KR930001403B1 - 이미지신호 억압특성을 갖는 고주파 스위치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

이미지신호 억압특성을 갖는 고주파 스위치

제1도 및 제2도는 종래의 고주파 듀플렉서의 회로도.

제3도는 제1도 및 제2도의 대역특성도.

제4도는 대역제거 특성을 갖는 종래의 고주파 스위칭 회로도.

제5도는 본 발명에 따른 이미지신호 억압특성을 갖는 고주파 스위칭 회로도.

제6도는 제5도에 있어서 수신시의 이미지 주파수 특성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

D11, D21, D31, D32 : 핀 다이오드 C11, C12 : 블럭 캐패시터

C13, C14 : 캐패시터 ST1, ST2, ST3 : 마이크로 스트립선로

100 : 송신 스위칭부 120 : 수신 스위칭부

140 : 대역제거필터

본 발명은 고주파 듀플렉서(Duplexer)회로에 관한 것으로, 마이크로스트립 선로를 사용하여 송신 및 수신 신호의 분리(Isolation)를 만족하는 대역제거 특성을 가지는 고주파 스위칭 회로에 관한 것이다.

통상적으로 고주파 통신회로에 있어서는 수신회로를 입력하는 초입단과 송신신호가 출력되는 송신신호 출력단자 사이에 송신신호와 수신신호를 분리하기 위한 듀플렉서( Duplexer)회로를 가지고 있다.

제1도는 종래 고주파 송수신회로의 듀플렉서로서, 일측이 안테나(ANT)에 접속되어 상기 안테나(ANT)로부터의 수신신호를 수신기(Receiver)로 전달하고, 송신기(Transmitter)의 송신신호를 상기 안테나(ANT)로 패싱도록 구성된다.

상기와 같이 구성된 것을 통상 원-보디 듀플렉서(One body duplexer)라고 한다. 상기와 같은 듀플렉서는 일반적으로 2개의 밴드패스필터(Band Pass Filter)를 내부에 가지고 있으며, 상기 2개의 밴드패스필터에 의해 송신기와 수신기간의 아이솔레이션(Isolation) 특성을 만족시키고 이미지(Image) 신호를 제거하도록 되어 있다.

제2도는 종래의 또 다른 듀플렉서로서, 일반적으로 사용되는 투-바디 듀플렉서(Two-body duplexer)이며 그 구성은, 하기와 같다.

안테나(ANT)와 송신기의 사이에 접속된 송신 밴드패스필터(TXBPF)와, 상기 안테나(ANT)와 수신기의 사이에 접속된 수신 밴드패스필터(RXBPF)로 구성되어 있다.

상기 제2도와 같은 종래의 듀플렉서는 안테나(ANT)로 송신되는 송신신호와 상기 안테나(ANT)로 수신되는 수신신호의 분리를 송, 수신 밴드패스필터(TXBPF)(RXBPF)를 사용하여 분리한 것을 제외하고 그 동작은 제1도와 같다.

여기서 수신기 전단에 사용된 수신 밴드패스필터(RXBPF)는 수신감도를 높이기 위한 이미지(image)신호의 억압기능과 높은 파워(Power)를 가지고 송신기에서 송신되는 송신신호가 상기 수신기로 유입되는 것을 제거하는 기능을 갖고 있다.

또 송신기 후단에 사용된 송신 밴드패스필터(TXBPF)는 변조하는 과정에서 발생한 반송파는 통과시키고 그 이외의 하모닉(Harmonic) 성분등을 제거하는 용도로 사용된다.

