거된 구성요소들은 본 기술분야의 당업자에게 널리 공지된 것이다. 따라서, 이들 구성요소들은 여기서 상세히 설명되지 않을 것이다.
송수신기 회로(200)의 동작은 당업자가 본 발명을 용이하게 이해할 수 있게 상세히 기재될 것이다. 제1 상태에서, 무선 주파수(RF) 에너지를 외부 장치(직교성(90°) 하이브리드 전력 분배기(210)와 같은)로 전달하도록 구성된 송신기(202)에 전력이 공급된다. 이에 관련하여, 송신기(202)는 전형적으로 발진기, 변조기, 및 무선 주파수를 위한 적어도 하나의 증폭기로 이루어진다는 것을 이해해야 한다.
또한, 이러한 제1 상태에서, RF 스위치(204)의 제어 단자(207)에서 제어 신호가 수신된다. 결과적으로, RF 스위치(204)의 입력 단자(205)은 RF 스위치(204)의 출력 단자(201)에 결합된다. 실질상, 송신기(202)는 직교성(90°) 하이브리드 전력 분배기(210)의 입력 포트(254)에 연결된다. 상기와 같이, 송신기(202)는 RF 에너지를 직교성(90°) 하이브리드 전력 분배기(210)에 전달할 수 있다.
RF 에너지를 수신하자마자, 직교성(90°) 하이브리드 전력 분배기(210)는 입력 포트(254)에서 수신된 RF 전력을 균등하게 분리하고, 출력 포트들(252,256)에서 90도(90°)위상이 다른 두 개의 균등전력 RF 출력신호들을 제공하는 작용을 수행한다. 두 개의 균등전력 RF 출력신호들을 생성한 후에, 직교성(90°) 하이브리드 전력 분배기(210)는 제1 균등전력 RF 출력신호를 RF 전력 증폭기 회로(212)에, 제2 균등전력 RF 출력신호를 RF 전력 증폭기 회로(214)에 전달한다.
제어기(216)는 제어 신호를 각각의 RF 전력 증폭기 회로들(212,214)에 전달 한다. 결과적으로, RF 전력 증폭기 회로들(212,214)은 그들의 제1 상태에서 전이한다. 이러한 제1 상태에서, RF 전력 증폭기 회로들(212,214)은 RF 이득(gain) 및 높은 RF 전력 출력을 생성하기 위해 적절하게 바이어스된다. 또한, RF 전력 증폭기 회로들(212,214)은 직교성(90°) 하이브리드 전력 결합기(218)의 입력 포트들(260,264)에 대략 정합하는 출력 임피던스를 제공하기 위해 적절히 바이어스될 수 있다. 이러한 점에서, RF 전력 증폭기 회로들(212,214)이 반도체 트랜지스터들로 이루어진다는 것이 인정되어야만 한다. 본 기술분야의 당업자에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 반도체 트랜지스터는 거기에 인가되는 직류(DC) 바이어스 전압 및 전류에 민감하다. 그와 같이, RF 전력 증폭기 회로(212,214)의 출력 임피던스는 그에 인가된 DC 바이어스 전압 및 전류를 단순히 변경함에 의해 저 출력 임피던스와 고 출력 임피던스 간에 선택적으로 전이될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 의하여, 제어기(216)는 제1 상태에서 제1 제어신호를 각각의 전력 증폭기 회로(212,214)에 전달한다. 제1 제어 신호는 RF 전력 트랜지스터들에 인가된 실질적인 바이어스 전압일 수 있다. 다른 방법으로, 상기 제1 제어 신호는 RF 전력 트랜지스터들에 인가된 바이어스 전압을 제어하는데 간접적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 제어 신호는 바이어스 전압을 RF 전력 증폭기 회로들(212,214)에 제공하는 전압 규제 장치 또는 회로를 제어할 수 있다.
