KR20150072473A - 마이크로파 스위치 및 마이크로파 스위치의 제작 방법 - Google Patents

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Abstract

마이크로파 스위치가 개시된다. 마이크로파 스위치는 전송 선로에 병렬 접지로 연결된 적어도 하나 이상의 반도체 소자와, 상기 전송 선로에 직렬로 연결된 적어도 하나 이상의 인덕터를 포함하고, 상기 반도체 소자가 단락되면, 상기 인덕터가 상기 반도체 소자와 상호 작용하여 임피던스 정합할 수 있다.

Description

마이크로파 스위치 및 마이크로파 스위치의 제작 방법{MICROWAVE SWITCH AND METHOD FOR PRODUCING MICROWAVE SWITCH}
본 발명의 실시예는 초고주파 대역에서 사용되는 스위치에 대한 것으로, 반도체 소자를 이용하여 초고주파 대역의 신호가 전송되는 전송 경로에서 신호를 통과시키거나 또는 차단시키는 저손실 고격리도의 마이크로파 스위치에 대한 것이다.
종래의 마이크로파 스위치는 도 1에 도시된 바와 같이, 신호가 통과하는 전송 선로에 직렬로 전계 효과 트랜지스터(FET; Field Effect Transistor)가 연결되는, 직렬 전계 효과 트랜지스터 스위치로 구현되거나, 도 2에 도시된 바와 같이, 신호가 통과하는 전송 선로에 병렬 접지로 전계 효과 트랜지스터(FET)가 연결되는 병렬 전계 효과 트랜지스터 스위치로 구현될 수 있다.
마이크로파 스위치의 주요 성능 파라메터는 삽입 손실과 격리도 성능이 있다. 여기서, 마이크로파 스위치의 삽입 손실은 마이크로파 스위치가 단락(ON) 상태일 때, 마이크로파 스위치를 통과하는 신호의 손실을 의미하고, 사용 주파수가 높아질수록 커지는 경향이 있다. 또한, 마이크로파 스위치의 격리도는 마이크로파 스위치가 차단(OFF) 상태일 때, 신호를 얼마나 통과시키지 않는지를 나타내는 것으로, 단락(ON) 상태일 때 통과하는 신호 크기와 대비하여 나타낸 값일 수 있다. 격리도 또한 사용 주파수가 높아질수록 성능이 열화되는 경향이 있다.
도 3은 종래의 마이크로파 스위치 단락시 등가회로를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 종래의 마이크로파 스위치로서의 병렬 전계 효과 트랜지스터(FET)는 단락시, 온(ON) 저항과 기생 인덕터의 직렬로 나타낼 수 있다.
전계 효과 트랜지스터(FET)는 예컨대, 기생 인덕터와 같이, 원하지 않는 기생 성분이 존재하는데, 이러한 기생 성분으로 인해 마이크로파 스위치의 격리도 성능이 열화될 수 있다.
또한, 마이크로파 스위치는 도 4에 도시된 바와 같이, 복수 개의 병렬 접지의 전계 효과 트랜지스터를 이용하여, 격리도 성능을 향상시킬 수 있으나, 향상에 한계가 있다.
본 발명은 반도체 소자를 이용하여 초고주파 대역 신호가 전송되는 전송 선로에서 신호를 통과시키거나 또는 차단시키되, 반도체 소자의 기생 성분을 고려하여 임피턴스 정합을 함으로써, 넓은 대역에서 삽입 손실을 제한하고, 격리도 성능을 향상시킨 마이크로파 스위치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 이루기 위한 마이크로파 스위치는 전송 선로에 병렬 접지로 연결된 적어도 하나 이상의 반도체 소자와, 상기 전송 선로에 직렬로 연결된 적어도 하나 이상의 인덕터를 포함하고, 상기 반도체 소자가 단락되면, 상기 인덕터가 상기 반도체 소자와 상호 작용하여 임피던스 정합한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 반도체 소자를 이용하여 초고주파 대역 신호가 전송되는 전송 선로에서 신호를 통과시키거나 또는 차단시키되, 반도체 소자의 기생 성분을 고려하여 임피턴스 정합을 함으로써, 넓은 대역에서 삽입 손실을 제한하고, 격리도 성능을 향상시킨 마이크로파 스위치를 제공할 수 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 마이크로파 스위치의 일례를 도시한 도면이다.
도 3은 종래의 마이크로파 스위치 단락시 등가회로를 도시한 도면이다.
도 4는 종래의 마이크로파 스위치의 다른 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로파 스위치의 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로파 스위치 단락시 등가회로를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로파 스위치의 구성을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로파 스위치의 구성을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로파 스위치에 대한 S11 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로파 스위치에 대한 S21 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로파 스위치에 대한 격리도 특성을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로파 스위치의 제작 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로파 스위치에 대해 상세히 설명한다. 본 발명의 마이크로파 스위치는 예컨대, 초고주파 대역의 통신 시스템 등에서 신호가 통과하는 경로에 설치되어 송/수신 신호의 분리나 신호 경로의 연결/차단을 수행하는 부품이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로파 스위치의 구성을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로파 스위치(500)는 반도체 소자(501) 및 인덕터(503)를 포함할 수 있다.
반도체 소자(501)는 RF 신호를 전달하는 전송 경로 예컨대, 전송 선로(505)에 병렬 접지로 연결될 수 있다. 이때, 반도체 소자(501)는 단락되면, 전송 선로(505)에 입력된 RF 신호를 접지시켜, 전송 선로(505)에서의 RF 신호 출력을 제한 함으로써, 마이크로파 스위치(500)가 차단(0FF) 동작으로 수행될 수 있다.
