KR20200042715A - 위상보상 기능을 갖는 방향성 커플러 회로 및 파워 증폭 장치 - Google Patents

위상보상 기능을 갖는 방향성 커플러 회로 및 파워 증폭 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 방향성 커플러 회로는, 제1 단자와 제2 단자 사이에 배치된 신호 라인; 제1 엔드단 및 제2 엔드단을 포함하고, 상기 신호 라인과 커플링을 하도록 배치된 커플러 라인; 제1 커플링 모드시 제1 커플링 신호를 추출하도록 상기 커플러 라인의 제1 엔드단과 커플링 포트를 접속하고, 제2 커플링 모드시 제2 커플링 신호를 추출하도록 상기 커플러 라인의 제2 엔드단과 커플링 포트를 접속하는 스위치 회로; 및 상기 제1 커플링 모드시 상기 커플링 포트와 제1 아이솔레이션 포트 사이의 위상차 또는 상기 제2 커플링 모드시 상기 커플링 포트와 제2 아이솔레이션 포트 사이의 위상차를 보상하는 위상 보상 회로; 를 포함한다.

Description

위상보상 기능을 갖는 방향성 커플러 회로 및 파워 증폭 장치{DIRECTIONAL COUPLER CIRCUIT AND POWER APMPLIFIER WITH PHASE COMPENSATION FUNCTION}
본 발명은 위상보상 기능을 갖는 방향 커플러 회로 및 파워 증폭 장치에 관한 것이다.
일반적으로, RF 프론트 엔드 모듈(Front End Module: FEM)은 파워 증폭기(Power Amplifier: PA)와, 상기 파워 증폭기를 제어하기 위해 파워 검출기(Power detector)를 포함할 수 있다.
통상 파워 검출기(Power detector)는 아이솔레이터 타입(Isolator type)과 방향성 커플러 타입(Directional Coupler type)이 있는데, 상기 방향성 커플러 타입은 전체적 비용과 구현의 용이성 때문에 많이 사용되고 있다.
실제 모바일 통신기기의 다양한 환경에 의해 안테나(Antenna)의 임피던스(impedance)가 변경될 수 있는데, 이에 따라 안테나(Antenna)에서 발생하는 반사파에 의해 파워 증폭기(PA)의 출력 파워 검출에 오차가 발생할 수 있다. 안테나(Antenna)에서 발생하는 반사파에 대한 영향을 최소화 하면서 파워 증폭기(PA)의 출력 레벨(level)을 정확이 검출(detecting)하기 위해 높은 디렉티비티(Directivity)의 커플러(Coupler) 성능이 요구된다.
기존의 커플러에 대한 일 예로, 프론트 엔드 모듈(FEM)에 적용되는 커플러는, 파워 증폭기(PA)를 제어하기 위해, 파워 증폭기(PA)에서 출력되는 출력 신호에 대한 크기를 검출할 수 있다.
이 때, 안테나(Antenna)의 임피던스(impedance)가 50옴(ohm)에서 변화하게 되면 반사파가 생기게 되는데, 반사파 또한 커플러의 출력에 악영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 커플러의 출력 전압은, 파워 증폭기의 출력 전압과 반사파에 의한 전압에 의해 커플링되는 성분을 모두 포함할 수 있으므로, 검출한 파워 증폭기의 출력레벨은 반사파에 의한 오차 성분을 포함하고 있으므로 그 정확성이 떨어지게 된다.
한편, 파워 증폭기의 출력전압(Vp)에 의한 커플링 전압의 커플링 레벨대비, 반사파에 의한 전압에 의한 커플링 전압의 아이솔레이션 레벨이 작을수록 정확한 파워 증폭기의 출력파워 검출이 가능하다. 여기서, 커플링 레벨과 아이솔레이션 레벨의 차이를 디렉티비티(Directivity)라 한다.
또한, 통신모듈이 소형화에 따라 커플러를 IC화 하려는 시도가 많아지면서 하기와 같은 문제점이 발생한다.
예를 들어, 커플러 라인(Couplerd line)을 갖는 커플러(Coupler)에서는, 신호 라인과 커플러 라인 사이의 기생 커패시턴스(capacitance)에 의해 주파수가 높아질수록 커플링값이 높아지는 특성이 있다. 이에 따라 많은 커플러 구조가 특정 주파수 구간에서 일정한 커플링 값을 구현하기 위해 특정 파장에 대응되는 전기적인 길이를 갖는 회로가 사용되는데, 커플러 회로를 IC화 함에 따라 회로의 크기가 파장보다 작아지면서 주파수에 따라 일정한 커플링(Coupling) 값을 가지는 커플러 구현이 점차 어려워지고 있다.
또한, 인쇄회로기판(PCB)상에 실리콘 칩(silicon chip)을 실장하는 모듈의 형태에서는, 집적구조에 따른 임피던스(impedance) 부정합, 커플러 회로 주변의 물질의 유전율 불균형, 커플러 회로의 비대칭성 등에 의해 디렉티비티(Directivity) 성능이 열화되는 문제점이 있다.
게다가, 기존의 커플러는, 복수의 주파수 밴드를 사용하는 멀티 밴드 시스템의 경우, 주파수 밴드를 변경하면 커플링 량도 변경되는 문제점이 있다. 또한, 반사파에 의한 커플링 영향으로 커플링 량이 달라져서 커플링에 의한 검출 정확도가 떨어지지는 문제점이 있고, 이에 따라 커플러의 디렉티비티(Directivity) 특성이 저하되는 문제점이 있다.
