KR100780412B1

KR100780412B1 - 고주파 스위치

Info

Publication number: KR100780412B1
Application number: KR1020050096749A
Authority: KR
Inventors: 김덕용; 문영찬; 이길호; 이강현
Original assignee: 주식회사 케이엠더블유
Priority date: 2005-10-13
Filing date: 2005-10-13
Publication date: 2007-11-28
Also published as: WO2007043726A1; CN101283518A; CN101283518B; JP2009512314A; JP4681056B2; ES2390463T3; EP1935107A4; EP1935107A1; EP1935107B1; US7564323B2; KR20070041050A; US20080290962A1

Abstract

본 발명은 고주파 스위치에 있어서, 수평 슬롯라인과 수직 슬롯라인으로 형성되며, 각 단부에는 개방종단회로를 구비한 티(T)-정션 슬롯라인; 수평 슬롯라인의 일측부와 신호를 전달하는 제1전송라인; 수평 슬롯라인의 타측부와 신호를 전달하는 제2전송라인; 수직슬롯라인과 신호를 전달하는 제3전송라인; 외부 스위칭 제어신호에 따라 수평 슬롯라인 일측부 또는 수평 슬롯라인 타측부의 신호 경로를 수직 슬롯라인과 선택적으로 연결하는 스위칭 회로를 구비한다.

고주파, 스위치, TDD, 슬롯라인, 마이크로스트립라인

Description

고주파 스위치{RADIO FREQUENCY SWITCH}

도 1은 일반적인 티디디 시스템의 송수신 종단부의 일 예시 블록 구성도

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 티디디 시스템용 송수신 전환을 위한 고주파 스위치의 인쇄 회로 기판상에서의 회로 패턴 평면 구조도

도 3은 도 2의 인쇄 회로 기판의 회로 패턴 저면 구조도

도 4는 도 3 중 다이오드 접합 부분의 상세 구조도

도 5는 도 4의 등가 회로도

도 6은 도 2 중 마이크로스트립라인의 단락종단회로 구조를 나타낸 일부 절단면도

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 티디디 시스템용 송수신 전환을 위한 고주파 스위치의 인쇄 회로 기판상에서의 회로 패턴 평면 구조도

도 8은 도 7의 인쇄 회로 기판의 회로 패턴 저면 구조도

도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 티디디 시스템용 송수신 전환을 위한 스위치 장치의 인쇄 회로 기판상에서의 회로 패턴 평면 구조도

도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 티디디 시스템용 송수신 전환을 위한 고주파 스위치의 인쇄 회로 기판상에서의 회로 패턴 저면 구조도

본 발명은 고주파(RF) 스위치에 관한 것으로, 특히, 시분할 이중화(티디디 : TDD: Time Division Duplexing)방식의 시스템의 신호 송수신 단부의 송수신 신호 전환을 위한 스위치에 적용됨이 바람직한 RF 스위치에 관한 것이다.

제2, 3세대 이동통신 시스템은 주로 FDD(Frequency Division Duplexing) 방식을 사용하였다. FDD 방식에 있어서 송신신호와 수신신호의 분리는 듀플렉서(Duplexer)에 의하여 이루어진다. 그러나 최근 3.5세대, 4세대용 이동통신 시스템은 티디디(TDD) 방식을 주로 사용할 것으로 예상된다.

티디디 방식을 비롯한 시분할 전송 방식은 송수신용으로 동일한 주파수를 시분할하여 송수신용으로 구분하여 사용하는 것으로, 1개의 프레임 내부를 송신용과 수신용으로 분할하여 1개의 주파수로 양방향 통신을 하는 방식이다.

도 1에는 일반적인 티디디 시스템의 송수신 종단부의 불록 구성이 도시되고 있는데, 도 1에 도시된 바와 같이, 송신 신호는 제1송신필터(30)를 통과하여 전력증폭기(40)에서 적절히 설정된 전력으로 증폭된 후, 제2송신필터(50)에서 다시 필터링된 다음, 송수신 전환 스위치(10)를 거쳐 안테나(60)를 통해 방사된다. 반대로 안테나(60)로부터 수신된 수신 신호는 송수신 전환 스위치(10)를 통과한 후, 수신필터(20)에서 수신대역만 통과된다. 이때의 전환 스위치(10)는 송신 및 수신 동작에 따라 제어부(미도시)에서 제공되는 스위칭 제어 신호에 따라 스위칭 동작을 수 행할 수 있다.

이와 같이 티디디 시스템에서는 동일한 주파수를 사용하여 정해진 시간 주기로 송신과 수신을 분리하기 때문에 고속의 송수신 전환용 RF 스위치가 반드시 필요하다.