현재 이러한 듀플렉서(duplexer)가 많이 사용되는 분야는 카폰, 셀눌라 폰(Cellular phone) 및 무선 전화기등에서 사용된다. 따라서 이러한 제품의 송수신 주파수에 맞는 듀플렉서는 여러 업체에서 제작되고 있으나, 주파수가 변화하는 경우에는 듀플렉서를 새로이 제작하여야만 하는데, 제작 기간이 오래 걸리고 주파수에 따른 융통성이 없는 문제가 있어왔다. 특히 송신 주파수와 수신 주파수의 반송파가 근접하는 경우에는 상기의 특성을 만족할 만한 송수신 대역통과 필터를 제작하는 것이 대단히 어렵다.

또한 상기 제1도 및 제2도와 같은 듀플렉서는 송신 주파수(f1)와 수신 주파수(f2)의 주파수 대역이 근접하는 경우 제3도에 도시된 바와같이 송신 신호와 수신신호 간의 아이솔레이션 특성 주파수(f3)가 저하되고, 이미지 주파수(f4)의 억압특성이 나쁘게 되는 문제가 있었다. 상기 제3도에서 f1는 송신주파수, f2는 수신주파수, f3는 아이솔레이션 정도를 나타내는 주파수, f4는 이미지 주파수로서 f4=2×f5-f2이다.

[상기에서 f5는 수신기의 내부에서 발진되는 국부발진 주파수이다.]

상기 제1도 및 제2도와 같이 구성된 듀플렉서에서 발생되는 문제점을 해소하기 위해 제4도와 같이 마이크로 스트립선로 및 스위칭 다이오드를 사용한 고주파 스위칭회로가 본원 출원인에 의해 개발되어 1989년 7월 18일자로 실용신안등록 출원 제10423호로 출원된 바 있다.

제4도의 구성을 살펴보면 안테나(5)와, 소정레벨의 송신 바이어스에 의해 동작되어 송신 신호만을 상기안테나(5)로 아웃 패싱(Out passing)하는 제1스위칭부(10)와, 소정 레벨의 수신 바이어스(R Bias)에 의해 상기 안테나(5)로부터의 인입신호를 패싱하는 제2스위칭부(20)와, 상기 제2스위칭부(20)의 패싱 인입신호를 입력하여 이미지(Image) 주파수 성분을 억압하여 수신기(도시하지 않음)로 입력하며 소정 제어에 의해 제1패스와 제2패스의 분리를 하는 대역제거필터(30)와, 상기 제2스위칭부(20)와 상기 대역제거필터(30)의 사이에 접속되며 상기 제2스위칭부(20)를 통한 인입패싱 신호를 상기 대역제거 필터(30)에 입력시키고, 상기 송신 바이어스(T Bias)에 의해 동작되어 상기 대역제거필터(30)의 입력 임피던스를 제어하는 분리제어기(Isolation controller)(25)로 구성된다.

상기 제4도와 같이 구성된 회로에 수신 바이어스(R Bias)만이 입력되면, 이는 코일(L3)을 통해 핀 다이오드(D2)에 에노드로 인가된다. 따라서 핀 다이오드(D1, D3, D4)는 오프되고, 핀 다이오드(D2)만이 "온"스위칭된다.

그러므로 안테나(5)로부터 유입되는 신호는 다이오드(D1)을 통하지 못함으로 송신기(도시하지 않음)으로는 유입되지 못하고, 단자 핀 다이오드(D2)만을 통하게 된다.

상기 핀 다이오드(D2)을 통한 수신신호는 블럭 캐패시터(C2)(결합 캐패시터와 동일 가능), 소정 저항을 가지는 제1선로(M1), 블럭 캐패시터(C3)와 소정 저항을 가지는 제2선로(M2)와 블럭 캐패시터(C4)를 통해 수신기(RX)로 유입된다. 이때 상기 수신회로는 제3, 제4선로(M3), (M4)와 캐패시터(C5-C7)과 제5-제7선로로 구성된 대역제거 필터(30)에 의해 이미지주파수 및 스퓨리스(suprious) 주파수는 제거되어 수신기(RX)로 유입된다. 따라서 수신 주파수 신호는 거의 손실없이 수신기(RX)로 유입된다.