(선행기술문헌)
(특허문헌 1) KR 2010-0081912 A (2010.07.15)
본 발명의 일 실시 예는, 복수의 주파수 밴드를 이용하는 경우, 주파수 밴드 변경에 따른 커플링 량의 변화를 감소시킬 수 있는 위상보상 기능을 갖는 방향성 커플러 회로 및 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 의해, 제1 단자와 제2 단자 사이에 배치된 신호 라인; 제1 엔드단 및 제2 엔드단을 포함하고, 상기 신호 라인과 커플링을 하도록 배치된 커플러 라인; 제1 커플링 모드시 제1 커플링 신호를 추출하도록 상기 커플러 라인의 제1 엔드단과 커플링 포트를 접속하고, 제2 커플링 모드시 제2 커플링 신호를 추출하도록 상기 커플러 라인의 제2 엔드단과 커플링 포트를 접속하는 스위치 회로; 및 상기 제1 커플링 모드시 상기 커플링 포트와 제1 아이솔레이션 포트 사이의 위상차 또는 상기 제2 커플링 모드시 상기 커플링 포트와 제2 아이솔레이션 포트 사이의 위상차를 보상하는 위상 보상 회로; 를 포함하는 위상보상 기능을 갖는 방향성 커플러 회로가 제안된다.
상기 스위치 회로는, 상기 커플러 라인의 제1 엔드단과 커플링 포트 사이에 접속된 제1 스위치; 상기 커플러 라인의 제2 엔드단과 제1 아이솔레이션 포트 사이에 접속된 제2 스위치; 상기 커플러 라인의 제2 엔드단과 커플링 포트 사이에 접속된 제3 스위치; 및 상기 커플러 라인의 제2 엔드단과 제1 아이솔레이션 포트 사이에 접속된 제4 스위치; 를 포함할 수 있다.
상기 위상 보상 회로는, 상기 커플링 포트와 상기 제1 아이솔레이션 포트 사이에 접속되어, 상기 제1 커플링 모드시 상기 커플링 포트와 상기 제1 아이솔레이션 포트 사이의 위상차를 보상하는 제1 보상 회로: 및 상기 커플링 포트와 상기 제2 아이솔레이션 포트 사이에 접속되어, 상기 제2 커플링 모드시 상기 커플링 포트와 상기 제2 아이솔레이션 포트 사이의 위상차를 보상하는 제2 보상 회로; 를 포함할 수 있다.
상기 제1 보상 회로는, 상기 커플링 포트와 상기 제1 아이솔레이션 포트 사이에 직렬로 접속된 제1 저항 및 제1 커패시터를 포함할 수 있다.
상기 제1 보상 회로는, 상기 제1 아이솔레이션 포트와 제1 접지단 사이에 접속된 제1 접지 저항; 을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 보상 회로는, 상기 커플링 포트와 상기 제2 아이솔레이션 포트 사이에 직렬로 접속된 제2 저항 및 제2 커패시터를 포함할 수 있다.
상기 제2 보상 회로는, 상기 제2 아이솔레이션 포트와 제2 접지단 사이에 접속된 제2 접지 저항; 을 더 포함할 수 있다.
상기 위상 보상 회로는, 상기 커플링 포트와 제2 접지단 사이에 접속된 제1 접지 커패시터; 및 상기 커플링 포트와 제1 접지단 사이에 접속된 제2 접지 커패시터를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시 예에 의해, 파워증폭기; 및 상기 파워증폭기의 출력단에 접속된 방향성 커플러 회로; 를 포함하고, 상기 방향성 커플러 회로는, 제1 단자와 제2 단자 사이에 배치된 신호 라인; 제1 엔드단 및 제2 엔드단을 포함하고, 상기 신호 라인과 커플링을 하도록 배치되어, 포워드 커플링 모드시 상기 신호 라인으로부터 포워드 커플링 신호를 추출하고, 리버스 커플링 모드시 상기 신호 라인으로부터 리버스 커플링 신호를 추출하는 커플러 라인; 상기 포워드 커플링 모드시 상기 신호 라인으로부터 포워드 커플링 신호를 추출하도록 상기 커플러 라인의 제1 엔드단과 커플링 포트를 접속하고 상기 커플러 라인의 제2 엔드단과 제1 아이솔레이션 포트를 접속하며, 상기 리버스 커플링 모드시 상기 신호 라인으로부터 리버스 커플링 신호를 추출하도록 상기 커플러 라인의 제2 엔드단과 커플링 포트를 접속하고 상기 커플러 라인의 제2 엔드단과 제1 아이솔레이션 포트를 접속하는 스위치 회로; 및 상기 포워드 커플링 모드시 상기 커플링 포트와 제1 아이솔레이션 포트 사이의 위상차를 보상하고, 상기 리버스 커플링 모드시 상기 커플링 포트와 제2 아이솔레이션 포트 사이의 위상차를 보상하는 위상 보상 회로; 를 포함하는 위상보상 기능을 갖는 파워 증폭 장치가 제안된다.
상기 스위치 회로는, 상기 커플러 라인의 제1 엔드단과 커플링 포트 사이에 접속된 제1 스위치; 상기 커플러 라인의 제2 엔드단과 제1 아이솔레이션 포트 사이에 접속된 제2 스위치; 상기 커플러 라인의 제2 엔드단과 커플링 포트 사이에 접속된 제3 스위치; 및 상기 커플러 라인의 제2 엔드단과 제1 아이솔레이션 포트 사이에 접속된 제4 스위치; 를 포함할 수 있다.
상기 위상 보상 회로는, 상기 커플링 포트와 상기 제1 아이솔레이션 포트 사이에 접속되어, 상기 포워드 커플링 모드시 상기 커플링 포트와 상기 제1 아이솔레이션 포트 사이의 위상차를 보상하는 제1 보상 회로: 및 상기 커플링 포트와 상기 제2 아이솔레이션 포트 사이에 접속되어, 상기 리버스 커플링 모드시 상기 커플링 포트와 상기 제2 아이솔레이션 포트 사이의 위상차를 보상하는 제2 보상 회로; 를 포함할 수 있다.