상기 RF 스위치는 고속의 스위칭동작이 가능해야 하기 때문에 기계적 스위치(Mechanical Switch) 보다는 핀 다이오드(PIN Diode) 또는 FET(Field Effect Transistor) 등의 반도체 소자를 이용한 스위치를 사용한다. 그런데, 이러한 반도체 소자를 이용한 스위치는 반도체의 대전력 취약성 때문에 하이파워용으로 사용하기가 어려웠다.

다시 말하면 대전력이 인가될 경우 많은 열이 발생하고 충분한 방열이 보장되지 않으면 종국에는 스위치가 파괴된다. 이에 따라 대전력을 견딜 수 있도록 개발되는 RF 스위치는 별도의 냉각기 등을 구비하는 등 그 비용이 무척 고가이며 제작이 용이하지 않으므로, 군사용으로만 제한적으로 사용되고 있는 실정이다.

이를 해결하기 위해 통상 상기 티디디 시스템에서는 RF스위치 대신 서큘레이터를 이용하여 고정적으로 송신신호와 수신신호를 분리하는 방안을 채용하기도 하였다. 그런데, 서큘레이터를 사용하는 경우에는 수신 구간동안 송신신호를 차단하기 위한 격리도(Isolation)를 충분하게 확보하기 어렵고 안테나에 문제가 발생하여 오픈상태가 되는 경우, 송신신호가 수신기에 유입되어 시스템에 장애를 발생시키거나 수신신호의 품질을 현저하게 저하시키게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 창안한 것으로, 송수신단 사이의 아이솔레이션을 충분히 확보하기 위한 티디디 시스템용 송수신 전환용으로 채용되기에 바람직한 고주파 스위치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 안테나 오픈시 등에 송신전력이 수신단으로 유입되는 것을 현저히 방지하기 위한 티디디 시스템용 송수신 전환용으로 채용되기에 바람직한 고주파 스위치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 반도체 소자를 사용하되 충분한 방열조건을 확보하여 대전력에서도 안정정적으로 동작하기 위한 고주파 스위치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 MIC(Microwave Integrated Circuit) 형태로도 쉽게 제작하기 위한 고주파 스위치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 이동통신 주파수 대역 뿐만 아니라 수 십 GHz 이상의 고주파 대역에서도 사용가능한 고주파 스위치를 제공하는데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 고주파 스위치에 있어서, 수평 슬롯라인과 수직 슬롯라인으로 형성되며, 각 단부에는 개방종단회로를 구비한 티(T)-정션 슬롯라인; 상기 수평 슬롯라인의 일측부와 신호를 전달하는 제1전송라인; 상기 수평 슬롯라인의 타측부와 신호를 전달하는 제2전송라인; 상기 수직슬롯라인과 신호를 전달하는 제3전송라인; 외부 스위칭 제어신호에 따라 수평 슬롯라인 일측부 또는 상기 수평 슬롯라인 타측부의 신호 경로를 상기 수직 슬롯라인과 선택적으로 연결하는 스위칭 회로를 포함함을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 티디디 시스템용 송수신 전환을 위한 고주파 스위치의 인쇄 회로 기판상에서의 회로 패턴의 일면(편의상 평면으로 칭하기로 함) 구조도이며, 도 3은 도 2의 인쇄 회로 기판의 회로 패턴의 다른 면(편의상 저면으로 칭하기로 함)의 구조로서, 각 부분의 크기 및 형상은 설명의 편의를 위해 다소 과장 또는 단순화하였다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 스위치(10)는 전체적으로 하나의 인쇄 회로 기판 상에 적절한 패턴을 가지도록 형성된 마이크로스트립라인 및 슬롯라인들로 구성될 수 있다. 즉, 본 발명의 고주파 스위치는 먼저 수평 슬롯라인(121, 122)과 수직 슬롯라인(123)으로 이루어지고 개방종단회로(121a, 122a, 123a)를 구비한 티(T)-정션 슬롯라인을 유전체 기판(100)의 하측에 형성한다. 그리고 수직 슬롯라인(123)을 기준으로 좌우 양측 수평 슬롯라인(121, 122) 즉, 수평 슬롯라인(121, 122)의 일측 및 타측 사이 중간부분에는 스위칭 제어신호(CTL)에 따라 수평 슬롯라인 일측부(121)과 수평 슬롯라인 타측부(122)의 신호 경로를 선택적으로 수직 슬롯라인(123)과 연결시키기 위한 스위칭 회로를 형성한다.