소정의 신호를 송신하고저 하여 수신 바이어스(R Bias)의 입력을 제거하고 송신바이어스(T Bias)을 입력하면, 상기 송신 바이어스(T Bias)는 초우크 코일(L2), (L4), (L5)를 통하여 핀 다이오드(D1), (D3), (D4)의 에노드에만 인가된다.

따라서 상기 송신 바이어스(T Bias)에 의해 역 방향 바이어스된 핀 다이오드(D2)는 "오프", 순방향 바이어스된 핀 다이오드(D1), (D3), (D4)는 "온"된다.

상기와 같은 상태에서 송신기(TX)에는 소정의 고주파 신호가 송신되면 이는 직렬 접속된 제9선로(M9) 블럭 캐패시터(C1) 제8선로(M8) 및 "온"상태의 핀 다이오드(D1)를 통하여 안테나(5)로 방사된다.

이때 수신기(RX)묵의 분리(Isolation)은 하기의 동작에 이루어진다. 먼저 송신 바이어스(T Bias)에 의해 핀 다이오드(D2)가 "오프"상태이기 때문에 상기 핀 다이오드(D2)에서 약 20dB의 아이솔레이션(Isolation)를 가지게 된다. 또 코일(L4), (L5)의 송신 바이어스(T Bias)의 입력에 의해 송신주파수의 λ/4의 길이를 갖는 제1, 제2선로(M1), (M2)의 끝단에 접속된 핀 다이오드(D3), (D4)가 "온"상태가 됨으로 약 10dB의 아이솔레이션을 갖게 한다.

그러나 상기의 고주파 스위치회로를 PCB 특히 에폭시(EPOXY)의 PCB상에 실현시키려 할 때 에폭시 기판의 비유전 상수가 작기 때문에 각 마이크로 스트립선로의 λ/4의 길이는 실제적으로 매우 길어 상당히 큰 면적을 차지하는 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 마이크로 스트립라인을 이용하여 송수신호를 분리식 통신시스템에 있어서, 비유전 상수가 적은 에폭시 기판상에 밴드스톱필터를 형성시키어 적은 면적으로 이미지신호의 억압특성이 나타나도록 한 이미지신호 억압특성을 갖는 고주파 스위치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 핀 다이오드를 이용하여 수신신호를 스위칭하는 회로를 제공함에 있다.

이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제5도는 본 발명에 따른 이미지신호 억압특성을 갖는 고주파 스위치의 회로도로서, 안테나(ANT)와, 송신단자(TX)로부터 상기 안테나(ANT)의 방향으로 캐패시터(C1)와 다이오드(D11)가 직렬 접속되며, 상기 캐패시터(C1)와 다이오드(D11)의 접속 노오드에 송신 바이어스 공급용 쵸크(L12)가 접속된 송신 스위칭부(100)와, 상기 안테나(ANT)의 방향으로 다이오드(D21)와 캐패시터(C12)가 직렬 접속되며, 상기 다이오드(D21)와 캐패시터(C12)의 접속 노오드에 수신 바이어스(Rx bias)를 공급하는 수신바이어스 공급용 쵸크(L13)가 상기 다이오드(D21)의 애노드에 접속된 수신 스위칭부(120)와, 상기 수신 스위칭부(12)내부의 캐패시터(C12)의 일측과 수신기(도시하지 않았음)의 수신단자(RX) 사이에 접속되며 상기 송신 바이어스(Tx bias)의 입력에 의해 상기 캐패시터(C12)의 패싱신호를 대역제거 필터링하는 대역제거필터(Band stop filter)(14)로 구성된다.