상기 실행의 세부사항과 무관하게, 제1 제어 신호는 상기 신호가 RF 전력 증폭기 회로들(212,214)에 전달될 때, RF 전력 트랜지스터들이 "온(on)"으로 전환하게 선택된다. 실질상, RF 전력 증폭기 회로들(212,214)의 출력 임피던스들은 입력 포트(260)의 임피던스에 대체로 부정합하는 고 출력 임피던스로부터 입력 포트(260)의 입력 임피던스에 좀 더 근접하게 정합되거나 가까워지는 출력 임피던스로 전이된다.
제2 상태에서, 제어기(216)는 제2 제어 신호를 각각의 전력 증폭기 회로(212,214)에 전달한다. 제1 제어 신호와 같이, 제2 제어 신호는 RF 전력 증폭기 회로들(212,214)에서 RF 전력 트랜지스터들에 공급된 실질 바이어스 전압일 수 있다. 그러나, 제2 제어 신호는 상기 바이어스 전압을 간접적으로 제어하기 위해 배치될 수도 있다. 예를 들어, 상기 제어 신호는 RF 전력 증폭기 회로들(212,214)에 바이어스 전압을 제공하는 전압 규제 회로를 제어할 수 있다.
상기 실행의 세부사항과 무관하게, 제2 제어 신호는 상기 신호가 RF 전력 증폭기 회로들(212,214)에 전달될 때, RF 전력 트랜지스터들이 "오프(off)"으로 전환하게 선택된다. 실질상, RF 전력 증폭기 회로들(212,214)의 출력 임피던스들은 입력 포트(260)의 임피던스에 대략 동일한 저 출력 임피던스로부터 입력 포트(260)의 임피던스에 크게 부정합하는 고 출력 임피던스로 전이된다. 트랜지스터 바이어스 전압 제어 회로들 및 여기 기재된 RF 전력 증폭기 회로들(212,214)의 출력 임피던스를 제어하는 다른 기술들은 본 기술분야에 널리 공지되었다. 이러한 점에서, 본 발명은 RF 전력 증폭기 회로들(212,214)의 출력 임피던스를 선택적으로 제어하기 위해 여기 기재된 특정 기술들에 제한되는 것이 아님을 이해해야 할 것이다. 대신에, 어떠한 적절한 배치가 사용될 수 있다. 예를 들어, RF 전력 트랜지스터들에 인가된 DC 바이어스 전압을 선택적으로 변경함에 의해 RF 전력 증폭기 회로 들(212,214)의 출력 임피던스를 제어하는 것보다, 가변성 출력 임피던스 변압기 회로가 사용될 수 있다. 출력 임피던스 변압기는 동일한 효과를 얻기 위해 필요함에 따라 RF 전력 증폭기 회로들(212,214)의 출력 임피던스를 선택적으로 변경할 수 있다. 다양한 임피던스 변압기들이 본 기술분야에 널리 공지되었다. 이에 따라, 이들 제어 특징들은 상세히 기재되지 않을 것이다.
직교성(90°) 하이브리드 전력 분배기(210)로부터 전달된 제1 및 제2 RF 신호들을 수신하자마자, 각각의 RF 전력 증폭기 회로들(212,214)은 수신된 RF 신호의 RF 전력을 증폭하기 위한 작용을 수행한다. 이후로, RF 전력 증폭기 회로들(212,214)은 증폭된 RF 신호들을 직교성(90°) 하이브리드 전력 결합기(218)의 입력 포트들(260,264)에 전달한다. 직교성(90°) 하이브리드 전력 결합기(218)는 증폭된 RF 신호들 중의 하나를 90°로 위상 편이하는 작용을 수행한다. 두 개의 증폭된 신호들은 다음으로 단일 출력 RF 신호를 형성하기 위해 함께 결합된다. 이어서, 직교성(90°) 하이브리드 전력 결합기(218)는 외부 장치(미도시)로의 송신을 위해 안테나(222)로 출력 RF 신호를 전달한다. 직교성(90°) 하이브리드 전력 결합기(218)로부터 안테나(222)로의 출력 RF 신호는 단지 최소 손실의 RF 전력을 경험한다. 이러한 최소 전력 손실은 직교성(90°) 하이브리드 전력 결합기(218)의 출력 포트(262)와 안테나 사이에 안테나 스위치(114)(도 1에 도시)를 제거함에 의해 획득된다.