도 2에 도시된 바와 같이 이러한 스위칭 회로는 다수의 반도체 스위칭 소자들, 예를 들어 제1, 제2 다이오드(D1, D2)로 구성될 수 있는데, 제1 다이오드(D1)는 수평 슬롯라인 일측부(121)에서 수직 슬롯라인(123)과 연결되는 부분의 갭을 단락시키는 형태로 장착하며, 제2 다이오드(D2)는 수평 슬롯라인 타측부(123)에서 수직 슬롯라인(123)과 연결되는 부분의 갭을 단락시키는 형태로 장착한다. 그리고 유전체 기판(100)의 상측에는 상기 티(T)-정션 슬롯라인의 각 종단부와 교차되게 설치되어 마이크로스트립-슬롯라인 커플링에 의해 상호 신호를 전달하는 제1 내지 제3 마이크로스트립라인(111, 112, 113)을 형성한다. 이러한 제1 내지 제3 마이크로스트립라인(111, 112, 113)은 고주파 스위치(10)의 제1 내지 제3 포트(1, 2, 3)를 형성한다. 제1포트(1) 또는 제2포트(2)를 제3포트(3)와 선택적으로 연결하게 된다.

상기 마이크로 스트립라인들과 슬롯라인들은 적절한 유전율을 가지는 유전체 기판(100)의 상하측에 형성한다. 유전체 기판(100)의 하측은 그라운드판(130a, 130b)으로 되어 있고, 여기에 상기의 티(T)-정션 슬롯라인을 형성한다. 상기 티(T)-정션 슬롯라인의 개방종단회로(121a, 122a, 123a)는 원형으로 형성하고 그 내부는 제거시킨다. 이때 그라운드판(130a, 130b)은 상기 수평 슬롯라인(121, 122)을 기준으로, 도 3에 도시된 바를 예로 들면, 상측 그라운드판(130a)과 하측 그라운드판(130b)으로 전기적으로 분리되게 구성된다.

상기 제1 내지 제3 마이크로스트립라인(111, 112, 113)의 종단 역시 개방 또는 단락종단회로를 구비한다. 본 발명에서는 단락종단회로(111a, 112a, 113a)를 구비하였다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이 이러한 단락종단회로(111a, 112a, 113a)는 종단에 원형의 홀을 형성하고 그 내부를 적절한 전도성 도금제(115)로 도금처리함으로써, 저면의 그라운드판(130b)과 연결되도록 한다.

이와 같이 마이크로 스트립라인들과 슬롯라인들이 서로 교차되도록 구성함으로써 마이크로스트립라인-슬롯라인 커플링에 의해 적소에서 상호간 신호 전이가 이루어지도록 구성된다.

상기 제1 및 제2 다이오드(D1, D2)는 일측 또는 수평 슬롯라인 타측부(121, 122)의 갭을 가로질러 장착한 후, 제어부(미도시)로부터 스위칭 제어신호(CTL) 즉, 바이어스 전압을 인가시킬 수 있도록 한다. 그리고 제1 및 제2 다이오드(D1, D2)의 온/오프는 동작은 상호배타적으로 수행된다. 이러한 제1, 제2 다이오드(D1, D2)의 상호배타적인 온/오프 동작에 따라, 수평 슬롯라인 일측부(121) 또는 수평 슬롯라인 타측부(122)의 신호 경로가 선택적으로 수직 슬롯라인(123)과 연결된다.

도 4는 도 3 중 다이오드 접합 부분의 상세 구조도이며, 도 5는 도 4의 등가 회로도로서, 도 4 및 도 5를 참조하여, 상기 제1, 제2 다이오드(D1, D2)의 온/오프 스위칭 및 일측/수평 슬롯라인 타측부(121, 122)의 신호 경로가 수직 슬롯라인(123)과 연결되는 것에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. 상기 제1, 제2 다이오드(D1, D2)는 각각 일측 또는 수평 슬롯라인 타측부(121, 122)의 갭을 가로질러 상측 그라운드판(130a)과 하측 그라운드판(130b)을 단락시키도록 장착되며, 이때 서로간의 극성이 반대되도록 장착된다. 그리고 상측 그라운드판(130a)으로 예를 들어 +5V 또는 -5V의 스위칭 제어신호(CTL)의 적절한 바이어스 전압이 선택적으로 인가되도록 하여, 상측 그라운드판(130a)과 0V의 하측 그라운드판(130b)간에 연결되는 제1, 제2 다이오드(D1, D2)가 각각 상호 배타적으로 온/오프 동작을 수행하도록 한다. 이와 같이 제1 또는 제2다이오드(D1, D2)가 온 상태가 되면, 해당 슬롯라인의 갭은 전기적으로 단락된 상태가 된다. 이에 따라, 수평 슬롯라인 일측부(121) 또는 수평 슬롯라인 타측부(122)의 신호 경로가 선택적으로 수직 슬롯라인(123)과 연결된다.

