KR100841638B1

KR100841638B1 - 시분할복신 무선통신시스템의 수신부 보호 장치

Info

Publication number: KR100841638B1
Application number: KR1020060037259A
Authority: KR
Inventors: 김성훈
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-04-25
Filing date: 2006-04-25
Publication date: 2008-06-26
Also published as: KR20070105158A; US8068791B2; US20070248069A1

Abstract

본 발명은 시분할복신(TDD : Time Division Duplex) 무선통신시스템의 시분할복신 스위치에 관한 것으로 무선통신시스템의 시분할 복신(TDD : Time Division Duplex) 스위치 장치에 있어서 송신부의 출력단에 연결되는 아이솔레이터(Isolator)와 상기 아이솔레이터와 서큘레이터(Circulator) 사이에 연결되며 송신모드시 상기 아이솔레이터로부터의 송신신호를 상기 서큘레이터로 전달하고 수신모드시 송신경로를 격리하는 제 1 전송선 스텁(Stub)과 상기 서큘레이터와 연결되며 송신모드시 수신경로를 격리하고 수신모드시 상기 서큘레이터와 연결된 안테나 피드라인으로부터의 수신신호를 상기 수신부로 제공하는 제 1 전송선라인과 상기 제 1 전송선 라인과 상기 수신부의 입력단 사이에 연결되며 상기 제 1 전송선라인을 제어하여 송신 모드시 상기 수신경로를 격리하게 하고 수신 모드시 상기 수신신호를 상기 수신부로 제공하게 하는 제 2 전송선 스텁을 포함하는 것으로, 시분할복신 무선통신시스템이 송신모드로 동작시 시분할복신 스위치가 수신모드로 동작하는 경우 또는 시분할복신 무선통신시스템 스위치의 전원이 차단된 경우에도 상기 수신부 회로를 보호할 수 있다.

시분할복신 스위치(Time Division Duplex Switch), 서큘레이터(Circulator), 아이솔레이터(Isolator), 전송선 라인, 전송선 스텁(Stub), 핀 다이오드(Pin Diode).

Description

시분할복신 무선통신시스템의 수신부 보호 장치{APPARATUS FOR RECEIVER PROTECTION IN TDD WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

도 1은 시분할복신 무선통신시스템에서 시분할복신 스위치의 일반적인 위치를 도시한 도면,

도 2는 종래 기술에 따른 시분할복신 스위치를 도시한 도면,

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 시분할복신 스위치를 도시한 도면,

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 λ/2 전송선 스텁(stub)이 없는 시분할복신 스위치를 도시한 도면,

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 λ/4 전송선 라인과 λ/4 전송선 스텁, 핀 다이오드의 결합구조가 3개 존재하는 시분할복신 스위치를 도시한 도면. 및,

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 λ/4 전송선 라인과 λ/4 전송선 스텁, 핀 다이오드의 결합구조가 3개 존재하는 시분할복신 스위치에서 λ/2 전송선 스텁이 없는 경우를 도시한 도면.

본 발명은 시분할복신(TDD : Time Division Duplex) 무선통신시스템의 시분할복신 스위치에 관한 것으로, 특히 상기 시분할복신 스위치의 오작동 등과 같은 오류로 인해 수신부로 송신 대전력 신호가 잘못 유입되는 경우에 상기 수신부를 보호하기 위한 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 상기 시분할복신 무선통신시스템은 시분할복신 스위치를 이용하여 송수신 모드 전환을 한다. 상기 시분할복신 스위치는 상기 무선통신시스템의 시분할복신 제어신호에 의해 동작한다.

도 1은 시분할복신 무선통신시스템에서 시분할복신 스위치의 일반적인 위치를 도시한 도면이다.

상기 도 1을 참조하면, 상기 시분할복신 무선통신시스템에서 시분할복신 스위치(107)는 일반적으로 전력증폭기(PA:Power Amplifier)(103)와 안테나(Antenna) (111), 그리고 저잡음증폭기(LNA:Low Noise Amplifier)(115) 사이에 위치한다.

상기 무선통신시스템이 송신모드로 동작하는 경우, 상기 송신부(101)의 전력신호는 상기 전력증폭기(103)를 통해 대전력 신호로 증폭된 후, 송신단(105)과 안테나단(109)을 거쳐 상기 안테나(111)를 통해 방사된다. 상기 시분할복신 스위치 (107)는 송신모드로 동작하여 상기 송신부(101)와 수신부(117)를 격리한다. 따라서 상기 수신부(117)는 상기 송신부(101)의 상기 대전력 신호로부터 보호될 수 있다.

상기 무선통신시스템이 수신모드로 동작하는 경우, 상기 안테나(111)로부터 수신된 전력신호는 상기 안테나단(109)과 수신단(113)을 통해 수신된다. 상기 시분 할복신 스위치(107)는 수신모드로 동작하여 상기 수신된 전력신호가 상기 수신단(113)으로 전달될 수 있게 한다. 상기 수신된 전력신호는 감쇄 및 잡음의 영향으로 인해 매우 낮은 전력신호를 갖는다. 따라서 잡음을 최소화하며 증폭을 하는 상기 저잡음 증폭기(115)를 거쳐 증폭된 후, 증폭된 상기 전력신호를 상기 수신부(117)에서 수신하게 된다.

도 2는 종래 기술에 따른 시분할복신 스위치를 도시한 도면이다.

상기 도 2를 참조하면, 종래의 시분할복신 스위치는 아이솔레이터(Isolato r)(203), 서큘레이터(Circulator)(205), λ/4 전송선 라인(209), 핀 다이오드(Pin Diode) (211) 등을 이용하여 구성되며, 수신단(213)과 상기 서큘레이터(205)사이에는 상기 λ/4 전송선 라인(209)과 상기 핀 다이오드(211)가 서로 연결되어 위치한다. 여기서 λ는 전송신호의 파장이다.