또한, 이러한 제1 상태에서, 제어 신호는 RF 스위치(220)의 제어 단자(227)에서 수신된다. 결과적으로, RF 스위치(220)의 입력 단자(221)은 RF 스위치(220)의 출력 단자(223)에 결합된다. 실질상, RF 에너지는 직교성(90°) 하이브리드 전력 결합기(218)로부터 저항성 단자(240)(예, 50 옴(50Ω)의 저항장치)에 결합될 수 있다. RF 전력 증폭기 회로들(212,214) 간의 임피던스 부정합 및/또는 안테나 정재파비(voltage standing wave ratio:VSWR)로 인한 RF 에너지의 반사는 분리 포트(266)에 전달된다. 상기 반사된 RF 에너지는 스위치(220)를 통해 반사 전력이 흡수되는 저항성 단자(240)로 인도된다.
제2 상태에서, 송수신기 회로(200)는 안테나(222)로부터 RF 신호를 수신하고, 저 신호를 수신기 입력 회로(228)에 전달하도록 구성된다. 상기 제2 상태에서, 제어 신호는 RF 스위치(204)의 제어 단자(207)에서 수신된다. 결과적으로, RF 스위치(204)의 입력 단자(205)은 RF 스위치(204)의 출력 단자(203)에 결합된다. 실질상, 송신기(202)는 저항성 단자(208)에 연결된다. 그와 같은, 송신기로부터의 다른 RF 에너지가 저항성 단자(208)을 통해 상기 송신기(202)로부터 그라운드로 결합될 수 있다.
제2 상태에서, 각각의 RF 전력 증폭기 회로들(212,214)은 변경되거나 전체 제거된다. 실질상, RF 전력 증폭기 회로들(212,214)은 그들의 바이어스 전압을 변경함에 의해 그들의 제2 상태로 전이된다. 이러한 제2 상태에서, RF 전력 증폭기 회로들(212,214)은 직교성(90°) 하이브리드 전력 결합기(218)의 입력 포트들(260,264)에 대체로 부정합하는 출력 임피던스를 제공하기 위해 적절히 바이어스된다. 이러한 관계에서, 각각의 RF 전력 증폭기 회로들(212,214)의 출력 임피던스는 제1 상태와 제2 상태 사이에서 선택적으로 변경가능하다는 것을 인정해야 한다. 이러한 관계에서, RF 증폭기 회로들(212,214)의 바이어스 전압을 변경하는 것은 이들 회로의 출력 임피던스를 변경하는 하나의 가능한 방법임을 인정해야 한다. 다른 방법들 또한 가능하다. 예를 들어, 직교성(90°) 하이브리드 전력 결합기(218)의 입력 포트들(260,264)에 의해 보여지는 바와 같이 RF 증폭기 회로들의 출력 임피던스를 선택적으로 제어하는 RF 증폭기 회로들(212,214)을 위한 출력 정합 회로가 제공될 수 있다. 일반적으로, 직교성(90°) 하이브리드 전력 결합기(218)의 입력 포트들(260,264)에서의 임피던스 부정합은 안테나(222)로부터 전력을 낮은 RF 전력 손실로 직교성(90°) 하이브리드 전력 결합기의 분리 포트(266)에 인도되게끔 한다. 이에 따라, 입력 포트들(260,264)에서 상당한 임피던스 부정합을 제공함에 의해, 저손실 경로가 안테나(222)로부터 분리 포트(266)로 제공될 수 있다.