상기 제1 보상 회로는, 상기 커플링 포트와 상기 제1 아이솔레이션 포트 사이에 직렬로 접속된 제1 저항 및 제1 커패시터를 포함할 수 있다.
상기 제1 보상 회로는, 상기 제1 아이솔레이션 포트와 제1 접지단 사이에 접속된 제1 접지 저항; 을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 보상 회로는, 상기 커플링 포트와 상기 제2 아이솔레이션 포트 사이에 직렬로 접속된 제2 저항 및 제2 커패시터를 포함할 수 있다.
상기 제2 보상 회로는, 상기 제2 아이솔레이션 포트와 제2 접지단 사이에 접속된 제2 접지 저항; 을 더 포함할 수 있다.
상기 위상 보상 회로는, 상기 커플링 포트와 제2 접지단 사이에 접속된 제1 접지 커패시터; 및 상기 커플링 포트와 제1 접지단 사이에 접속된 제2 접지 커패시터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 하나의 커플링 라인을 이용하여 포워드 커플링 및 리버스 커플링을 포함하는 방향성 커플러 회로를 구현할 수 있고, 복수의 주파수 밴드를 이용하는 파워 증폭 장치 또는 안테나 스위치 장치에 적용되어, 주파수 밴드의 변경에 따른 커플링 량의 변화를 감소시킬 수 있고, 반사파에 의한 커플링 량을 줄일 수 있으며, 이에 따라 디렉티비티(Directivity) 및 아이솔레이션 특성을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 커플러 회로의 일 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 파워 증폭 장치의 일 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 위상 보상 회로의 일 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 커플러 회로의 포워드 커플링 모드에서의 동작 설명도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 커플러 회로의 리버스 커플링 모드에서의 동작 설명도이다.
도 6은 위상 보상 회로 적용전의 커플링 포트 및 아이솔레이션 포트간의 위상차를 보이는 그래프이다.
도 7은 위상 보상 회로 적용후의 커플링 포트 및 아이솔레이션 포트간의 위상차를 보이는 그래프이다.
도 8은 커플러 회로의 디렉티비티, 커플링 및 아이솔레이션의 레벨을 보이는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 커플러 회로의 제1 적용 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 커플러 회로의 제2 적용 예시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 커플러 회로의 제3 적용 예시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 커플러 회로의 제4 적용 예시도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 커플러 회로의 제5 적용 예시도이다.
이하에서는, 본 발명은 설명되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.
또한, 본 발명의 각 실시 예에 있어서, 하나의 예로써 설명되는 구조, 형상 및 수치는 본 발명의 기술적 사항의 이해를 돕기 위한 예에 불과하므로, 이에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 본 발명의 실시 예들은 서로 조합되어 여러 가지 새로운 실시 예가 이루어질 수 있다.
그리고, 본 발명에 참조된 도면에서 본 발명의 전반적인 내용에 비추어 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위해서, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 커플러 회로의 일 예시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 파워 증폭 장치의 일 예시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 커플러 회로(100)는, 신호 라인(LS), 커플러 라인(LCP), 스위치 회로(110) 및 위상 보상 회로(120)를 포함할 수 있다.
상기 신호 라인(LS)은, 제1 단자(T1)와 제2 단자(T2) 사이에 배치된 도전성 라인이다. 일 예로, 상기 신호 라인(LS)은, 파워 증폭기의 출력에 접속될 수 있거나, 안테나 스위치와 안테나 사이의 신호 라인에 접속될 수 있거나, 파워 증폭기와 안테나 스위치 사이의 신호 라인에 접속될 수 있다. 이러한 예시에 한정되지 않으며, 신호검출이 필요한 신호라인에 적용될 수 있다.
상기 커플러 라인(LCP)은, 제1 엔드단(ET1) 및 제2 엔드단(ET2)을 포함하는 도전성 라인하고, 상기 신호 라인(LS)과 커플링을 하도록 배치될 수 있다. 일 예로, 상기 커플러 라인(LCP)은, 상기 스위치 회로(110)의 동작에 따라 제1 커플링 모드시 상기 신호 라인(LS)으로부터 제1 커플링 신호(Scp1)를 추출할 수 있고, 제2 커플링 모드시 상기 신호 라인(LS)으로부터 제2 커플링 신호(Scp2)를 추출할 수 있다.
일 예로, 제1 커플링 신호(Scp1)는 송신신호로부터 추출된 포워드 커플링 신호가 될 수 있고, 상기 제2 커플링 신호(Scp2)는 수신신호 또는 안테나에 의해 반사된 반사신호로부터 추출된 리버스 커플링 신호가 될 수 있다. 상기 제1 커플링 모드는 포워드 커플링 모드가 될 수 있고, 상기 제2 커플링 모드는 리버스 커플링 모드가 될 수 있다.
상기 스위치 회로(110)는, 제1 커플링(포워드 커플링) 모드시 포워드 커플링 신호(Scp1)를 추출하도록 상기 커플러 라인(LCP)의 제1 엔드단(ET1)과 커플링 포트(P1)를 접속하고, 제2 커플링(리버스 커플링) 모드시 리버스 커플링 신호(Scp2)를 추출하도록 상기 커플러 라인(LCP)의 제2 엔드단(ET2)과 커플링 포트(P1)를 접속할 수 있다.