상기 도 2는 종래 시분할복신 스위치에 대한 하나의 실시 예로써 상기 λ/4 전송선 라인(209)과 상기 핀 다이오드(211)의 결합 구조가 세 쌍으로 이루어진 경우이다. 상기 λ/4 전송선 라인(209)과 상기 핀 다이오드(211)의 결합 구조의 수는 실험(simulation) 또는 이론적 계산값 등을 이용해 정해질 수 있으며, 격리(Isola tion)정도에 따라서도 상기 결합 구조의 수가 변경될 수 있다.

상기 시분할복신 무선통신시스템에서 송신부는 전력증폭기를 포함하여 상기 시분할복신 스위치의 송신단(201)에 연결될 수 있고, 수신부는 저잡음 증폭기를 포함하여 상기 시분할복신 스위치의 수신단(213)에 연결될 수 있다. 또한 상기 시분 할복신 무선통신시스템에서 안테나는 상기 시분할복신 스위치의 안테나단(207)에 연결된다.

상기 아이솔레이터(203)는 한쪽 방향으로만 전력신호를 전달하는 소자로써 상기 송신단(201)과 상기 서큘레이터(205) 사이에 위치하며, 상기 송신단(201)에서 전송된 전력신호만 통과하도록 설계된다. 또한 상기 아이솔레이터(203)는 반사되어 되돌아오는 외부 전력신호에 대한 종단(termination)역할을 수행한다. 예를 들어, 상기 전력신호가 상기 안테나에서 성공적으로 방사(Radiation)되지 않아 반사되어 역으로 유입된 경우, 상기 송신단(201)의 회로는 상기 반사된 전력신호에 의해 파손 우려가 있기 때문에 상기 아이솔레이터(203)를 사용하여 상기 송신단(201)의 회로를 보호한다.

상기 서큘레이터(205)는 3 단자의 전력신호 분기 회로소자이며, 120도 각도로 3개의 포트가 둘러 있는 형상에 내부에는 공진판과 페라이트(Ferrite) 등의 자성체가 배치되어 있다. 상기 서큘레이터(205)는 표시된 특정 방향으로는 전력신호를 0.3dB 정도의 경로 손실(path loss) 후, 통과시키고 상기 특정방향과 반대방향으로는 상기 전력신호를 일정수준(20dB 정도) 차단한다. 예를 들어 시분할복신 제어신호가 송신모드인 경우, 상기 송신단(201)에서 증폭된 전력신호는 상기 서큘레이터(205)를 통해 0.3dB 정도의 경로 손실(path loss) 후 안테나단(207)을 거쳐 안테나를 통해 방사되고, 상기 반대방향(상기 서큘레이터(205)에서 상기 수신단(211)으로의 방향)으로는 일정수준(20dB 정도)으로 감쇄된다. 상기 일정수준(20dB 정도) 정도로 감쇄되었지만, 상기 감쇄된 전력신호가 상기 수신단(213)으로 유입될 경우에는 상기 수신단(213)이 손상될 수 있다.

상기 시분할복신 제어신호는 상기 시분할복신 무선통신시스템의 송신부 및 수신부를 제어하고, 상기 송신부는 상기 시분할복신 제어신호에 의해 송신할 전력신호를 증폭한 후 상기 안테나로 방사시킨다. 또한, 상기 시분할복신 제어신호는 바이어스 회로(221)를 제어하며, 상기 바이어스 회로(221)는 상기 핀 다이오드 (211)에 인가되는 직류전류 바이어스(DC bias)를 조정한다. 상기 직류전류 바이어스는 전송선 라인을 통해 핀 다이오드(211)에 인가되며, 무선통신 특성에 영향을 주지 않는다. 상기 핀 다이오드(211)는 상기 직류전류 바이어스에 의해 시분할복신 스위치의 일부로 동작한다. 상기 직류전류 바이어스의 블록(Block) 기능을 하는 커패시터 (Capacitor)가 도면에서 미 도시되었지만, 도 2,3,4,5,6에서 상기 직류전류 바이어스의 블록(Block) 기능을 하는 커패시터가 있음으로 간주한다.

전송선 이론(transmission line theory)에서 전송선 라인의 출력단이 접지와 개방(Open)상태일 경우 상기 전송선 라인의 입력단 임피던스 식은 Z=-jZo cotβℓ 이고, 상기 전송선 라인의 출력단이 접지와 단락(Short) 상태일 경우 상기 전송선 라인의 입력단 임피던스 식은 Z=-jZo tanβℓ이며, 상기 전송선 라인의 출력단이 50ohm 전송선에 연결되어 있는 상태일 경우 상기 전송선 라인의 입력단 임피던스 식은 Z=Zo=50ohm 이다. β=2π/λ이고 ℓ값은 전송선 라인의 길이에 해당하는 값으로 파형이 λ/4, 3λ/4, 5λ/4, 7λ/4 지점 등에서 동일한 진폭을 갖기 때문에, 상기 λ/4 전송선 라인(209)은 (λ/4)*(2m+1) 전송선 라인[m=0,1,2,3,...]으로 일반화될 수 있다. 상기 λ/4 전송선 라인(209)은 (λ/4)*(2m+1) 전송선 라 인[m=0,1,2,3,...]에서 m의 값이 0인 경우이다.