이러한 관계로, 입력 포트들(260,264)의 개방 회로 또는 입력 포트들(260,264)의 단락(short) 회로는 안테나(222)로부터 분리 포트(266)에 이르는 저손실 경로를 제공하게 된다. 상기와 같은 시나리오는 RF 증폭기 회로들(212,214)이 제2 상태에 있는 경우 발생한다. 이러한 상태에서, 송신경로의 삽입 손실은 본질적으로 직교성(90°) 하이브리드 전력 결합기(218)의 삽입 손실이다. 삽입 손실 값의 예상 범위는 다음 표에 나타난다. 인정되어야하는 바와 같이, 삽입 손실 값은 입력 포트들(260,264)에서의 입력 임피던스 값의 함수이다.
Figure 112009038819631-PCT00001
제2 상태에서, 제어 신호는 RF 스위치(220)의 제어 단자(227)에서 수신되며, 이로써 상기 RF 스위치(220)가 입력 단자(221)과 출력 단자(225) 사이에 저손실 RF 경로를 제공하게끔 한다. 그와 같이, RF 에너지는 직교성(90°) 하이브리드 전력 결합기(218)의 분리 포트(266)로부터 수신기 입력 회로(228)로 연결된다. 본 발명의 일 실시형태에 의하여, 수신기 입력 회로(228)는 RF 전력을 증폭하기 위해 구성된다. RF 전력을 증폭한 후에, 수신기 입력 회로(228)는 증폭된 RF 신호를 수신기(230)로 전달한다.
본 발명의 일 실시형태에 의하여, 수신기 입력 회로(228)는 이롭게도 저소음 증폭기로 이루어진다. 저소음 증폭기는 소량의 소음을 RF 신호에 단지 부가하면서 RF 전력을 증폭할 수 있다. 여전히, 본 발명은 이러한 점에 한정되지는 않는다. 수신기 입력 회로(228)는 특정 송수신기 회로(200)의 응용물에 적합한 다른 회로 또는 장치로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 수신기 입력 회로는 대역 통과 필터, 이중통신 회로 또는 필요한 경우, 다른 신호 처리 회로를 구비할 수 있다. 또한, 수신기 입력 회로(228)는 제한 없이 수신기(230) 내에 편입될 수 있다.
RF 스위치들(204,220)이 이롭게도 저 전력의 PIN 또는 MMIC로서 선택된다는 것이 인정되어야 한다. 그러나, 본 발명은 이러한 점에 한정되는 것은 아니다. RF 스위치들(204,220)은 특정 송수신기 회로(200)의 응용물에 적합하며, 동작하기 위해 상대적으로 대량의 전력을 필요로 하게 제공된 본 기술분야에 공지된 다른 RF 스위치로서 선택될 수 있다.
또한 상기 송수신기 회로(200)가 도 1에 보여진 종래의 송수신기 회로(200) 이상의 이점들을 가진다는 점이 인정되어야 한다. 예를 들어, 송수신기 회로(200)의 아키텍쳐는 안테나(222)와 직교성(90°) 하이브리드 전력 결합기(218) 간의 고 전력의 PIN 다이오드 스위치에 대한 필요를 없게 한다. 그와 같이, 송수신기 회로(200)는 고 전력의 PIN 다이오드 스위치를 구동하기 위한 고 전압의 전력 공급을 필요로 하지 않는다. 실질상, DC 전원(미도시)은 송수신기 회로(200)에 더 적은 전력을 공급할 수 있으며, 이로써 상기 회로들의 전체 효율성을 증가시키고, 상기 회로에 의해 생성된 열의 양을 감소시킬 수 있다.