상기와 같이 구성되는, 본 발명의 고주파 스위치(10)에서 제1 내지 제3 마이크로스트립라인(111, 112, 113)의 제1 내지 제3 포트(1, 2, 3)를 각각 송신단(Tx), 수신단(Rx) 및 안테나단(ANT)과 연결하여 티디디 시스템용 송수신 전환을 위한 스위치 장치로서 사용할 수 있게 된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 고주파 스위치(10)의 티디디 시스템용 송수신 전환 스위치로서의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 송신시에는 제1 다이오드(D1)는 오프시키고 제2다이오드(D2)는 온시킨다. 그러면 제1 마이크로스트립라인(111)을 통해 송신신호가 전달되면 그 신호는 마이크로스트립-슬롯라인 커플링에 의해 수평 슬롯라인 일측부(121)으로 전이된다. 수평 슬롯라인 일측부(121)에 전이된 신호는 수직 슬롯라인(123)으로 전달되고, 다시 마이크로스트립-슬롯라인 커플링에 의해 제3 마이크로스트립라인(113)으로 전달된다. 상기 제3 마이크로 스트립라인에 인가된 송신신호는 안테나를 통해 방사된다.

다음으로, 수신시에는 제1 다이오드(D1)는 온시키고 제2 다이오드(D2)는 오프시킨다. 그러면 제3 마이크로스트립라인(113)을 통해 전달된 수신신호는 수직 슬 롯라인(123)과 수평 슬롯라인 타측부(122)을 통해 제2 마이크로스트립라인(112)로 전달된다. 상기 제2 마이크로 스트립라인에 인가된 수신신호는 수신단에 전달된다.

이와 같은 구성 및 동작을 가지는 본 발명의 고주파 스위치는 송신신호가 충분한 그라운드판(130a, 130b)을 갖는 슬롯라인을 통해 전송되도록 함으로써 열방출이 원활하여 반도체 소자를 사용한 스위치(즉, 다이오드)를 장착하고도 대전력에 견딜 수 있다. 또한 슬롯라인과 반도체 소자를 사용한 스위치를 조합하여 송수신 신호 경로를 분리할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 티디디 시스템용 송수신 전환을 위한 고주파 스위치의 인쇄 회로 기판상에서의 회로 패턴 평면 구조도이며, 도 8은 도 7의 인쇄 회로 기판의 회로 패턴 저면 구조도로서, 도 7 및 도 8에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 고주파 스위치는 도 1 등에 도시된 바와 같은 고주파 스위치와 대부분 동일한 구조를 가지나, 수평 슬롯라인(121, 122)의 일측 및 타측 사이 중간부분에 스위칭 제어신호(CTL)에 따라 수평 슬롯라인 일측부(121)와 수평 슬롯라인 타측부(122)의 신호 경로를 선택적으로 수직 슬롯라인(123)과 연결시키기 위한 스위칭 회로 구조에서 차이가 있다.

즉, 도 7 및 도 8에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 고주파 스위치(10')에서 스위칭 회로는 유전체 기판(100)의 상측에 구성되는 제1 다이오드(D1)와, 제4 마이크로스트립라인(114) 및 유전체 기판(100)의 하측에 구성되는 제2 다이오드(D2)로 구성될 수 있는데, 제4 마이크로스트립라인(114)은 수평 슬롯라인 일 측부(121)에서 수직 슬롯라인(123)과 연결되는 부위와 교차되게 형성된다. 이때, 제4 마이크로스트립라인(114)의 일측 단부는 유전체 기판(100)의 하측에 형성된 그라운드판(130b)과 연결되어 접속되기 위한 단락종단회로(114a)가 형성되며, 타측 단부는 제1 다이오드(D1)가 장착되며 이를 통해 접지단과 연결된다. 제1 다이오드(D1)의 접지단과의 연결은 마찬가지로 마이크로스트립라인의 단락종단회로와 동일한 구성으로 이루어질 수 있다. 여기에서, 상기 제1 다이오드(D1)를 거쳐 해당 일측 또는 수평 슬롯라인 타측부(121)까지의 제4 마이크로스트립라인(114)의 길이를

/4로 형성한다.

한편, 상기 제2 다이오드(D2)는 도 1 등에 개시된 바와 같은 본 발명의 제1 실시예에서의 구성과 유사하게, 수평 슬롯라인 타측부(122)에서 수직 슬롯라인(123)과 연결되는 부분의 갭을 단락시키는 형태로 장착한다. 이때 도 7 및 도 8에 도시된 본 발명의 제2 실시예에서 제1, 제2 다이오드(D1, D2)의 온/오프 동작은 서로 동시에 수행되도록 적절한 스위칭 제어신호(CTL)가 인가된다. 이러한 제1, 제2 다이오드(D1, D2)의 동시적인 온/오프 동작에 따라, 수평 슬롯라인 일측부(121) 또는 수평 슬롯라인 타측부(122)의 신호 경로가 선택적으로 수직 슬롯라인(123)과 연결된다. 이하, 이러한 동작을 본 발명의 제2 실시예에 따른 고주파 스위치(10')가 티디디 시스템용 송수신 전환 스위치로서의 동작하는 경우를 예로 들어 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 송신시에는 제1, 제2 다이오드(D1, D2)를 온시킨다. 그러면 제1 마이크로스트립라인(111)을 통해 송신신호가 전달되면 그 신호는 마이크로스트립-슬롯 라인 커플링에 의해 수평 슬롯라인 일측부(121)에 전이된다. 수평 슬롯라인 일측부(121)에 전이된 신호는 수직 슬롯라인(123)으로 전송되고, 다시 마이크로스트립-슬롯라인 커플링에 의해 제3 마이크로스트립라인(113)으로 전달된다. 상기 제3 마이크로스트립라인(113)에 인가된 송신신호는 안테나를 통해 방사된다.