상기한 구성중 대역제거필터(Band Stop Filter)(140)는 상기한 캐패시터(C12)와 수신단자(RX)의 사이에 이미지신호의 λ/4의 길이를 갖는 마이크로 스트립선로(이하 스트립선로)(ST1)가 접속되고, 상기 스트립선로(ST1)의 양끝단의 각각과 그라운드 사이에는 다이오드(D31)과 (D32)가 접속됨과 동시에 직렬 접속된 캐패시터(C13)와 스트립선로(ST2) 및 캐패시터(C14)와 스트립선로(ST3)가 접속되며, 상기 수신단자(RX)에는 송신 바이어스 공급용 쵸크(L14)가 접속 구성한다.

상기한 구성중 스트립선로(ST1, ST2, ST3)들 각각은 이미지 주파수의 λ/4 길이를 갖으며, 모든 다이오드들은 핀(PIN) 다이오드이며, 미설명한 코일(L11)은 접지를 구성하는 쵸크 코일로서 마이크로 스트립라인으로 형성된 것이다.

제6도는 제5도의 회로에 있어서 수신시 수신 주파수에 대한 이미지 주파수의 특성을 도시한 특성도이다.

지금 상기 제5도와 같은 회로에 수신 바이어스(Rx bias)가 입력되면, 이는 쵸크(L13)을 통해 다이오드(D21)의 애노드로 입력된다. 이때 상기 다이오드(D21)는 상기 공급된 수신 바이어스(Rx bias)의 순방향 바이어스에 의해 "온"되고, 다이오드(D11, D31, D32)들은 상기 공급된 수신 바이어스(Rx bias)에 의해 역바이어스되어 "오프"된다. 이때 상기 "오프"된 다이오드(D11, D31, D32)들은 ∞의 임피던스(Impedance) 값을 갖는다.

따라서 안테나(ANT)에서 유입된 수신신호는 ∞의 임피던스값을 가지는 다이오드(D11)에 의해 차단됨으로써 송신단자(TX)로는 유입되지 못하고, 순방향 바이어스에 의해 "온"된 다이오드(D21)와 캐패시터(C12)를 통하여 대역제거필터(140)으로 입력된다. 이때 상기와 같이 수신된 수신신호는 상기 대역제거필터(140)내의 스트립선로(ST1, ST2, ST3)와 캐패시터(C13∼C14)들의 콤포너트들에 의한 대역제거필터링(Band-Stop filtering)의 특성에 의해 대역제거 필터링되어 진다.

그러므로, 상기 수신된 수신신호에 포함된 수신 주파수의 이미지(image) 신호는 상기 스트립선로(ST1, ST2, ST3)와 캐패시터(C13), (C14) 및 다이오드(D31, D32)로 구성된 대역제거필터(140)에 의해 감쇄되어진 후 수신기(도시하지 않았음)의 수신단자(RX)로 출력된다.

이때 상기의 대역제거필터(140)는 제6도와 같은 특성을 가지고 있어 전술한 제4도에 도시된 대역제거필터(30)의 특성과는 다소 틀리게된다. 즉, 대역제거(밴드스톱)의 특성이 샤프(Sharp) 하지 않아 수신 주파수의 감쇄를 가져올 수 있는데, 이것은 상기 제5도와 같이 구성된 대역제거필터(BSF)(14)을 제작시 이미지(image)신호 보다 약간 낮은 주파수에서 설계하면 해결할 수 있다.

즉, 이미지 주파수를 제6도의 f0'에 맞추어 설계를 하고 이미지신호의 억압특성의 저하는 감수하여야 한다. 제6도에서 f1은 수신주파수이고, f0는 이미지 주파수이며, 실선을 대역제거 필터(140)를 사용시의 예이다.

한편 신호를 송신하고자하여 송신 바이어스(TX bias)를 인가하고, 수신 바이어스(RX bias)를 차단하면, 상기 송신 바이어스(Tx bias)는 각각의 쵸크(L12)과 (L14)을 통해 다이오드(D11)의 애노드 및 스트립라인(ST1)을 통해 다이오드(D31)과 (D32)의 애노드로 각각 공급된다.