예를 들어, 상기 스위치 회로(110)는, 상기 제1 커플링(포워드 커플링) 모드시 상기 신호 라인(LS)으로부터 제1 커플링(포워드 커플링) 신호(Scp1)를 추출하도록 상기 커플러 라인(LCP)의 제1 엔드단(ET1)과 커플링 포트(P1)를 접속하고 상기 커플러 라인(LCP)의 제2 엔드단(ET2)과 제1 아이솔레이션 포트(P2-1)를 접속할 수 있다. 또는, 상기 스위치 회로(110)는, 상기 제2 커플링(리버스 커플링) 모드시 상기 신호 라인(LS)으로부터 제2 커플링(리버스 커플링) 신호(Scp2)를 추출하도록 상기 커플러 라인(LCP)의 제2 엔드단(ET2)과 커플링 포트(P1)를 접속하고 상기 커플러 라인(LCP)의 제2 엔드단(ET2)과 제1 아이솔레이션 포트(P2-1)를 접속할 수 있다.
한편, 상기 커플링 포트(P1)는 제어 회로와 연결될 수 있고, 상기 커플러 회로(100)는 제1 종단 저항(Termination resistor)(RT1) 및 제2 종단 접지(Termination resistor)(RT2)를 포함하고, 상기 제1 종단 저항(RT1)은 상기 제1 아이솔레이션 포트(P2-1)와 접지(GND3) 사이에 접속될 수 있다. 상기 제2 종단 접지(RT2)는 상기 제2 아이솔레이션 포트(P2-2)와 접지(GND4) 사이에 접속될 수 있다.
이 경우, 상기 커플링 신호((Scp1)는 상기 커플링 포트(P1)를 통해 상기 제어 회로에 전달될 수 있다.
상기 위상 보상 회로(120)는, 제1 커플링(포워드 커플링) 모드시 상기 커플링 포트(P1)와 제1 아이솔레이션 포트(P2-1) 사이의 위상차를 보상할 수 있다. 또는 제2 커플링(리버스 커플링) 모드시 상기 커플링 포트(P1)와 제2 아이솔레이션 포트(P2-2) 사이의 위상차를 보상할 수 있다.
상기 위상 보상 회로(120)는, 상기 커플링 포트(P1)와 제1 아이솔레이션 포트(P2-1)에 접속되고, 상기 커플링 포트(P1) 및 제2 아이솔레이션 포트(P2-2)에 접속되어, 상기 신호 라인(LS)을 통하는 신호의 주파수 밴드 변화에 따라 커플링되는 커플링 량의 변화를 감소시킬 수 있고, 이에 따라, 주파수 밴드 변화에도 균일한 커플링 량을 유지할 수 있다.
또한, 상기 위상 보상 회로(120)는, 상기 커플링 포트(P1)와 제1 아이솔레이션 포트(P2-1) 사이의 위상차, 상기 커플링 포트(P1)와 제2 아이솔레이션 포트(P2-2) 사이의 위상차를 감소시킬 수 있다. 일 예로, 상기 커플링 포트(P1)와 제1 아이솔레이션 포트(P2-1) 사이의 위상차가 작을수록 반사파에 의한 커플링 량이 저감될 수 있고, 이에 따라 디렉티비티를 개선할 수 있다.
예를 들어, 상기 스위치 회로(110)는, 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)를 포함할 수 있다.
상기 제1 스위치(SW1)는, 상기 커플러 라인(LCP)의 제1 엔드단(ET1)과 커플링 포트(P1) 사이에 접속될 수 있다. 상기 제2 스위치(SW2)는, 상기 커플러 라인(LCP)의 제2 엔드단(ET2)과 제1 아이솔레이션 포트(P2-1) 사이에 접속될 수 있다. 상기 제3 스위치(SW3)는, 상기 커플러 라인(LCP)의 제2 엔드단(ET2)과 커플링 포트(P1) 사이에 접속될 수 있다. 상기 제4 스위치(SW4)는, 상기 커플러 라인(LCP)의 제2 엔드단(ET2)과 제1 아이솔레이션 포트(P2-1) 사이에 접속될 수 있다.
도 2를 참조하면, 일 예로, 본 발명의 커플러 회로가 파워 증폭 장치에 포함되는 경우, 상기 파워 증폭 장치는, 커플러 회로(100)와, 상기 신호 라인(LS)의 제1 단자(T1)에 접속된 출력단이 접속된 파워증폭기(200)와, 상기 신호 라인(LS)의 제2 단자(T2)와 접속된 안테나 단자(Tant)를 포함할 수 있다. 상기 안테나 단자(Tant)는 안테나(Ant)에 접속될 수 있다.
그리고 도 2에서, Vp는 파워 증폭기(PA)에서 출력되는 출력 전압이고, Vr은 안테나에 의해 반사되는 반사파의 전압(Vr)이다.
도 1 및 도 2에서, 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4) 각각은 적어도 하나의 스위치 소자를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4) 모두가 동일한 타입의 MOS 트랜지스터(모두 NMOS 트랜지스터 또는 모두 PMOS 트랜지스터)로 이루어질 수 있다. 이 경우, 제1 스위치(SW1) 및 제4 스위치(SW4)를 제어하는 제어신호가 스위칭 온 신호일 때, 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)를 제어하는 제어신호는 스위칭 오프 신호이고, 또는 그 반대일 수 있다.
다른 일 예로, 상기 제1 스위치(SW1) 및 제4 스위치(SW4)는 NMOS 트랜지스터일 수 있고, 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)는 PMOS 트랜지스터일 수 있으며, 또는 그 반대일 수 있다. 이 경우에는 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)를 제어하는 신호는 동일한 위상의 제어신호가 될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 위상 보상 회로의 일 예시도이다.