이때 상기 제1 다이오드(D1)가 온상태이므로 제4 마이크로스트립라인(114)은 대응하는 수평 슬롯라인 일측부(121)에 아무런 영향을 미치지 않게 된다. 또한 제2 다이오드(D2)가 온상태이므로, 수평 슬롯라인 타측부(122)의 갭은 전기적으로 단락된 상태가 된다.

다음으로, 수신시에는 제1, 제2 다이오드(D1, D2)를 오프시킨다. 그러면 제3 마이크로스트립라인(113)을 통해 전달된 수신신호는 수직 슬롯라인(123)과 수평 슬롯라인 타측부(122)를 통해 제2 마이크로스트립라인(112)으로 전달된다. 상기 제2 마이크로스트립라인(112)에 인가된 수신신호는 수신단으로 전달된다.

상기에서, 수신신호는 수평 슬롯라인 일측부(121)로는 전달되지 않는데, 그 이유는 제1 다이오드(D1)가 오프상태이기 때문에, 제4 마이크로스트립라인(114)의 타측 단부는

/4로 개방단이 되어, 결국 수평 슬롯라인 일측부(121)는 접지상태가 되기 때문이다.

도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 티디디 시스템용 송수신 전환을 위한 스위치 장치의 인쇄 회로 기판상에서의 회로 패턴 평면 구조도로서, 도 9에 도시된 본 발명의 제3 실시예에 따른 고주파 스위치는 상기 본 발명의 제1, 제2 실시예에서 개시한 바와 같은 고주파 스위치와 대부분 동일한 구조를 가지나, 스위칭 회로 구조에서 차이가 있다.

즉, 도 9에 도시된 본 발명의 제3 실시예에 따른 고주파 스위치(10'')에서 스위칭 회로는 유전체 기판(100)의 상측에 구성되는 제1 및 제2 다이오드(D1, D2)와, 제4 및 제5 마이크로스트립라인(114, 115)으로 구성될 수 있는데, 제4 마이크로스트립라인(114)은 수평 슬롯라인 일측부(121)에서 수직 슬롯라인(123)과 연결되는 부위와 교차되게 형성되며, 제5 마이크로스트립라인(115)은 수평 슬롯라인 타측부(122)에서 수직 슬롯라인(123)과 연결되는 부위와 교차되게 형성된다.

제4, 제5 마이크로스트립라인(114, 115)의 일측 단부는 유전체 기판(100)의 하측에 형성된 그라운드판(130b)과 연결되어 접속되기 위한 단락종단회로(114a, 115a)가 형성된다. 제4, 제5 마이크로스트립라인(114, 115)의 타측 단부는 각각 서로 다른 극성으로 연결되는 제1, 제2 다이오드(D1, D2)가 장착되며 이를 통해 접지단과 연결된다. 이때 제1, 제2 다이오드(D1, D2)의 접지단과의 연결은 마찬가지로 마이크로스트립라인의 단락종단회로와 동일한 구성으로 이루어질 수 있다. 이때 상기 각각의 제1, 제2 다이오드(D1, D2)를 거쳐 해당 일측 또는 수평 슬롯라인 타측부(121, 122)까지의 제4, 제5 마이크로스트립라인(114, 115)의 길이를

/4로 형성한다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 제3 실시예에 따른 고주파 스위치 (10'')의 티디디 시스템용 송수신 전환 스위치로서의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 송신시에는 제1 다이오드(D1)는 온시키고 제2 다이오드(D2)는 오프시킨다. 그러면 제1 마이크로스트립라인(111)을 통해 송신신호가 전달되면 그 신호는 마이크로스트립-슬롯라인 커플링에 의해 수평 슬롯라인 일측부(121)에 전이된다. 수평 슬롯라인 일측부(121)에 전이된 신호는 수직 슬롯라인(123)으로 전송되고, 다시 마이크로스트립-슬롯라인 커플링에 의해 제3 마이크로스트립라인(113)으로 전달된다. 상기 제3 마이크로스트립라인(113)에 인가된 송신신호는 안테나를 통해 방사된다. 이때 상기 제1 다이오드(D1)이 온상태이므로 제4 마이크로스트립라인(114)은 대응하는 수평 슬롯라인 일측부(121)에 아무런 영향을 미치지 않게 된다.