이때 상기 다이오드(D21)는 상기 공급된 송신 바이어스(Tx bias)의 순방향 바이어스에 의해 "온"되고, 다이오드(D11, D31, D32)들은 상기 공급된 송신 바이어스(Tx bias)에 의해 역 바이어스되어 "오프"된다. 상기 입력되는 송신 바이어스(Tx bias)에 의한 역 바이어스를 공급받는 다이오드(D21)는 "오프"되며, 이로인해 상기와 같이 "오프"된 상기 다이오드(D21)는 ∞의 임피던스(Impedance) 값을 갖는다.

상기와 같은 상태에서 송신기(도시하지 않았음)로부터 출력되는 송신신호가 송신단자(Tx)로 입력되면, 상기의 송신단자(Tx)의 송신신호는 캐패시터(C11)와 상기 "온"된 다이오드(D11)을 통해 안테나(ANT)로 방사된다. 이때 상기 쵸크(L14)로 공급되는 송신 바이어스(Tx bias)에 의해 "온"된 다이오드(D31, D32)는 "오프"된 다이오드(D21)와 더불어 수신단자(RX)로 유입되는 송신신호의 유입을 막아 송신신호의 손실(LOSS)이 발생되지 않도록 하고 송신부의 시스템이 큰 송신신호에 의해 파괴되는 것을 막는다.

상술한 바와같이 본 발명은 마이크로 스트립라인을 이용하는 송수신 분리식 통신시스템에서 비유전 상수가 적은 에폭시 기판상에 밴드스톱필터를 형성시키어 적은 면적으로 이미지신호의 억압특성이 나타나도록 함으로써 시스템의 소형화를 실현할 수 있다.

Claims (2)

1. 소정의 신호를 송신하는 송신기와, 수신되는 신호를 복조하는 수신기와, 상기 송신신호를 전파함과 동시에 전파되는 신호를 수신하는 안테나(ANT)를 구비한 이미지신호 억압특성을 갖는 고주파 스위치에 있어서, 상기 송신기의 송신단자(TX)로부터 상기 안테나(ANT)의 방향으로 캐패시터(C1)와 다이오드(D11)가 직렬 접속되며, 상기 캐패서터(C1)와 다이오드(D11)의 접속 노오드에 송신 바이어스(Tx bias)를 공급하는 쵸크(L12)가 접속된 송신 스위칭부(100)와, 상기 안테나(ANT)의 방향으로 다이오드(D21)와 캐패시터(C12)가 직렬 접속되며, 상기 다이오드(D21)와 캐패시터(C12)의 접속 노오드에 수신 바이어스(Rx bias)를 공급하는 수신바이어스 공급용 쵸크(L13)가 상기 다이오드(D21)의 애노드에 접속된 수신 스위칭부(120)와, 상기 수신 스위칭부(12) 내부의 캐패시터(C12)의 일측과 상기 수신기의 수신단자(RX)의 사이에 접속되며 상기 송신 바이어스(Tx bias)의 입력에 의해 상기 캐패시터(C12)의 패싱신호를 대역제거 필터링하는 대역제거필터(140)로 구성함을 특징으로 하는 회로.
2. 제1항에 있어서, 상기 대역제거필터(140)는 상기 캐패시터(C12)와 상기 수신단자(RX)의 사이에 이미지신호의 λ/4의 길이를 갖는 마이크로 스트립선로(ST1)가 접속되고, 상기 마이크로 스트립선로(ST1)의 양끝단의 각각과 그라운드 사이에는 다이오드(D31)과 (D32)가 접속됨과 동시에 직렬 접속된 캐패시터(C13)와 스트립선로(ST2) 및 캐패시터(C14)와 마이크로 스트립선로(ST3)가 각각 접속되며, 상기 수신단자(RX)에는 송신 바이어스 공급용 쵸크(L14)가 접속 구성함을 특징으로 하는 회로.

Images