상기 λ/4 전송선 라인(209)의 출력단에는 상기 핀 다이오드(211) 및 50ohm 전송선(수신부)이 병렬로 연결되며, 상기 핀 다이오드(211)는 바이어스 회로(221)의 직류전류 바이어스에 의하여 시분할복신 스위치의 일부로 동작한다. 상기 핀 다이오드(211)의 임피던스가 접지와 연결된 상태(Short)와 유사하게 되면 상기 핀 다이오드(211)와 50ohm 전송선의 병렬 임피던스는 접지와 연결된 상태와 유사하게 되며, 반대로 상기 핀 다이오드(211)의 임피던스가 접지와 상기 개방(Open) 상태와 유사하게 되면 상기 핀 다이오드(211)와 50ohm 전송선의 병렬 임피던스는 거의 50ohm이 된다. 따라서 상기 λ/4 전송선 라인(209)의 출력단은 상기 직류전류 바이어스에 의한 상기 핀 다이오드(211)의 임피던스변화에 의해 접지와 연결상태(Short) 또는 50ohm 전송선에만 연결되는 상태와 유사한 효과를 가질 수 있다.

상기 핀 다이오드(211)가 접지와 상기 개방(Open)상태와 유사한 상태일 경우, 상기 λ/4 전송선 라인(209)의 출력단은 50ohm 전송선에만 연결되는 상태와 유사하게 되므로, 상기 식 Z=Zo=50ohm에 의해 상기 λ/4 전송선 라인(209)의 입력단 임피던스(Z)는 50ohm에 가깝게 된다.

또한 상기 λ/4 전송선 라인(209)의 출력단이 접지와 연결되는 것과 유사한 상태일 경우, 상기 식 Z=-jZo tanβℓ, β=2π/λ 그리고 ℓ의 관계식(ℓ=(λ/4)* (2m+1)[m=0,1,2,3,...])에 의해 상기 λ/4 전송선 라인(209)의 입력단 임피던스(Z)는 무한대(Open 상태)에 가깝게 된다.

상기 시분할복신 제어신호가 송신모드인 경우, 상기 제어신호는 상기 바이어 스 회로(221)에 전달되고 상기 바이어스 회로(221)는 순방향 직류전류 바이어스(Forward DC bias)를 상기 핀 다이오드(211)에 제공한다. 상기 핀 다이오드(211)는 상기 순방향 직류전류 바이어스(Forward DC bias)에 의하여 0(Short 상태)에 가까운 임피던스를 가진다. 상기 λ/4 전송선 라인(209) 출력단은 상기 핀 다이오드(211)에 연결되어 있기 때문에, 상기 λ/4 전송선 라인(209) 출력단 역시 0(Short 상태)에 가까운 임피던스를 가지게 되어, 상기 λ/4 전송선 라인(209) 출력단은 접지와 단락(Short) 상태에 가깝게 된다. 상기 λ/4 전송선 라인(209)의 입력단(상기 서큘레이터(205)에서 제일 가까운 단) 임피던스는 상기 λ/4 전송선 라인(209)의 작용에 의해 상기 λ/4 전송선 라인(209)의 출력단 임피던스와 정반대로 바뀌어 무한대(Open 상태)에 가까운 임피던스를 갖게 된다. 따라서 상기 시분할복신 제어신호가 송신모드로 동작중에 상기 수신단(213)은 상기 전력신호로부터 보호될 수 있다.

상기 시분할복신 제어신호가 수신모드인 경우, 상기 제어신호는 상기 바이어스 회로(221)에 전달되고 상기 바이어스 회로(221)는 역방향 직류전류 바이어스(Reverse DC bias)를 상기 핀 다이오드(211)에 제공한다. 상기 핀 다이오드(211)는 상기 역방향 직류전류 바이어스(Reverse DC bias)에 의하여 무한대(Open 상태)에 가까운 임피던스를 가진다. 상기 λ/4 전송선 라인(209)의 출력단은 상기 핀 다이오드(211) 및50ohm 전송선(수신부)과 연결되므로 상기 핀 다이오드(211)가 무한대(Open 상태)에 가까운 임피던스를 가지는 경우에는 상기 λ/4 전송선 라인(209)의 출력단은 50ohm의 임피던스를 가지며 상기 λ/4 전송선 라인(209)의 입력단 임 피던스 역시 50ohm의 임피던스를 갖는다. 따라서 안테나단(207)에서 상기 서큘레이터(205)를 통해 상기 수신단(213)으로 이어지는 상기 전력신호의 수신 경로에 영향을 주지 않는다. 즉, 상기 안테나를 통해 수신된 전력신호는 상기 수신단(213)으로 대부분 입력될 수 있다.

상기와 같이 시분할복신 무선통신시스템이 정상동작 할 경우에는 문제가 발생하지 않지만, 상기 시분할복신 스위치에 오류가 발생하여 상기 시분할복신 무선통신시스템이 송신모드로 동작하지만 상기 시분할복신 스위치가 수신모드로 동작하는 경우, 상기 서큘레이터(205)에서 완전히 차단되지 못한 전력신호가 상기 수신부로 유입되어 상기 수신부 회로가 손상될 수 있다.

또한 상기 시분할복신 스위치의 전원이 차단된 상태에서 안테나단(207)에 연결된 케이블이 개방(Open)되는 경우, 또는 임피던스 매칭(Impedance Matching)의 실패로 상기 송신부 회로의 정재파비(VSWR : Voltage Standing Wave Ratio)가 커지기 때문에 결과적으로 대전력신호가 반사되는 경우, 상기 반사된 대전력신호는 대부분 수신부로 유입되어 상기 수신부 회로가 손상될 수 있다. 상기 임피던스 매칭은 무선통신시스템에서 서로 다른 두 연결 단의 임피던스 차이에 따른 성능저하를 줄이기 위해 사용되며, 상기 정재파비(VSWR)는 상기 안테나(207)단에 송신한 전력신호의 반사량을 나타낸다.