도 3을 참조하면, 상기 위상 보상 회로(120)는 제1 보상 회로(121) 및 제2 보상 회로(122)를 포함할 수 있다.
상기 제1 보상 회로(121)는 상기 커플링 포트(P1)와 상기 제1 아이솔레이션 포트(P2-1) 사이에 접속되어, 상기 제1 커플링 모드시 상기 커플링 포트(P1)와 상기 제1 아이솔레이션 포트(P2-1) 사이의 위상차를 보상할 수 있다.
상기 제2 보상 회로(122)는 상기 커플링 포트(P1)와 상기 제2 아이솔레이션 포트(P2-2) 사이에 접속되어, 상기 제2 커플링 모드시 상기 커플링 포트(P1)와 상기 제2 아이솔레이션 포트(P2-2) 사이의 위상차를 보상할 수 있다.
상기 제1 보상 회로(121)는, 상기 커플링 포트(P1)와 상기 제1 아이솔레이션 포트(P2-1) 사이에 직렬로 접속된 제1 저항(R11) 및 제1 커패시터(C11)를 포함할 수 있다. 이에 한정되지 않고, 상기 제1 저항(R11) 및 제1 커패시터(C11)는 위와 반대 순서로 접속될 수 있다.
상기 제1 보상 회로(121)는 상기 커플링 포트(P1)와 제1 아이솔레이션 포트(P2-1) 사이의 위상차 조절에 기여할 수 있고, 균일한 커플링 량을 유지하는데 기여할 수 있으며, 이에 대해서는 도 6, 도 7 및 도 8을 참조하여 설명된다.
상기 제1 보상 회로(121)는, 상기 제1 아이솔레이션 포트(P2-1)와 제1 접지단(GND1) 사이에 접속된 제1 접지 저항(RG11)을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 접지 저항(RG11)은 상기 제1 커플링 포트(P11)와 제1 아이솔레이션 포트(P2-1) 사이의 위상차 조절에 기여할 수 있으며, 이에 대해서는 도 6, 도 7 및 도 8을 참조할 수 있다.
상기 제2 보상 회로(122)는 상기 커플링 포트(P1)와 상기 제2 아이솔레이션 포트(P2-2) 사이에 직렬로 접속된 제2 저항(R21) 및 제2 커패시터(C21)를 포함할 수 있다. 이에 한정되지 않고, 상기 제2 저항(R21) 및 제2 커패시터(C21)는 위와 반대 순서로 접속될 수 있다.
상기 제2 보상 회로(122)는 상기 커플링 포트(P1)와 제2 아이솔레이션 포트(P2-2) 사이의 위상차 조절에 기여할 수 있고, 균일한 커플링 량을 유지하는데 기여할 수 있으며, 이에 대해서는 도 6, 도 7 및 도 8을 참조하여 설명된다.
상기 제2 보상 회로(122)는 상기 제2 아이솔레이션 포트(P2-1)와 제2 접지단(GND2) 사이에 접속된 제2 접지 저항(RG21); 을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 접지 저항(RG21)은 상기 제1 커플링 포트(P11)와 제2 아이솔레이션 포트(P2-2) 사이의 위상차 조절에 기여할 수 있으며, 이에 대해서는 도 6, 도 7 및 도 8을 참조할 수 있다.
또한, 상기 위상 보상 회로(120)는 상기 커플링 포트(P1)와 제2 접지단(GND2) 사이에 접속된 제1 접지 커패시터(CG1)를 포함할 수 있다.
상기 제1 접지 커패시터(CG1)는 포워드 커플링 모드시 상기 커플링 포트(P1)와 제1 아이솔레이션 포트(P2-1) 사이의 위상차 조절에 기여할 수 있고, 균일한 커플링 량을 유지하는데 기여할 수 있으며, 이에 대해서는 도 6, 도 7 및 도 8을 참조할 수 있다.
상기 위상 보상 회로(120)는 상기 커플링 포트(P1)와 제1 접지단(GND1) 사이에 접속된 제2 접지 커패시터(CG2)를 포함할 수 있다.
상기 제2 접지 커패시터(CG2)는 리버스 커플링 모드시 상기 커플링 포트(P1)와 제2 아이솔레이션 포트(P2-2) 사이의 위상차 조절에 기여할 수 있고, 균일한 커플링 량을 유지하는데 기여할 수 있으며, 이에 대해서는 도 6, 도 7 및 도 8을 참조할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 위상 보상 회로는, 폴리페이즈 회로(Polyphase circuit)와 같이 표현될 수 있다. 일 예로, 폴리페이즈 회로(Polyphase circuit)는 저항과 커패시터가 반복되는 폐회로 구조를 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 커플러 회로의 포워드 커플링 모드에서의 동작 설명도이다.
도 4를 참조하면, 커플러 회로(100)의 포워드 커플링 모드에서의 동작에 대해 설명하면, 먼저 포워드 커플링 모드에서, 상기 스위치 회로(110)에서, 제1 스위치(SW1) 및 제4 스위치(SW4)는 스위칭 온상태로 되고, 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)는 스위칭 오프 상태로 된다.
이에 따라, 온상태인 제1 스위치(SW1)에 의해서 상기 커플러 라인(LCP)의 제1 엔드단(ET1)과 커플링 포트(P1)가 접속되고, 온상태인 제4 스위치(SW4)에 의해서 상기 커플러 라인(LCP)의 제2 엔드단(ET2)과 제1 아이솔레이션 포트(P2-1)가 접속된다.