RF 스위치들(204,220)을 제어하기 위해 제어 회로가 송수신기 회로(200)에서 실행될 수 있다는 것이 더 이해되어야 한다. 이러한 제어 회로는 RF 전력 증폭기 회로들(212,214) 간의 임피던스 부정합 및/또는 안테나의 정재파비(VSWR)로 인한 손상으로부터 상기 RF 전력 증폭기 회로들(212,214)을 보호하기 위한 수단을 제공할 수도 있다. 이러한 RF 전력 증폭기 회로들(212,214)의 보호는 저항성 단자(240)로 전해지는 송신 전력의 크기(magnitude)를 감시함에 의해 성취될 수 있다. 그 가운데서 실행된 상기와 같은 제어 회로를 구비한 송수신기 회로는 도 3과 관련하여 하기 더욱 상세히 기술된다. 도 3에 도시된 제어 회로는 본 발명을 위해 가능한 단지 하나의 제어 회로의 구현일 뿐임을 이해해야 할 것이다. 따라서, 본 발명은 이러한 것에 한정되는 않는다.
도 3을 지금 참조하여, 본 발명을 이해하는데 유용한 송수신기 회로(300)가 제공된다. 도 3에 도시되는 바와 같이, 송수신기 회로(300)는 송신기(202), RF 스위치(204), 저항성 단자들(206,208), 직교성(90°) 하이브리드 전력 분배기(210), 직교성(90°) 하이브리드 전력 결합기(218), RF 전력 증폭기 회로들(212,214), 제어기(216), 및 안테나(222)로 이루어진다. 송수신기 회로(200)는 또한 RF 스위치(220), 수신기 입력 회로(228), 수신기(230), 및 저항성 단자(240)로 이루어진다. 상기 기재(도 2와 관련한)는 이들 열거된 구성요소들에 대하여 만족시킬 것이다.
도 3을 다시 참조하여, 송수신기 회로(300)는 RF 스위치(220)를 제어하고, RF 스위치(204)를 제어하기 위한 제어 회로로 이루어진다. 도 1에 나타난 바와 같이, 제어 회로는 제어기(238) 및 인버터(inverter)(224), ROM-DC 변환기(226), 레벨 검출 회로(234), 기준 전압원(232), 및 AND 게이트(236)로 이루어진다.
제어기(238)는 저 전압, 저 전류의 제어 신호를 인버터(224)로 전달하기 위해 구성된 회로로 이루어진다. 상기 인버터(224)는 제어 회로(238)로부터 수신된 신호를 인버트하고(invert), RF 스위치(220)의 제어 단자(227)에 인버트된 신호를 전달하도록 구성된다.
RF 스위치(220)는 입력 단자(221)를 출력 단자(2230) 또는 출력 단자(225)에 선택적으로 결합하도록 구성된다. 예를 들어, RF 전력 증폭기 회로들(212,214)이 그들의 제1 상태에 있을 때, 입력 단자(221)이 출력 단자(223)에 결합하도록 RF 스위치(220)는 저 저압, 저 전류의 제어 신호에 반응한다.
RF 검출기 회로는 저항성 단자(240)에서 RF 에너지의 존재를 검출하도록 설치된다. 이러한 RF 검출기 회로는 ROM-DC 변환기(226) 및 레벨 검출기 회로(234)로 이루어진다. 상기 ROM-DC 변환기(226)는 가변성 DC 전압 출력으로 RF 에너지를 변환하도록 구성된 회로로 이루어진다. 또한, 상기 ROM-DC 변환기(226)는 가변성 DC 전압 값을 레벨 검출기 회로(234)에 전달하도록 구성된 회로로 이루어진다.
레벨 검출기 회로(234)는 바람직하게는 비교기 회로(예, 개방형 루프 R극성 표시기(open loop polarity indicator))이다. 여전히, 본 발명은 이러한 것에 한정되는 것은 아니다. 레벨 검출기 회로(234)는 특정 수신기 회로(300)의 응용물에 적합한 사양을 가지는 본 기술분야에 공지된 회로로 이루어질 수 있다.
도 3을 다시 참조하여, 레벨 검출기 회로(234)는 반전 입력 단자(270), 비반전 입력 단자(272), V+ 단자(278), V- 단자(276), 및 출력 단자(274)로 이루어진다. 반전 입력 단자(270)는 RMS-DC 변환기(226)에 전기 결합된다. 비반전 입력 단자(272)는 기준 전압원(232)에 전기 결합된다. 기준 전압원(232)은 기준 전압(VREF)을 레벨 검출기 회로(234)에 공급하도록 구성된다.