상기 시분할복신 스위치의 전원이 차단된 상태는 상기 바이어스 회로(221)의 직류전류 바이어스가 상기 핀 다이오드(211)에 제공되지 못하므로 상기 핀 다이오드(211)에 역방향 직류전류 바이어스(Reverse DC bias)를 인가한 상태와 동일한 경 우가 되어 결과적으로 상기 시분할복신 스위치가 수신모드인 경우이다.

종래의 시분할복신 무선통신시스템은 정상동작 중 문제가 발생하지 않지만, 상기와 같은 문제상황에서는 전력신호가 상기 수신부로 유입되어 상기 수신부 회로가 손상을 입게 된다. 따라서 시분할복신 무선통신시스템이 비정상동작 상태에서도 상기 수신부를 보호하는 시분할복신 스위치가 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 시분할복신 무선통신시스템에서 수신부를 보호하는 시분할복신 스위치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 시분할복신 무선통신시스템에서 오류로 인한 비정상동작 상태에서도 상기 수신부를 보호하는 시분할복신 스위치를 제공함에 있다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 무선통신시스템의 시분할 복신(TDD : Time Division Duplex) 스위치 장치에 있어서 송신부의 출력단에 연결되는 아이솔레이터(Isolator)와 상기 아이솔레이터와 서큘레이터(Circulator) 사이에 연결되며 송신모드시 상기 아이솔레이터로부터의 송신신호를 상기 서큘레이터로 전달하고 수신모드시 송신경로를 격리하는 제 1 전송선 스텁(Stub)과 상기 서큘레이터와 연결되며 송신모드시 수신경로를 격리하고 수신모드시 상기 서큘레이터와 연결된 안테나 피드라인으로부터의 수신신호를 상기 수신부로 제공하는 제 1 전송선라인과 상기 제 1 전송선 라인과 상기 수신부의 입력단 사이에 연결되며 상기 제 1 전송선라인을 제어하여 송신 모드시 상기 수신경로를 격리하게 하고 수신 모드시 상기 수신신호를 상기 수신부로 제공하게 하는 제 2 전송선 스텁을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명 한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하 본 발명은 시분할복신 무선통신 시스템에서 정상동작 상태뿐만 아니라 오류가 발생한 비정상동작 상태에서도 수신부를 보호하는 시분할복신 스위치에 대해 설명할 것이다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 시분할복신 스위치를 도시한 도면이다.

상기 도 3을 참조하면, 상기 시분할복신 스위치는 아이솔레이터(303), 서큘레이터(305), 핀 다이오드(311, 317), λ/4 전송선 라인(313), λ/4 전송선 스텁(Stub) (315)과 λ/2 전송선 스텁(309) 등을 이용하여 구성될 수 있다. 상기 아이솔레이터(303)와 상기 서큘레이터(305) 사이에는 상기 λ/2 전송선 스텁(309)과 상기 핀 다이오드(311)가 서로 연결되어 상기 시분할복신 스위치로 분류된다. 또한 상기 서큘레이터(305)와 수신단(315) 사이에 위치하는 상기 λ/4 전송선 라인(313)과 상기 λ/4 전송선 스텁(315) 그리고 상기 핀 다이오드(317)도 하나의 시분할복신 스위치로 분류될 수 있고, 상기 시분할복신 스위치단은 실험 또는 이론적 계산값 등에 따라 복수개로 존재할 수 있으며, 하기 도 5, 6에서 설명된 것이다.

상기 전송선 라인(Transmission Line)은 신호를 전송하는 고주파용 선로를 의미하며, 무선통신시스템이 상기 고주파를 사용하는 경우, 상기 고주파로 인해 선로 자체가 특정 회로소자의 특성을 가질 수 있다. 그리고 상기 전송선 스텁은 상기 전송선 라인 상에 일정 길이의 전송선 라인이 일반적으로 수직으로 부착된 형상의 것으로 상기 전송선 스텁과 접지와의 연결 여부에 따라, 오픈스텁(Open Stub)과 숏스텁(Short Stub)으로 나누어질 수 있다. 상기 전송선 스텁은 상기 전송선 라인과 같이 고주파 회로에서 사용될 경우 특정 회로소자의 특성을 가질 수 있으며, 상기 λ/4 전송선 라인과 λ/4 전송선 스텁은 동일한 특성을 가진다.

전송선 이론(transmission line theory)에서, 상기 전송선 스텁의 출력단이 접지와 연결되지 않은 경우, 즉, 오픈스텁일 경우 상기 전송선 스텁의 입력단 임피던스 식은 Z=-jZo cotβℓ이고, 상기 전송선 스텁의 출력단이 접지와 연결된 경우, 즉, 숏스텁일 경우 상기 전송선 스텁의 입력단 임피던스 식은 Z=-jZo tanβℓ이다. β=2π/λ이고, ℓ값은 전송선 스텁의 길이에 해당하는 값으로 파형이 0, λ/2, λ, 3λ/2, 2λ 지점 등에서 동일한 진폭을 갖기 때문에, 상기 λ/2 전송선 스텁(309)은 (λ/2)*m 전송선 스텁[m=0,1,2,3,...]으로 일반화될 수 있다. 상기 λ/2 전송선 스텁(309)은 (λ/2)*m 전송선 스텁[m=0,1,2,3,...]에서 m의 값이 1인 경우이다.

상기 λ/2 전송선 스텁(309)의 출력단은 상기 핀 다이오드(311)와 연결되며, 상기 핀 다이오드(311)는 바이어스 회로(321)의 직류전류 바이어스에 의하여 시분할복신 스위치의 일부로 동작한다. 따라서 상기 λ/2 전송선 스텁(309)의 출력단은 상기 직류전류 바이어스에 의한 상기 핀 다이오드(311)의 임피던스변화에 의해 접지와 연결상태 또는, 연결되지 않는 개방(Open)상태와 유사한 상태가 될 수 있다.