또한, 포워드 커플링 회로는, 상기 커플링 포트(P1), 온상태의 제1 스위치(SW1), 커플러 라인(LCP), 온상태의 제4 스위치(SW4), 제1 종단저항(RT1)로 이루어진다. 이 경우, 제1 보상 회로(121)는, 상기 커플링 포트(P1)와 상기 제1 아이솔레이션 포트(P2-1) 사이의 위상차를 보상할 수 있다. 이에 따라, 상기 포워드 커플링 회로에 의해서 추출되는 포워드 커플링 신호(Scp1)는 제1 보상 회로(121)에 위해 위상 보상될 수 있다.
이때, 제1 저항(R11), 제1 커패시터(C11) 및 제1 접지 저항(RG11)은 포워드 커플링 모드시 상기 커플링 포트(P1)와 제1 아이솔레이션 포트(P2-1) 사이의 위상차 조절에 기여할 수 있다. 상기 제1 접지 커패시터(CG1) 및 제2 접지 커패시터(CG2)는 포워드 커플링 모드시 주파수 밴드의 변경에 따라 커플링 량중 일부를 접지로 바이패스시킬 수 있으므로, 상기 제1 접지 커패시터(CG1) 및 제2 접지 커패시터(CG2)에 의해 주파수 밴드가 변경되더라도 커플링 레벨이 균일하게 유지될 수 있다.
일 예로, 사용하는 주파수 밴드의 주파수가 높아질수록, 상기 신호 라인에서 커플링 라인 사이의 임피던스가 나아져서 상기 신호 라인에서 커플링 라인으로 커플링되는 량이 증가될 수 있으나, 상기 제1 접지 커패시터(CG1) 및 제2 접지 커패시터(CG2)는 상기 커플링 량중 주파수가 높아짐에 따라 증가되는 커플링 량에 대응하는 일부를 접지로 바이패스시킬 수 있다.
이와 달리, 사용하는 주파수 밴드의 주파수가 낮아질수록, 상기 신호 라인에서 커플링 라인 사이의 임피던스가 높아져서 상기 신호 라인에서 커플링 라인으로 커플링되는 량이 감소될 수 있으나, 상기 제1 접지 커패시터(CG1) 및 제2 접지 커패시터(CG2)는 상기 커플링 량중 주파수가 낮아짐에 따라 감소되는 커플링량에 대응하는 일부를 접지로 바이패스시킬 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 상기 제1 접지 커패시터(CG1) 및 제2 접지 커패시터(CG2)에 의해서, 주파수가 변경되더라도 이에 적응적으로 접지로 바이패스하는 량을 조절할 수 있고, 이에 따라 커플링 량이 일정하게 유지될 수 있게 된다. 이와같은 설명은 포워드 커플링 모드 및 리버스 커플링 모드 모두에 적용될 수 있다.
또한, 도 1 및 도 2에서, 제1 접지단(GND1), 제2 접지단(GND2), 제3 접지단(GND3) 및 제4 접지단(GND4)는 서로 분리된 접지일 수 있고, 서로 연결된 접지일 수 있으며, 이는 적용되는 통신 시스템의 환경에 따라 선택될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 커플러 회로의 리버스 커플링 모드에서의 동작 설명도이다.
도 5를 참조하면, 커플러 회로(100)의 리버스 커플링 모드에서의 동작에 대해 설명하면, 먼저 리버스 커플링 모드에서, 상기 스위치 회로(110)에서, 제2 스위치(SW2) 및 제3 스위치(SW3)는 스위칭 온상태로 되고, 제1 스위치(SW1) 및 제4 스위치(SW4)는 스위칭 오프 상태로 된다.
이에 따라, 온상태인 제2 스위치(SW2)에 의해서 상기 커플러 라인(LCP)의 제2 엔드단(ET2)과 커플링 포트(P1)가 접속되고, 온상태인 제3 스위치(SW3)에 의해서 상기 커플러 라인(LCP)의 제1 엔드단(ET1)과 제2 아이솔레이션 포트(P2-2)가 접속된다.
또한, 리버스 커플링 회로는, 상기 커플링 포트(P1), 온상태의 제2 스위치(SW2), 커플러 라인(LCP), 온상태의 제3 스위치(SW4), 제1 종단저항(RT2)로 이루어진다. 이 경우, 제2 보상 회로(121)는, 상기 커플링 포트(P1)와 상기 제2 아이솔레이션 포트(P2-2) 사이의 위상차를 보상할 수 있다. 이에 따라, 상기 리버스 커플링 회로에 의해서 추출되는 리버스 커플링 신호(Scp2)는 제2 보상 회로(122)에 위해 위상 보상될 수 있다.
이때, 제2 저항(R21), 제2 커패시터(C21) 및 제2 접지 저항(RG21)은 리버스 커플링 모드시 상기 커플링 포트(P1)와 제2 아이솔레이션 포트(P2-2) 사이의 위상차 조절에 기여할 수 있다. 상기 제1 접지 커패시터(CG1) 및 제2 접지 커패시터(CG2)는 리버스 커플링 모드시 주파수 밴드의 변경에 따라 커플링 량중 일부를 접지로 바이패스시킬 수 있으므로, 상기 제1 접지 커패시터(CG1) 및 제2 접지 커패시터(CG2)에 의해 주파수 밴드가 변경되더라도 커플링 레벨이 균일하게 유지될 수 있다.
도 6은 위상 보상 회로 적용전의 커플링 포트 및 아이솔레이션 포트간의 위상차를 보이는 그래프이다.
도 6에서, G11은 위상 보상 회로 적용전의 아이솔레이션 포트의 신호에 대한 위상이고, G12는 위상 보상 회로 적용전의 커플링 포트의 신호에 대한 위상이다.
도 6의 G11 및 G12를 참조하면, 위상 보상 회로 적용전의 커플링 포트 및 아이솔레이션 포트간의 위상차(△φ)는 대략 25도(25°) 정도임을 알 수 있다.