도 3에 도시되는 바와 같이, V+ 단자(278)는 전력 공급(242)에 결합되고, V- 단자(276)는 그라운드에 결합된다. 그와 같이, 입력 전력 공급 전압은 레벨 검출기 회로(234)의 V+ 단자(278) 및 V-단자(276)를 따라서 직접 연결된다. 레벨 검출기 회로(234)의 출력 전압(VOUT)은 상기 레벨 검출기 회로의 양성포화(positive saturation) 레벨이거나 음성포화(negative saturation) 레벨이게 강요된다. 예를 들어, 비반전 입력 단자(272)에서의 전압이 반전 입력 단자(270)의 전압보다 양성이면, 그때 출력 전압(VOUT)은 레벨 검출기 회로의 양성포화 레벨(즉, 입력 전력 공급 전압)로 강요된다. 다른 방법으로, 단자(272)에서의 전압이 단자(270)에서의 전압보다 작으면, 그때 출력 전압(VOUT)은 레벨 검출기 회로의 음성포화 레벨(즉, 0 볼트)로 강요된다.
레벨 검출기 회로(234)의 출력 단자(274)는 AND 게이트(236)에 전기 결합된다. 상기 AND 게이트(236)는 입력 단자들(280,282)과 출력 단자(284)로 이루어진다. 입력 단자(280)는 저 전압, 저 전류의 제어 신호를 AND 게이트(236)에 전달하도록 구성된 제어기(238)에 전기 결합된다. 유사하게, 상기 입력 단자(282)는 레벨 검출기 회로(234)의 출력(274)에 전기 결합된다.
AND 게이트(236)는 고 전압 값 또는 저 전압 값을 가지는 출력 신호를 생성하도록 구성된 회로로 이루어진다. 예를 들어, 입력 단자들(280,282)에서의 모든 전압이 높은 값이면(예를 들어 1 볼트), 그때 AND 게이트(236)의 출력 신호는 고 전압 값(예, 5 볼트)을 가지게 된다. 입력 단자들(280,282)에서의 모든 전압들 또는 그 중의 하나가 높은 값이면, 그때 AND 게이트(236)의 출력 신호는 저 전압 값(예, 0 볼트)을 가지게 된다. 상기 AND 게이트(236)는 RF 스위치(204)의 제어 단자(207)에 출력 신호를 전달하도록 더 구성된다.
RF 스위치(204)는 입력 단자(205)를 출력 단자(201) 또는 출력 단자(203)에 선택적으로 결합하도록 구성된다. 예를 들어, RF 스위치(204)는 AND 게이트(236)로부터의 출력 신호에 반응하여, RF 전력 증폭기 회로들(212,214)이 제1 상태에 있을 때, 입력 단자(205)가 출력 단자(201)에 결합된다. RF 스위치(204)는 또한 AND 게이트(236)로부터의 출력 신호에 반응하여, RF 전력 증폭기 회로들(212,214)이 제1 상태에 있을 때, 입력 단자(205)가 출력 단자(201)에 결합된다.
레벨 검출기 회로(234)와 RMS-DC 변환기(226)가 RF 전력 증폭기 회로들(212,214) 간의 임피던스 부정합 및/또는 직교성 하이브리드 전력 결합기의 하나 이상의 포트들에 비례하는 안테나로 인해 저항성 단자(240)에 전달되는 송신 전력의 크기(magnitude)를 감시하는 수단을 제공한다는 것이 인정되어야 한다. 예를 들어, 저항성 단자(240)에 가해진 반사 송신 전력이 초과 크기(excessive magnitude)인 경우, RF 스위치(220)의 입력 단자(221)와 RF 스위치의 출력 단자(225) 사이의 RF 경로는 제거되며, RF 스위치(221)의 입력 단자(221)는 RF 스위치(221)의 출력 단자(223)에 대신 결합된다. 그와 같이, RF 전력 증폭기 회로들(212,214)로부터의 고 전력 RF 에너지는 수신기 입력 회로(228)에 전달되는 것이 방지되며, 이는 상기 신호들에 의해 쉽게 손상된다.