여기서, 반도체 소자(501)는 스위칭 소자로서, 예컨대, 전계 효과 트랜지스터(FET; Field Effect Transistor)일 수 있다.
인덕터(503)는 전송 선로(505)에 직렬로 연결되고, 반도체 소자(501)의 출력측에 위치할 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 입력측에 위치할 수 있다. 이때, 인덕터(503)는 반도체 소자(501)가 단락되면, 반도체 소자(501)와 상호 작용하여 임피던스 정합할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 마이크로파 스위치(500)는 반도체 소자(501)가 단락되면, 전송 선로(505)에 입력된 RF 신호를 반사시키는 차단(0FF) 동작으로 수행될 수 있다. 이때, 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로파 스위치(500)는 인덕터(503)가 반도체 소자(501)와 임피던스 정합을 함으로써, 반도체 소자(501)의 기생 인덕턴스에 의한 반사 특성 열화를 보상하여, 격리도 성능을 향상시킬 수 있다. 여기서, 반도체 소자(501)가 단락된 마이크로파 스위치(500)의 등가회로는 도 6와 같이, ON 저항(601) 및 기생 인덕터(603)의 병렬과 인덕터(605)의 직렬로 나타낼 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로파 스위치의 구성을 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로파 스위치(700)는 복수 개의 반도체 소자(701) 및 복수 개의 인덕터(703)를 포함할 수 있다.
복수 개의 반도체 소자(701)는 전송 선로(705)에 병렬 접지로 연결되고, 전송 선로를 기준으로 상위 또는 하위에 나란히 위치할 수 있다.
복수 개의 인덕터(703)는 전송 선로(705)에 직렬로 연결되고, 복수 개의 반도체 소자(701) 사이에 위치할 수 있다. 즉, 복수 개의 인덕터(703)는 복수 개의 반도체 소자(701)와 교대로 위치할 수 있다.
복수 개의 인덕터(703)는 복수 개의 반도체 소자(701)가 단락되면, 반도체 소자(701)와 상호 작용하여 임피던스 정합할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로파 스위치(700)는 복수 개의 반도체 소자(701) 및 복수 개의 인덕터(703)를 이용하여, 다단의 스위치를 형성하면서, 임피던스 정합을 함으로써, 격리도 성능을 한층 더 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로파 스위치는 도 8에 도시된 바와 같이, 전송 선로를 기준으로 상위 및 하위에 마주하여 쌍으로 나란히 위치하는 복수 개의 반도체 소자를 포함할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로파 스위치에 대한 S11 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로파 스위치(즉, 도 5에 도시된 스위치)는 전계 효과 트랜지스터(FET)의 기생 성분(RON, LPar)으로 인해, 이상적인 접지로 동작하지 않으며, 특히 기생 인덕턴스(LPar)로 인해, S11이 주파수가 증가할수록 스미스 차트 상에서 안쪽으로 돌게 됨에 따라, 회로의 반사 특성의 열화를 일으켜 격리도 성능이 저하된 종래의 마이크로파 스위치(즉, 도 2에 도시된 스위치)와 달리, 전계 효과 트랜지스터(FET)의 기생 성분에 의한 반사 특성의 열화를 보상하기 위해 직렬의 인덕터(LTune)를 포함 함으로써, S11이 주파수가 증가함에 따라 스미스 차트 바깥 라인 쪽으로 펴지게 되어, 반사 특성의 열화를 제한하고, 격리도 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로파 스위치(즉, 도 5에 도시된 스위치)는 도 10에 도시된 바와 같이, 주파수가 증가함에 따라 종래의 마이크로파 스위치(즉, 도 2에 도시된 스위치) 보다 S21이 더 낮아져, 격리도 성능이 향상됨을 알 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로파 스위치에 대한 격리도 특성을 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로파 스위치(즉, 도 8에 도시된 스위치)는 복수 개의 반도체 소자와 복수 개의 인덕터를 이용하여, 다단의 스위치를 형성 함으로써, 광대역, 저손실, 고격리도 특성을 갖을 수 있다. 이러한 마이크로파 스위치(즉, 도 8에 도시된 스위치)는 종래의 마이크로파 스위치(즉, 도 4에 도시된 스위치)에 비해, 전 대역에서 격리도 성능이 향상되고, 15GHz 대역에서는 약 16dB의 격리도 성능이 향상되었음을 알 수 있다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로파 스위치의 제작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 단계 1201에서, 전송 선로에, 적어도 하나 이상의 반도체 소자를 병렬 접지로 연결할 수 있다. 여기서, 상기 반도체 소자는 전계 효과 트랜지스터(FET; Field Effect Transistor)일 수 있다.
이때, 복수 개의 반도체 소자를 연결할 경우, 상기 복수 개의 반도체 소자를 상기 전송 선로를 기준으로 상위 또는 하위에 나란히 위치시킬 수 있다.
또한, 복수 개의 반도체 소자를 상기 전송 선로를 기준으로 상위 및 하위에 마주하여 쌍으로 나란히 위치시킬 수도 있다.
단계 1203에서, 상기 전송 선로에, 적어도 하나 이상의 인덕터를 직렬로 연결할 수 있다.
이때, 상기 반도체 소자 및 상기 인덕터가 복수 개일 경우, 상기 반도체 소자 및 상기 인덕터는 교대로 위치할 수 있다.
단계 1205에서, 상기 반도체 소자가 단락되면, 상기 인덕터와 상기 반도체 소자 사이에 임피던스 정합할 수 있다. 이때, 반도체 소자는 단락되면, 전송 선로에 입력된 신호를 접지시켜, 전송 선로에서의 신호 출력을 제한 함으로써, 마이크로파 스위치가 차단(0FF) 동작으로 수행될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
500: 마이크로파 스위치
501: 반도체 소자 503: 인덕터