도 7은 위상 보상 회로 적용후의 커플링 포트 및 아이솔레이션 포트간의 위상차를 보이는 그래프이다.
도 7에서, G21은 위상 보상 회로 적용후의 아이솔레이션 포트의 신호에 대한 위상이고, G22는 위상 보상 회로 적용후의 커플링 포트의 신호에 대한 위상이다.
도 7의 G21 및 G22를 참조하면, 위상 보상 회로 적용후의 커플링 포트 및 아이솔레이션 포트간의 위상차(△φ)는 거의 영도(0°) 정도임을 알 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 위상 보상 회로 적용전보다 위상 보상 회로 적용후가 커플링 포트 및 아이솔레이션 포트간의 위상차가 감소되었음을 알 수 있다.
도 8은 커플러 회로의 디렉티비티, 커플링 및 아이솔레이션의 레벨을 보이는 그래프이다.
도 8에서, G31 및 G32는 위상 보상 회로의 적용 무 및 적용 유에 따른 디렉티비티(Directivity) 레벨을 보이는 그래프이고, G41 및 G42는 위상 보상 회로의 적용 무 및 적용 유에 따른 커플링 레벨을 보이는 그래프이고, G51 및 G52는 위상 보상 회로의 적용 무 및 적용 유에 따른 아이솔레이션 레벨을 보이는 그래프이다.
G31 및 G32를 비교하면, 위상 보상 회로의 적용한 경우가 사용 주파수인 대략 0.5GHz 내지 5GHz 범위에서 디렉티비티(Directivity) 레벨이 개선되었음을 알 수 있고, G41 및 G42를 비교하면, 위상 보상 회로의 적용하면 사용 주파수가 변경되더라도 대략 0.5GHz 내지 5GHz 범위에서 커플링 레벨은 일정한 레벨로 유지되고 있음을 알 수 있으며, G51 및 G52를 비교하면, 위상 보상 회로의 적용한 경우가 밴드내 주파수중 하나인 대략 0.5GHz 내지 5GHz 범위에서 아이솔레이션 레벨이 감소되었음을 알 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 커플러 회로의 제1 적용 예시도이다.
도 9를 참조하면, 도 1 내지 도 5에 도시된 커플러 회로중 하나가 집적회로(IC)로 구현되어, 파워증폭기(PA)의 출력에 적용될 수 있다. 도 9에는 커플러 회로중 위상 보상 회로(120)가 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 커플러 회로의 제2 적용 예시도이다.
도 10을 참조하면, 도 1 내지 도 5에 도시된 커플러 회로중 하나가 파워증폭기(PA)와 함께 PA 원칩으로 구현되도록 적용될 수 있다. 도 13에는 커플러 회로중 위상 보상 회로(120)가 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 커플러 회로의 제3 적용 예시도이다.
도 11을 참조하면, 도 1 내지 도 5에 도시된 커플러 회로중 하나가 커플러 집적회로(IC)로 구현되어, 스위치 IC의 출력에 적용될 수 있고, 이때, 상기 커플러 IC와 스위치 IC 사이에는 매칭회로가 추가될 수 있다. 도 11에는 커플러 회로중 위상 보상 회로(120)가 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 커플러 회로의 제4 적용 예시도이다.
도 12를 참조하면, 도 1 내지 도 5에 도시된 커플러 회로중 하나가 스위치 회로와 함께 스위치 원칩으로 구현되는데 적용될 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 커플러 회로의 제5 적용 예시도이다.
도 13을 참조하면, 도 1 내지 도 5에 도시된 커플러 회로중 하나가 스위치 회로와 함께 스위치 원칩으로 구현되는데 적용될 수 있으며, 도 13에서는 스위치 IC와 커플러 회로 사이에 매칭회로가 포함될 수 있다.
이상에서는 본 발명을 실시 예로써 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.
100: 커플러 회로
110: 스위치 회로
LS: 신호 라인
LCP: 커플러 라인
P1: 커플링 포트
P2-1: 제1 아이솔레이션 포트
P2-2: 제2 아이솔레이션 포트
120: 위상 보상 회로
SW1: 제1 스위치
SW2: 제2 스위치
SW3: 제3 스위치
SW4; 제4 스위치
121: 제1 보상 회로
122: 제2 보상 회로
200: 파워 증폭기(PA)

Claims (16)

  1. 제1 단자와 제2 단자 사이에 배치된 신호 라인;
    제1 엔드단 및 제2 엔드단을 포함하고, 상기 신호 라인과 커플링을 하도록 배치된 커플러 라인;
    제1 커플링 모드시 제1 커플링 신호를 추출하도록 상기 커플러 라인의 제1 엔드단과 커플링 포트를 접속하고, 제2 커플링 모드시 제2 커플링 신호를 추출하도록 상기 커플러 라인의 제2 엔드단과 커플링 포트를 접속하는 스위치 회로; 및
    상기 제1 커플링 모드시 상기 커플링 포트와 제1 아이솔레이션 포트 사이의 위상차 또는 상기 제2 커플링 모드시 상기 커플링 포트와 제2 아이솔레이션 포트 사이의 위상차를 보상하는 위상 보상 회로;
    를 포함하는 위상보상 기능을 갖는 방향성 커플러 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스위치 회로는,
    상기 커플러 라인의 제1 엔드단과 커플링 포트 사이에 접속된 제1 스위치;
    상기 커플러 라인의 제2 엔드단과 제1 아이솔레이션 포트 사이에 접속된 제2 스위치;
    상기 커플러 라인의 제2 엔드단과 커플링 포트 사이에 접속된 제3 스위치; 및
    상기 커플러 라인의 제2 엔드단과 제1 아이솔레이션 포트 사이에 접속된 제4 스위치;
    를 포함하는 방향성 커플러 회로.