도 4를 지금 참조하여, 송수신기에 있어서의 무손실의 송신경로 안테나 스위칭 방법의 흐름도가 제공된다. 상기 방법(400)은 단계(402)에서 시작하여, 단계(404)로 계속된다. 단계(404)에서, 제1 RF 전력 증폭기 회로(212)의 제1 RF 신호 및 제2 RF 전력 증폭기 회로(214)의 제2 RF 신호가 증폭된다. 이후로, 상기 제1 및 제2 RF 전력 증폭기 회로들(212,214)의 출력이 직교성(90°) 하이브리드 전력 결합기(218)의 제1 및 제2 입력 포트(260,264)에 각각 결합되어, 제1 및 제2 RF 신호들의 합인 하나의 RF 출력 신호를 생성하는 단계(406)가 수행된다. 단계(406) 이후에, 상기 방법(400)은 단계(408)로 계속된다. 단계(408)에서, 직교성(90°) 하이브리드 전력 결합기(218)의 출력 포트(262)로부터 RF 출력 신호는 안테나 스위치를 방해하지 않고, 안테나(222)에 결합된다.
단계(410)에서, 안테나(222)로부터 직교성(90°) 하이브리드 전력 결합기(218)의 분리 포트(266)에 이르는 RF 신호들을 위한 저 손실 경로는 직교성(90°) 하이브리드 전력 결합기(218)의 제1 및 제2 입력 포트들(260,264)에서 임피던스 부정합을 야기함에 의해 선택적으로 제공된다. 단계(412)에서, RF 스위치(220)의 입력 단자(221)는 수신기 입력 회로(228)에 선택적으로 결합된다. 결과적으로, RF 신호들을 위한 저 손실 경로는 안테나(222)로부터 직교성(90°) 하이브리드 전력 결합기(218)의 분리 포트(266)에 이른다. 단계(412) 이후에, 단계(414)에서 방법(400)이 종료된다.
본 기술분야의 당업자는 상기 방법(400)이 송수신기에 있어서의 무손실의 송신경로 안테나 스위칭 방법 가운데 하나의 실시형태라는 것을 인정할 것이다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 송수신기에 있어서의 무손실의 송신경 로 안테나 스위칭의 다른 방법들이 제한없이 사용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 직교 결합된 전력 증폭기를 사용하는 송수신기(200)에 있어서의 무손실의 송신경로 안테나 스위칭 시스템으로서, 상기 시스템은,
    제1 입력 포트, 제2 입력 포트, 분리 포트, 및 출력 포트를 구비하는 직교성 하이브리드 전력 결합기와,
    상기 제1 입력 포트 및 상기 제2 입력 포트에 각각 결합되어, 각각이 제1 상태와 제2 상태 사이에서 선택적으로 변동가능한 출력 임피던스를 구비하는 제1 RF 전력 증폭기 회로 및 제2 RF 전력 증폭기 회로를 포함하며,
    상기 직교성 하이브리드 전력 결합기는 상기 제1 및 제2 RF 전력 증폭기 회로들이 각각 상기 제1 상태에 있을 때에 상기 제1 및 제2 입력 포트로부터 RF 에너지를 상기 출력 포트로 전달하고, 상기 제1 및 제2 RF 전력 증폭기 회로들이 상기 제2 상태에 있을 때에 상기 출력 포트로부터 RF 에너지를 상기 분리 포트로 전달하는 것을 특징으로 하는 직교 결합된 전력 증폭기를 사용하는 송수신기에 있어서의 무손실의 송신경로 안테나 스위칭 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 RF 전력 증폭기 회로들의 상기 출력 임피던스는 상기 제1 상태에서 상기 제1 및 제2 입력 포트들에 대략 정합하고, 상기 제2 상태에서 상기 제1 및 제2 입력 포트들에 대략 부정합하는 것을 특징으로 하는 직교 결합된 전력 증폭기를 사용하는 송수신기에 있어서의 무손실의 송신경로 안테나 스위칭 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    제어 신호에 반응하여 상기 제1 상태와 상기 제2 상태 간에 상기 제1 및 제2 RF 전력 증폭기 회로들을 선택적으로 전이하기 위해 상기 제1 및 제2 RF 전력 증폭기 회로들에 결합되는 제어 