Claims (12)

  1. 전송 선로에 병렬 접지로 연결된 적어도 하나 이상의 반도체 소자; 및
    상기 전송 선로에 직렬로 연결된 적어도 하나 이상의 인덕터
    를 포함하고,
    상기 반도체 소자가 단락되면,
    상기 인덕터는,
    상기 반도체 소자와 상호 작용하여 임피던스 정합하는
    마이크로파 스위치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 소자는,
    상기 단락에 연동하여, 상기 전송 선로에 입력된 신호를 접지시켜, 상기 전송 선로에서의 상기 신호 출력을 제한하는
    마이크로파 스위치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 소자는,
    전계 효과 트랜지스터(FET; Field Effect Transistor)인
    마이크로파 스위치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 소자 및 상기 인덕터가 복수 개일 경우,
    상기 반도체 소자 및 상기 인덕터는,
    교대로 위치하는
    마이크로파 스위치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수 개의 반도체 소자는,
    상기 전송 선로를 기준으로 상위 또는 하위에 나란히 위치하는
    마이크로파 스위치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 복수 개의 반도체 소자는,
    상기 전송 선로를 기준으로 상위 및 하위에 마주하여 쌍으로 나란히 위치하는
    마이크로파 스위치.
  7. 전송 선로에, 적어도 하나 이상의 반도체 소자를 병렬 접지로 연결하는 단계;
    상기 전송 선로에, 적어도 하나 이상의 인덕터를 직렬로 연결하는 단계; 및
    상기 반도체 소자가 단락되면, 상기 인덕터와 상기 반도체 소자 사이에 임피던스 정합하는 단계
    를 포함하는 마이크로파 스위치의 제작 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 반도체 소자에서, 상기 단락에 연동하여, 상기 전송 선로에 입력된 신호를 접지시켜, 상기 전송 선로에서의 상기 신호 출력을 제한하는 단계
    를 더 포함하는 마이크로파 스위치의 제작 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 반도체 소자는,
    전계 효과 트랜지스터(FET; Field Effect Transistor)인
    마이크로파 스위치의 제작 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 반도체 소자 및 상기 인덕터가 복수 개일 경우,
    상기 반도체 소자 및 상기 인덕터는,
    교대로 위치하는
    마이크로파 스위치의 제작 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 반도체 소자를 병렬 접지로 연결하는 단계는,
    상기 복수 개의 반도체 소자를 상기 전송 선로를 기준으로 상위 또는 하위에 나란히 위치시키는 단계
    를 포함하는 마이크로파 스위치의 제작 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 반도체 소자를 병렬 접지로 연결하는 단계는,
    상기 복수 개의 반도체 소자를 상기 전송 선로를 기준으로 상위 및 하위에 마주하여 쌍으로 나란히 위치시키는 단계
    를 포함하는 마이크로파 스위치의 제작 방법.
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