상기에서, 송신신호는 수평 슬롯라인 타측부(122)로는 전달되지 않는데, 그 이유는 제2 다이오드(D2)가 오프상태이기 때문에, 제5 마이크로스트립라인(115)의 타측 단부는

다음으로, 수신시에는 제1 다이오드(D1)는 오프시키고 제2 다이오드(D2)는 온시킨다. 그러면 제3 마이크로스트립라인(113)을 통해 전달된 수신신호는 수직 슬롯라인(123)과 수평 슬롯라인 타측부(122)를 통해 제2 마이크로스트립라인(112)으로 전달된다. 상기 제2 마이크로스트립라인(112)에 인가된 수신신호는 수신단으로 전달된다.

이와 같이 송수신 신호 경로를 분리하기 위해 슬롯라인의 어느 한쪽을 접지시키기는 방법을 사용하는데, 그 구성으로 마이크로 스트립라인-슬롯라인간 커플링 구조를 형성하고 반도체 소자를 이용한 스위치로서 접지상태를 제어하도록 함으로써, 대전력인 송신신호가 반도체 소자인 다이오드에 직접적인 영향을 주지 않도록 할 수 있어, 안정적인 스위칭 동작을 할 수 있다.

도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 티디디 시스템용 송수신 전환을 위한 고주파 스위치의 인쇄 회로 기판상에서의 회로 패턴 저면 구조도로서, 도 10에 도시된 본 발명의 제4 실시예에 따른 고주파 스위치는 상기 본 발명의 제1, 제2, 제3 실시예에서 개시한 바와 같은 고주파 스위치와 대부분 동일한 구조를 가지나, 스위칭 회로 구조에서 차이가 있다.

즉, 도 10에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 고주파 스위치(10''')에서 스위칭 회로는 유전체 기판(100)의 하측에 구성되는 제1, 제2 다이오드(D1, D2)와, 스위칭용 개방종단회로(124a)로 구성될 수 있는데, 스위칭용 개방종단회로(124a)는 수평 슬롯라인 일측부(121)에서 수직 슬롯라인(123)과 연결되는 부분에 형성되는 데, 이때 제1 다이오드(D1)는 이러한 스위칭용 개방종단회로(124a)와 수평 슬롯라인 일측부(121)와 연결부분의 갭을 단락시키는 형태로 장착된다. 또한 상기 제2 다이오드(D2)는 도 1 등에 개시된 바와 같은 본 발명의 제1 실시예에서의 구성과 유사하게, 수평 슬롯라인 타측부(122)에서 수직 슬롯라인(123)과 연결되는 부분의 갭을 단락시키는 형태로 장착한다.

이때 도 10에 도시된 본 발명의 제4 실시예에서 제1, 제2 다이오드(D1, D2)의 온/오프 동작은 서로 동시에 수행되도록 적절한 스위칭 제어신호(CTL)가 인가된다. 이러한 제1, 제2 다이오드(D1, D2)의 동시적인 온/오프 동작에 따라, 수평 슬롯라인 일측부(121) 또는 수평 슬롯라인 타측부(122)의 신호 경로가 선택적으로 수직 슬롯라인(123)과 연결된다. 이하, 이러한 동작을 본 발명의 제4 실시예에 따른 고주파 스위치(10''')가 티디디 시스템용 송수신 전환 스위치로서의 동작하는 경우를 예로 들어 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 송신시에는 제1, 제2 다이오드(D1, D2)를 온시킨다. 그러면 제1 마이크로스트립라인(111)을 통해 송신신호가 전달되면 그 신호는 마이크로스트립-슬롯라인 커플링에 의해 수평 슬롯라인 일측부(121)에 전이된다. 수평 슬롯라인 일측부(121)에 전이된 신호는 수직 슬롯라인(123)으로 전송되고, 다시 마이크로스트립-슬롯라인 커플링에 의해 제3 마이크로스트립라인(113)으로 전달된다. 상기 제3 마이크로스트립라인(113)에 인가된 송신신호는 안테나를 통해 방사된다.

이때 상기 제1, 제2 다이오드(D1, D2)가 온상태이므로 수평 슬롯라인 타측부(122)의 갭 및 상기 스위칭용 개방종단회로(124a)의 연결 갭은 전기적으로 단락 된 상태가 된다.

상기에서, 수신신호는 수평 슬롯라인 일측부(121)로는 전달되지 않는데, 그 이유는 제1 다이오드(D1)가 오프상태이기 때문에, 스위칭용 개방종단회로(124a)에 의해 수평 슬롯라인 일측부(121)에서 수직 슬롯라인(123)과 연결되는 부분은 오픈 상태가 되기 때문이다.