상기 λ/2 전송선 스텁(309)의 출력단이 접지와 상기 개방(Opne) 상태와 유사한 상태일 경우, 상기 식 Z=-jZo cotβℓ, β=2π/λ 그리고 ℓ의 관계식(ℓ=(λ /2)*m 전송선 스텁 [m=0,1,2,3,...])에 의해 상기 λ/2 전송선 스텁(309)의 입력단 임피던스(Z)는 무한대(Open 상태)에 가깝게 된다. 상기 아이솔레이터(303)에는 상기 λ/2 전송선 스텁(309)의 입력단과 50ohm 전송선이 병렬로 연결되어 있으므로 상기 λ/2 전송선 스텁(309)의 입력단 임피던스(Z)가 무한대(Open 상태)에 가깝게 되는 경우 상기 아이솔레이터(303)에서 상기 서큘레이터(305)를 바라보는 입력 임피던스는 50ohm이 된다.

또한 상기 λ/2 전송선 스텁(309)의 출력단이 접지와 연결되는 것과 유사한 상태일 경우, 상기 식 Z=-jZo tanβℓ, β=2π/λ 그리고 상기 ℓ의 관계식(ℓ=(λ/2)*m 전송선 스텁 [m=0,1,2,3,...])에 의해 상기 λ/2 전송선 스텁(309)의 입력단 임피던스(Z)는 0(Short 상태)에 가깝게 된다.

상기 시분할복신 제어신호가 송신모드인 경우, 상기 제어신호는 상기 바이어스 회로(321)에 전달되고 상기 바이어스 회로(321)는 역방향 직류전류 바이어스(Reverse DC bias)를 상기 핀 다이오드(311,317)에 제공한다. 상기 핀 다이오드(311,317)는 상기 역방향 직류전류 바이어스(Reverse DC bias)에 의하여 무한대(Open 상태)에 가까운 임피던스를 가진다. 상기 아이솔레이터(303)와 상기 서큘레이터(305) 사이에 존재하는 상기 핀 다이오드(311)는 상기 λ/2 전송선 스텁(309)의 출력단에 연결되어 있기 때문에, 상기 λ/2 전송선 스텁(309)의 출력단 역시 무한대(Open 상태)에 가까운 임피던스를 가지게 되어, 상기 λ/2 전송선 스텁(309)의 출력단은 접지와 개방(Open 상태)에 가깝게 된다. 상기 λ/2 전송선 스텁(309)의 입력단(상기 아이솔레이터(303)에서 제일 가까운 단) 임피던스는 상기 λ/2 전송선 스텁(309)의 작용에 의해 상기 λ/2 전송선 스텁(309)의 출력단 임피던스와 동일하게 무한대(Open)에 가까운 임피던스를 갖게 된다. 그 결과 상기 아이솔레이터(303)에서 상기 서큘레이터(305)를 바라보는 입력 임피던스는 50ohm이 된다.

또한, 상기 시분할복신 제어신호가 송신모드인 경우, 상기 서큘레이터(305)와 수신단(319) 사이에 존재하는 핀 다이오드(317) 역시 상기 역방향 직류전류 바이어스 (Reverse DC bias)에 의하여 무한대(Open 상태)에 가까운 임피던스를 가진다. 상기 핀 다이오드(317)는 상기 λ/4 전송선 스텁(315) 출력단에 연결되고, 상기 λ/4 전송선 스텁(315) 출력단 역시 무한대(Open)에 가까운 임피던스를 가지게 되어, 상기 λ/4 전송선 스텁(315) 출력단은 접지와 개방(Open 상태)에 가깝게 된다. 상기 λ/4 전송선 스텁(315)의 입력단 임피던스는 상기 도 2의 λ/4 전송선 라인(209)의 동작과 같이, 0(Short)에 가까운 임피던스를 가지며 상기 λ/4 전송선 라인(313)의 출력단 임피던스는 0(short)과 50ohm의 병렬 임피던스이므로 0(Short)에 가깝게 된다. 또한 상기 λ/4 전송선 라인(313)의 입력단(상기 서큘레이터(305)에서 제일 가까운 단) 임피던스는 상기 λ/4 전송선 라인(313)의 작용에 의해 다시 무한대(open)에 가까운 임피던스를 갖게 된다. 따라서 상기 무선통신시스템이 송신모드로 동작중에 상기 서큘레이터(305)에서 상기 수신단(319)으로 유입되려는 전력신호는 대부분 차단되어 수신부 회로가 보호될 수 있다.

결과적으로, 상기 무선통신시스템이 송신상태에서는 상기 λ/2 전송선 스텁(309)과 상기 핀 다이오드(311)의 작용에 의해 상기 λ/2 전송선 스텁(309)과 상기 핀 다이오드(311)가 존재하지 않는 경우와 유사한 상태가 되고, 상기 λ/4 전송선 라인(313)과 상기 λ/4 전송선 스텁(315), 상기 핀 다이오드(317)에 의해 상기 수신단(319)이 보호되므로, 상기 무선통신시스템은 수신부의 손상없이 송신작업을 수행할 수 있다.