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직교 결합된 전력 증폭기를 사용하는 송수신기에 있어서의 무손실의 송신경로 안테나 스위칭 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 분리 포트에 결합되는 입력 단자를 구비하며, 상기 입력 단자를 상기 RF 스위치의 제1 출력 단자 또는 상기 RF 스위치의 제2 출력 단자에 선택적으로 결합하도록 구성되는 RF 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직교 결합된 전력 증폭기를 사용하는 송수신기에 있어서의 무손실의 송신경로 안테나 스위칭 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    제어 신호에 반응하여 상기 제1 상태와 상기 제2 상태 간에 상기 제1 및 제2 RF 전력 증폭기 회로들을 선택적으로 전이하기 위해 상기 제1 및 제2 RF 전력 증폭기 회로들에 결합되는 제어 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직교 결합된 전력 증폭기를 사용하는 송수신기에 있어서의 무손실의 송신경로 안테나 스위칭 시 스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    제1 출력 포트, 제2 출력 포트, 입력 포트, 분리 포트를 구비하는 직교성 하이브리드 전력 분배기를 더 포함하며, 상기 제1 및 제2 출력 포트들에는 상기 제1 및 제2 RF 전력 증폭기 회로들이 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 직교 결합된 전력 증폭기를 사용하는 송수신기에 있어서의 무손실의 송신경로 안테나 스위칭 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제1 출력 단자는 상기 직교성 하이브리드 전력 분배기에 결합되는 것을 특징으로 하는 직교 결합된 전력 증폭기를 사용하는 송수신기에 있어서의 무손실의 송신경로 안테나 스위칭 시스템.
  8. 송수신기에 있어서의 무손실의 송신경로 안테나 스위칭 방법으로서, 상기 방법은,
    제1 RF 전력 증폭기 회로에서 제1 RF 신호와 제2 RF 전력 증폭기 회로에서 제2 RF 신호를 증폭하는 단계와,
    상기 제1 및 제2 RF 신호들의 합인 하나의 RF 출력 신호를 생성하기 위해 상기 제1 및 제2 RF 전력 증폭기 회로들의 출력을 직교성 하이브리드 전력 결합기의 제1 및 제2 입력 포트에 각각 결합하는 단계와,
    상기 직교성 하이브리드 전력 결합기로부터 상기 RF 출력 신호를 안테나 스위치의 방해 없이 안테나로 결합하는 단계와,
    상기 제1 및 제2 입력 포트에서 임피던스 부정합을 야기함에 의해 상기 안테나로부터 상기 하이브리드 전력 결합기의 분리 포트에 이르기까지 RF 신호들을 위한 저 손실 경로를 선택적으로 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 송수신기에 있어서의 무손실의 송신경로 안테나 스위칭 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 RF 전력 증폭기 회로로부터 바이어스 전압을 제거함에 의해 상기 제1 및 제2 입력 포트에서 상기 임피던스 부정합을 야기하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무손실의 송신경로 안테나 스위칭 방법.
  10. 제 9항에 따라서,
    상기 안테나로부터 상기 분리 포트에 이르기까지 RF 신호들을 위한 저 손실 경로를 동시에 제공하면서, 상기 분리 포트를 입력 단자를 구비한 RF 스위치에 결합하고, 상기 입력 단자를 수신기 회로에 선택적으로 결합하는 것을 특징으로 하는 무손실의 송신경로 안테나 스위칭 방법.
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