상기와 같이 본 발명의 실시예에 따른 고주파 스위치의 구성 및 동작이 이루어질 수 있으며, 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 예를 들어, 상기의 설명에서는 언급한 마이크로스트립라인은 이외에도, 스트립라인, 동축선로 및 CPW(Coplanar Waveguide) 등으로도 이의 대체 구현이 가능하다. 또한 상기 슬롯라인 대신에 CPS(Coplanar Strip)로도 구현이 가능하다. 그리고 상기의 본 발명의 실시예에서는 스위칭소자로서 다이오드를 사용하였으나 스위칭 기능을 갖는 다른 반도체 소자(예를 들어 FET)를 사용할 수도 있다.

이외에도 본 발명의 다양한 변형예가 있을 수 있으며, 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것 에 의하여 정하여져야 할 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 시분할 전송 시스템의 송수신 전환 스위치 장치는 송수신패스간 아이솔레이션을 충분히 확보할 수 있는 효과가 있다.

그리고 안테나 오픈시에도 송신전력이 수신단으로 전반사되어 유입되는 것을 현저히 줄일 수 있는 효과가 있다.

그리고 충분한 그라운드판을 갖는 슬롯라인을 통해 송신신호가 전달되도록 함으로써 반도체 소자를 사용하여 고속의 스위칭이 가능하면서도 대전력에 사용할 수 있는 효과가 있다.

그리고 MIC형태로도 쉽게 적용될 수 있으므로 반도체 일반 공정상에서 동시에 제작이 가능한 효과가 있다.

그리고 이동통신 주파수 대역뿐만 아니라 수십 GHz 이상의 고주파 대역에서도 사용 가능하여 위성통신, 군사용 레이더 등에 용이하게 적용할 수 있는 효과가 있다.

Claims

고주파 스위치에 있어서,

수평 슬롯라인과 수직 슬롯라인으로 형성되며, 각 단부에는 개방종단회로를 구비한 티(T)-정션 슬롯라인;

상기 수평 슬롯라인의 일측부와 신호를 전달하는 제1전송라인;

상기 수평 슬롯라인의 타측부와 신호를 전달하는 제2전송라인;

상기 수직슬롯라인과 신호를 전달하는 제3전송라인;

외부 스위칭 제어신호에 따라 상기 수평 슬롯라인 일측부 또는 상기 수평 슬롯라인 타측부의 신호 경로를 상기 수직 슬롯라인과 선택적으로 연결하는 스위칭 회로를 포함함을 특징으로 하는 고주파 스위치.
제1항에 있어서, 상기 스위칭 회로는

상기 수평 슬롯라인 일측부에서 상기 스위칭 제어 신호에 따라 상기 수직 슬롯라인과 연결되는 부분의 갭을 단락시키는 형태로 장착되는 제1 스위칭 소자와,

상기 수평 슬롯라인 타측부에서 상기 스위칭 제어 신호에 따라 수직 슬롯라인과 연결되는 부분의 갭을 단락시키는 형태로 장착되며 상기 제1 스위칭 소자와 배타적으로 온/오프 동작하는 제2 스위칭 소자를 포함함을 특징으로 하는 고주파 스위치.
제2항에 있어서, 상기 제1, 제2 스위칭 소자는 다이오드이며,

상기 수평 슬롯라인을 기준으로 해당 수평 슬롯라인을 형성하는 상측 그라운드판과 하측 그라운드판은 전기적으로 분리되게 구성되며, 상기 스위칭 제어신호는 미리 설정된 바이어스 전압을 상기 상측 또는 하측 그라운드판으로 인가함을 특징으로 하는 고주파 스위치.
제1항에 있어서, 상기 스위칭 회로는

상기 수평 슬롯라인의 일측부에서 상기 수직 슬롯 라인과 연결되는 부위와 교차되게 형성되며, 일측 단부는 단락종단회로가 형성되며, 타측 단부는 제1 스위칭 소자를 통해 접지단과 연결되며, 상기 제1 스위칭 소자를 거쳐 상기 수평 슬롯라인 타측부까지
/4 길이를 가지게 형성되는 제4 전송선로와,

상기 수평 슬롯라인 타측부에서 수직 슬롯라인과 연결되는 부분의 갭을 단락시키는 형태로 장착되는 제2 스위칭 소자를 포함하며, 상기 제1, 제2 스위칭 소자는 상기 스위칭 제어 신호에 따라 온/오프 동작함을 특징으로 하는 고주파 스위치.
제4항에 있어서, 상기 제1, 제2 스위칭 소자는 다이오드 또는 FET(Field Effect Transistor)임을 특징으로 하는 고주파 스위치.
제1항에 있어서, 상기 스위칭 회로는