상기 시분할복신 제어신호가 수신모드인 경우, 상기 제어신호는 상기 바이어스 회로(321)에 전달되고 상기 바이어스 회로(321)는 순방향 직류전류 바이어스(Forward DC bias)를 상기 핀 다이오드(311,317)에 제공한다. 상기 핀 다이오드(311,317)는 상기 순방향 직류전류 바이어스(Forward DC bias)에 의하여 0(Short 상태)에 가까운 임피던스를 가진다. 상기 아이솔레이터(303)와 상기 서큘레이터(305) 사이에 존재하는 상기 핀 다이오드(311)는 상기 λ/2 전송선 스텁(309)의 출력단에 연결되어 있기 때문에, 상기 λ/2 전송선 스텁(309)의 출력단 역시 0(Short)에 가까운 임피던스를 가지게 되어, 상기 λ/2 전송선 스텁(309)의 출력단은 접지와 단락(Short) 상태에 가깝게 된다. 상기 λ/2 전송선 스텁(309)의 입력단 (상기 아이솔레이터(303)에서 제일 가까운 단) 임피던스는 상기 λ/2 전송선 스텁(309)의 작용에 의해 상기 λ/2 전송선 스텁(309)의 출력단 임피던스와 동일하게 0(Short)에 가까운 임피던스를 갖게 된다. 상기 아이솔레이터(303)에는 상기 λ/2 전송선 스텁(309)의 입력단과 50ohm 전송선이 병렬로 연결되어 있으므로 상기 λ/2 전송선 스텁(309)의 입력단 임피던스(Z)가 0(Short)에 가깝게 되는 경우 상기 아이솔레이터(303)에서 상기 서큘레이터(305)를 바라보는 입력 임피던스는 0(Short)에 가깝게 된다. 이는 시분할복신 스위치에 오류가 발생하여 상기 시분할복신 무선통 신시스템이 송신모드로 동작하지만 상기 시분할복신 스위치가 수신모드로 동작하는 경우, 상기 송신부에서 증폭된 대전력신호가 상기 λ/2 전송선 스텁(309)과 상기 핀 다이오드(311)에 의해 반사되어 상기 아이솔레이터(303)로 되돌아가 종단(termination)되므로 상기 수신부 회로가 보호될 수 있다.

또한, 상기 시분할복신 제어신호가 수신모드인 경우, 상기 서큘레이터(305)와 수신단(319) 사이에 존재하는 핀 다이오드(317) 역시 상기 순방향 직류전류 바이어스(Forward DC bias)에 의하여 0(Short 상태)에 가까운 임피던스를 가진다. 상기 핀 다이오드(317)는 상기 λ/4 전송선 스텁(315) 출력단에 연결되고, 상기 λ/4 전송선 스텁(315) 출력단 역시 0(Short 상태)에 가까운 임피던스를 가지게 되어, 상기 λ/4 전송선 스텁(315) 출력단은 접지와 단락(Short 상태)에 가깝게 된다. 상기 λ/4 전송선 스텁(315)의 입력단 임피던스는 상기 λ/4 전송선 스텁(315)의 작용에 의해 상기 λ/4 전송선 스텁(315)의 출력단 임피던스와 정반대로 바뀌어 무한대(Open 상태)에 가까운 임피던스를 가지며, 상기 λ/4 전송선 라인(313)의 출력단에는 상기 λ/4 전송선 스텁(315)의 입력단과 50ohm 전송선이 병렬로 연결되어 있으므로 상기 λ/4 전송선 라인(313)의 출력단의 임피던스는 50ohm이 된다. 그 결과 상기 λ/4 전송선 라인(313)의 입력단(상기 서큘레이터(305)에서 제일 가까운 단)은 상기 λ/4 전송선 라인(313)의 작용에 의해 50ohm의 임피던스를 갖게 된다.

결과적으로, 상기 무선통신시스템이 수신상태에서는 상기 λ/2 전송선 스텁(309)과 상기 핀 다이오드(311)의 작용에 의해 상기 아이솔레이터(303)의 출력이 반사되어 상기 아이솔레이터(303)로 되돌아가 종단(termination)되므로 만일, 상기 아이솔레이터(303)에서 특정한 출력이 있을 경우에도 상기 수신단(319)은 보호될 있다. 그리고 상기 λ/4 전송선 라인(313)과 상기 λ/4 전송선 스텁(315), 상기 핀 다이오드(317)에 의해 상기 수신단(319)은 안테나단(307)을 통해 수신된 신호를 원할하게 수신할 수 있다.

만약, 상기 시분할복신 스위치에 오류가 발생하여 상기 시분할복신 무선통신시스템이 송신모드로 동작하지만 상기 시분할복신 스위치가 수신모드로 동작하는 경우, 상기 송신 대전력신호가 상기 핀 다이오드(311)와 상기 λ/2 전송선 스텁(309)의 작용에 의해 반사되어 상기 아이솔레이터(303)로 되돌아가 종단(termination)되므로 상기 수신부 회로가 보호될 수 있다.

또한 상기 시분할복신 스위치의 전원이 차단된 상태에서 안테나단(307)에 연결된 케이블이 개방(Open)되거나 잘못된 임피던스 매칭 등의 이유로 안테나부 회로의 정재파비(VSWR:Voltage Standing Wave Ratio)가 커져 대전력신호가 반사되는 경우에도 상기 핀 다이오드(317)와 상기 λ/4 전송선 스텁(315), 상기 λ/4 전송선 라인(313)은 상기 시분할복신 스위치가 송신모드일 경우와 동작상태가 동일하므로, 상기 수신단(319)으로 유입되려는 전력신호는 대부분 차단되어 수신부 회로가 보호될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 λ/2 전송선 스텁이 없는 시분할복신 스위치를 도시한 도면이다.