  3. 제2항에 있어서, 상기 위상 보상 회로는
    상기 커플링 포트와 상기 제1 아이솔레이션 포트 사이에 접속되어, 상기 제1 커플링 모드시 상기 커플링 포트와 상기 제1 아이솔레이션 포트 사이의 위상차를 보상하는 제1 보상 회로: 및
    상기 커플링 포트와 상기 제2 아이솔레이션 포트 사이에 접속되어, 상기 제2 커플링 모드시 상기 커플링 포트와 상기 제2 아이솔레이션 포트 사이의 위상차를 보상하는 제2 보상 회로;
    를 포함하는 방향성 커플러 회로.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 보상 회로는,
    상기 커플링 포트와 상기 제1 아이솔레이션 포트 사이에 직렬로 접속된 제1 저항 및 제1 커패시터를 포함하는 방향성 커플러 회로.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 보상 회로는,
    상기 제1 아이솔레이션 포트와 제1 접지단 사이에 접속된 제1 접지 저항; 을 더 포함하는 방향성 커플러 회로.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2 보상 회로는
    상기 커플링 포트와 상기 제2 아이솔레이션 포트 사이에 직렬로 접속된 제2 저항 및 제2 커패시터를 포함하는 방향성 커플러 회로.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2 보상 회로는
    상기 제2 아이솔레이션 포트와 제2 접지단 사이에 접속된 제2 접지 저항; 을 더 포함하는 방향성 커플러 회로.
  8. 제7항에 있어서, 상기 위상 보상 회로는
    상기 커플링 포트와 제2 접지단 사이에 접속된 제1 접지 커패시터; 및
    상기 커플링 포트와 제1 접지단 사이에 접속된 제2 접지 커패시터
    를 포함하는 방향성 커플러 회로.
  9. 파워증폭기; 및
    상기 파워증폭기의 출력단에 접속된 방향성 커플러 회로; 를 포함하고,
    상기 방향성 커플러 회로는,
    제1 단자와 제2 단자 사이에 배치된 신호 라인;
    제1 엔드단 및 제2 엔드단을 포함하고, 상기 신호 라인과 커플링을 하도록 배치되어, 포워드 커플링 모드시 상기 신호 라인으로부터 포워드 커플링 신호를 추출하고, 리버스 커플링 모드시 상기 신호 라인으로부터 리버스 커플링 신호를 추출하는 커플러 라인;
    상기 포워드 커플링 모드시 상기 신호 라인으로부터 포워드 커플링 신호를 추출하도록 상기 커플러 라인의 제1 엔드단과 커플링 포트를 접속하고 상기 커플러 라인의 제2 엔드단과 제1 아이솔레이션 포트를 접속하며, 상기 리버스 커플링 모드시 상기 신호 라인으로부터 리버스 커플링 신호를 추출하도록 상기 커플러 라인의 제2 엔드단과 커플링 포트를 접속하고 상기 커플러 라인의 제2 엔드단과 제1 아이솔레이션 포트를 접속하는 스위치 회로; 및
    상기 포워드 커플링 모드시 상기 커플링 포트와 제1 아이솔레이션 포트 사이의 위상차를 보상하고, 상기 리버스 커플링 모드시 상기 커플링 포트와 제2 아이솔레이션 포트 사이의 위상차를 보상하는 위상 보상 회로;
    를 포함하는 위상보상 기능을 갖는 파워 증폭 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 스위치 회로는,
    상기 커플러 라인의 제1 엔드단과 커플링 포트 사이에 접속된 제1 스위치;
    상기 커플러 라인의 제2 엔드단과 제1 아이솔레이션 포트 사이에 접속된 제2 스위치;
    상기 커플러 라인의 제2 엔드단과 커플링 포트 사이에 접속된 제3 스위치; 및
    상기 커플러 라인의 제2 엔드단과 제1 아이솔레이션 포트 사이에 접속된 제4 스위치;
    를 포함하는 파워 증폭 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 위상 보상 회로는
    상기 커플링 포트와 상기 제1 아이솔레이션 포트 사이에 접속되어, 상기 포워드 커플링 모드시 상기 커플링 포트와 상기 제1 아이솔레이션 포트 사이의 위상차를 보상하는 제1 보상 회로: 및
    상기 커플링 포트와 상기 제2 아이솔레이션 포트 사이에 접속되어, 상기 리버스 커플링 모드시 상기 커플링 포트와 상기 제2 아이솔레이션 포트 사이의 위상차를 보상하는 제2 보상 회로;
    를 포함하는 파워 증폭 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 보상 회로는,
    상기 커플링 포트와 상기 제1 아이솔레이션 포트 사이에 직렬로 접속된 제1 저항 및 제1 커패시터를 포함하는 방향성 커플러 회로.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 보상 회로는,
    상기 제1 아이솔레이션 포트와 제1 접지단 사이에 접속된 제1 접지 저항; 을 더 포함하는 파워 증폭 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제2 보상 회로는
    상기 커플링 포트와 상기 제2 아이솔레이션 포트 사이에 직렬로 접속된 제2 저항 및 제2 커패시터를 포함하는 파워 증폭 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제2 보상 회로는
    상기 제2 아이솔레이션 포트와 제2 접지단 사이에 접속된 제2 접지 저항; 을 더 포함하는 파워 증폭 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 위상 보상 회로는
    상기 커플링 포트와 제2 접지단 사이에 접속된 제1 접지 커패시터; 및
    상기 커플링 포트와 제1 접지단 사이에 접속된 제2 접지 커패시터
    를 포함하는 파워 증폭 장치.
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