상기 도 4를 참조하면, 상기 본 발명의 TDD 스위치는 아이솔레이터(403), 서큘레이터(405), 핀다이오드(411, 417), λ/4 전송선라인(413), λ/4 전송선스텁(415)을 포함한다. 상기 핀다이오드(417)은 상기 서큘레이터(405)와 수신단(419) 사이에 연결된다. 상기 본 발명의 TDD 스위치는 송신단(401) 및 바이어스회로(421)을 포함한다.
상기 도 4는 일반화된 (λ/2)*m 전송선 스텁 [m= 0,1,2,3,...] 식에서 m의 값이 0인 경우의 실시 예를 보여준 것이다. 전송선 이론(transmission line theory)에서 전송선 스텁은 길이에 해당하는 값으로, 파형이 0, λ/2, λ, 3λ/2, 2λ 지점 등에서 동일한 진폭을 갖기 때문에 상기 λ/2 전송선 스텁은 (λ/2)*m 전송선 스텁 [m= 0 , 1 , 2 ,3,...]으로 일반화될 수 있다. 따라서 시분할복신 무선통신시스템과 같은 고주파시스템 회로에서 상기 λ/2 전송선 스텁은 없거나 또는 상기 전송선 스텁의 길이가 λ/2, λ, 3λ/2, 2λ 등에서 모두 동일한 특성을 갖는다.

따라서, 상기 도 4와 같이 λ/2 전송선 스텁이 없는 경우의 동작은 상기 도 3과 같이 λ/2 전송선 스텁(309)이 있는 경우와 동일하다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 λ/4 전송선 라인과 λ/4 전송선 스텁, 핀 다이오드의 결합구조가 3개 존재하는 시분할복신 스위치를 도시한 도면이다.

상기 도 5를 참조하면, 결합구조 A(516)에는 상기 λ/4 전송선 라인(513)과 λ/4 전송선 스텁(514), 핀 다이오드(515)가 포함된다. 상기 결합구조 A(516)의 상기 λ/4 전송선 라인(513)의 기능은 도 3의 λ/4 전송선 라인(313)의 기능과, 상기 λ/4 전송선 스텁(514)의 기능은 상기 도 3의 λ/4 전송선 스텁(315)의 기능과 각각 동일하다. 그리고 상기 핀 다이오드(515)의 기능 또한 상기 도 3의 핀 다이오드(317)의 기능과 동일하다. 그리고 결합구조 B(517) 그리고 결합구조 C(518)에는 상기 결합구조 A(516)와 동일한 기능의 λ/4 전송선 라인과 λ/4 전송선 스텁, 핀 다이오드가 각각 포함된다.

결합구조의 수는 서큘레이터(505)와 수신단(519) 사이의 격리(Isolation)정도에 따라 변할 수 있고 모의실험(simulation)또는 이론적 계산 값 등을 이용해 정해질 수도 있다. 상기 도 5의 스위치는 또한 전송단(501), 아이솔레이터(503), 안테나포트(507), λ/2 전송선스텁(509), 핀다이오드(511) 및 바이어스회로(521)을 포함할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 λ/4 전송선 라인과 λ/4 전송선 스텁, 핀 다이오드의 결합구조가 3개 존재하는 시분할복신 스위치에서 λ/2 전송선 스텁이 없는 경우를 도시한 도면이다.

상기 도 6의 서큘레이터(605)와 수신단(619) 사이의 구조는 상기 도 5와 동일하다. 그리고 상기 도 6은 상기 도 4와 동일하게 λ/2 전송선 스텁이 없는 경우를 나타낸다. 상기 도 6의 스위치는 또한 전송단(601), 아이솔레이터(603), 안테나포트(607), 핀다이오드(611) 및 바이어스회로(621)을 포함할 수 있다.

즉, 상기 도 6은 시분할복신 무선통신시스템이 송신모드로 동작중에 시분할복신 스위치가 수신모드로 동작하는 경우에 상기 수신단(619)을 보호하기 위한 상기 시분할복신 스위치 구조는 상기 도 3의 구조에서 λ/2 전송선 스텁이 없는 상기 도 4의 구조를 사용하고, 상기 시분할복신 스위치의 전원이 차단된 경우에 상기 수신단(619)을 보호하기 위한 상기 시분할복신 스위치 구조는 상기 도 5의 구조를 사용한 실시 예이다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 시분할복신 무선통신시스템이 송신모드로 동작시 시분할복신 스위치가 수신모드로 동작하는 경우 또는 상기 시분할복신 무선통신시스템 스위치의 전원이 차단된 경우에도 상기 수신부 회로를 보호할 수 있다.

Claims

무선통신시스템의 시분할 복신(TDD : Time Division Duplex) 스위치 장치에 있어서,

송신부의 출력단에 연결되는 아이솔레이터(Isolator)와,

상기 아이솔레이터와 서큘레이터(Circulator) 사이에 연결되며 송신모드시 상기 아이솔레이터로부터의 송신신호를 상기 서큘레이터로 전달하고 수신모드시 송신경로를 격리하는 제 1 전송선 스텁(Stub)과,

상기 서큘레이터와 연결되며 송신모드시 수신경로를 격리하고 수신모드시 상기 서큘레이터와 연결된 안테나로부터의 수신신호를 수신부로 제공하는 제 1 전송선라인과,

상기 제 1 전송선 라인과 상기 수신부의 입력단 사이에 연결되며 송신 모드시 상기 수신경로를 격리하게 하고 수신 모드시 상기 수신신호를 상기 수신부로 제공하게 하는 제 2 전송선 스텁을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항에 있어서,

상기 제 2 전송선 스텁은 송신 모드시 상기 제 1 전송선 라인을 제어하여 상기 수신경로를 격리하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항에 있어서,

상기 장치는,

상기 제 1 전송선 스텁과 접지 사이에 연결되며, 시분할 복신 제어신호에 따라 온(On)/오프(off)되는 제 1 핀다이오드(Pin Diode)와,

상기 제 2 전송선 스텁과 접지 사이에 연결되며, 상기 시분할 복신 제어신호에 따라 온/오프되는 제 2 핀 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 3항에 있어서,

상기 장치는 상기 시분할 복신 제어신호에 따라 상기 제 1 및 상기 제 2 핀 다이오드로 직류전류 바이어스를 인가하는 직류전류 바이어스부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 3항에 있어서,

상기 제 1 전송선 스텁, 상기 제 2 전송선 스텁, 상기 제 1 전송선 라인의 길이는 하기 <수학식 1>과 같은 것을 특징으로 하는 장치.

제 1 전송선 스텁의 길이 = (λ/2)* a

제 2 전송선 스텁의 길이 = (λ/4)* (2b+1).

제 1 전송선 라인의 길이 = (λ/4)* (2c+1).

여기서, λ는 전송신호의 파장이고, a.b.c는 각각 0 이상의 정수이다.(a,b,c = 0,1,2,3,.. .)
제 3항에 있어서,

상기 서큘레이터와 상기 수신부 사이에, 상기 제 2 전송선 스텁과 상기 제 1 전송선 라인의 결합구조는 적어도 하나 이상 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 5항에 있어서,

상기 제 1 전송선 스텁은 송신 모드시 연결된 제 1 핀 다이오드가 오프됨에 따라 임피던스가 무한대에 가까운 상태가 되고, 수신 모드시 상기 제 1 핀 다이오드가 온됨에 따라 임피던스가 '0'에 가까운 상태가 되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 5항에 있어서,

상기 제 2 전송선 스텁은 송신 모드시 연결된 제 2 핀 다이오드가 오프됨에 따라 임피던스가 '0'에 가깝게 되고, 수신 모드시 상기 제 2 핀 다이오드가 온됨에 따라 임피던스가 무한대에 가까운 상태가 되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 5항에 있어서,

상기 제 1 전송선 라인은 송신 모드시 임피던스가 무한대에 가까운 상태가 되어 상기 수신경로를 격리하고, 수신 모드시 상기 제 2 전송선스텁의 임피던스가 무한대에 가까운 상태가 됨에 따라 상기 안테나로부터의 수신신호를 상기 수신부로 전달하는 것을 특징으로 하는 장치.
무선통신시스템의 시분할 복신(TDD : Time Division Duplex) 스위치 장치에 있어서,

송신단과,

수신단과,

안테나와,

수신모드시 상기 송신단으로부터 송신경로를 격리하는 제 1 전송선 스텁(Stub)과,

수신모드시 수신신호를 상기 안테나로부터 상기 수신단으로 전달하는 제 1 전송선라인과,

상기 제 1 전송선 라인과 상기 수신단 사이에 연결되며 송신모드시 상기 제 1 전송선 라인을 격리하는 제 2 전송선 스텁을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 10항에 있어서,

상기 제 1 전송선 스텁과 접지(ground) 사이에 연결되며 TDD 제어신호에 따라 스위칭동작을 수행하는 제 1 스위치와,

상기 제 2 전송선 스텁 과 접지 사이에 연결되며 시분할 복신 제어신호에 따라에 따라 스위칭동작을 수행하는 제 2 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 11항에 있어서,

상기 제 1 스위치는 제 1 핀 다이오드 로 구성되고, 상기 제 2 스위치는 제 2 핀 다이오드로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 12항에 있어서,

상기 장치는 상기 시분할 복신 제어신호에 따라 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치 각각의 상기 제 1핀, 상기 제 2핀 다이오드에 직류전류 바이어스를 인가하는 직류전류 바이어스부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 12항에 있어서,

상기 제 1 전송선 스텁, 상기 제 2 전송선 스텁, 상기 제 1 전송선 라인의 길이는 하기 <수학식 2>와 같은 것을 특징으로 하는 장치.

제 1 전송선 스텁의 길이 = (λ/2)* a

제 2 전송선 스텁의 길이 = (λ/4)* (2b+1).

제 1 전송선 라인의 길이 = (λ/4)* (2c+1).

여기서, λ는 전송신호의 파장이고, a.b.c는 각각 0 이상의 정수이다.(a,b,c = 0,1,2,3,.. .)
제 12항에 있어서,

상기 제 2 전송선 스텁과 상기 제 1 전송선 라인의 결합구조는 적어도 하나 이상 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 15항에 있어서,

상기 제 1 전송선 스텁은 송신 모드시 연결된 상기 제 1 핀 다이오드가 오프됨에 따라 임피던스가 무한대에 가까운 상태가 되고, 수신 모드시 상기 제 1 핀 다이오드가 온됨에 따라 임피던스가 '0'에 가까운 상태가 되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 15항에 있어서,

상기 제 2 전송선 스텁은 송신 모드시 연결된 상기 제 2 핀 다이오드가 오프됨에 따라 임피던스가 '0'에 가깝게 되고, 수신 모드시 상기 제 2 핀 다이오드가 온됨에 따라 임피던스가 무한대에 가까운 상태가 되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 15항에 있어서,

상기 제 1 전송선 라인은 송신 모드시 임피던스가 무한대에 가까운 상태가 되어 상기 수신경로를 격리하고, 수신 모드시 상기 제 2 전송선 스텁의 임피던스가 무한대에 가까운 상태가 됨에 따라 상기 안테나로부터의 수신신호를 상기 수신부로 전달하는 것을 특징으로 하는 장치.
무선통신시스템의 시분할 복신(TDD : Time Division Duplex) 스위치 장치에 있어서,

송신단과,

수신단과,

안테나와,

수신 모드시 상기 송신 단으로부터 송신 경로를 격리하는 스위치와,

수신 모드시 수신 신호를 상기 안테나로부터 상기 수신단으로 전달하는 전송선라인과,

상기 전송선 라인과 상기 수신단 사이에 연결되며 송신 모드시 상기 전송선 라인을 격리하는 전송선 스텁을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.