상기 수평 슬롯라인의 일측부에서 상기 수직 슬롯 라인과 연결되는 부위와 교차되게 형성되며, 일측 단부는 단락종단회로가 형성되며, 타측 단부는 제1 스위칭 소자를 통해 접지단과 연결되며, 상기 제1 스위칭 소자를 거쳐 상기 수평 슬롯라인 타측부까지
/4 길이를 가지게 형성되는 제4 전송선로와,

상기 수평 슬롯라인의 타측부에서 상기 수직 슬롯 라인과 연결되는 부위와 교차되게 형성되며, 일측 단부는 단락종단회로가 형성되며, 타측 단부는 제2 스위칭 소자를 통해 접지단과 연결되며, 상기 제2 스위칭 소자를 거쳐 상기 수평 슬롯라인 타측부까지
/4 길이를 가지게 형성되는 제5 전송선로를 포함하며,

상기 제1, 제2 스위칭 소자는 상기 스위칭 제어 신호에 따라 상호배타적으로 온/오프 동작함을 특징으로 하는 고주파 스위치.
제6항에 있어서, 상기 제1, 제2 스위칭 소자는 다이오드 또는 FET(Field Effect Transistor)임을 특징으로 하는 고주파 스위치.
제1항에 있어서, 상기 스위칭 회로는

상기 수평 슬롯라인 일측부에서 수직 슬롯라인과 연결되는 부분에 형성되는 스위칭용 개방종단회로와,

상기 스위칭 제어 신호에 따라 상기 스위칭 개방종단회로와 상기 수평 슬롯라인 일측부와 연결부분의 갭을 단락시키는 형태로 장착되는 제1 스위칭 소자와,

상기 수평 슬롯라인 타측부에서 상기 스위칭 제어 신호에 따라 수직 슬롯라인과 연결되는 부분의 갭을 단락시키는 형태로 장착되는 제2 스위칭 소자를 포함함을 특징으로 하는 고주파 스위치.
제8항에 있어서, 상기 제1, 제2 스위칭 소자는 다이오드 또는 FET(Field Effect Transistor)임을 특징으로 하는 고주파 스위치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 전송라인은 마이크로 스트립라인, 스트립라인, 동축선로. CPW(Coplanar Waveguide) 중 어느 하나임을 특징을 하는 고주파 스위치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 전송라인은 종단이 개방 또는 단락종단회로를 구비하는 마이크로 스트립라인임을 특징으로 하는 고주파 스위치.
시분할 이중/다중화 시스템의 송수신 전환용 고주파 스위치에 있어서,

수평슬롯라인과 수직슬롯라인으로 형성되며, 각 단부에는 개방종단회로를 구비한 티(T)-정션 슬롯라인;

송신신호를 상기 수평 슬롯라인의 일측부에 전달하는 제1전송라인;

상기 수평 슬롯라인의 타측부로부터 수신신호를 전달받아 이를 수신단으로 전달하는 제2전송라인;

상기 수직 슬롯라인으로부터 송신신호를 전달받아 안테나로 전달하거나 상기 안테나로부터의 수신신호를 상기 수직 슬롯라인으로 전달하는 제3전송라인;

외부 스위칭 제어신호에 따라 상기 수평 슬롯라인 일측부 또는 상기 수평 슬롯라인 타측부의 신호 경로를 상기 수직 슬롯라인과 선택적으로 연결하는 스위칭 회로를 포함함을 특징으로 하는 고주파 스위치.
제12항에 있어서, 상기 스위칭 회로는

상기 수평 슬롯라인 일측부에서 상기 스위칭 제어 신호에 따라 상기 수직 슬 롯라인과 연결되는 부분의 갭을 단락시키는 형태로 장착되는 제1 스위칭 소자와,

상기 수평 슬롯라인 타측부에서 상기 스위칭 제어 신호에 따라 수직 슬롯라인과 연결되는 부분의 갭을 단락시키는 형태로 장착되며 상기 제1 스위칭 소자와 배타적으로 온/오프 동작하는 제2 스위칭 소자를 포함함을 특징으로 하는 고주파 스위치.
제13항에 있어서, 상기 제1, 제2 스위칭 소자는 다이오드이며,

상기 수평 슬롯라인을 기준으로 해당 수평 슬롯라인을 형성하는 상측 그라운드판과 하측 그라운드판은 전기적으로 분리되게 구성되며, 상기 스위칭 제어신호는 미리 설정된 바이어스 전압을 상기 상측 또는 하측 그라운드판으로 인가함을 특징으로 하는 고주파 스위치.
제12항에 있어서, 상기 스위칭 회로는

상기 수평 슬롯라인의 일측부에서 상기 수직 슬롯 라인과 연결되는 부위와 교차되게 형성되며, 일측 단부는 단락종단회로가 형성되며, 타측 단부는 제1 스위칭 소자를 통해 접지단과 연결되며, 상기 제1 스위칭 소자를 거쳐 상기 수평 슬롯라인 타측부까지
/4 길이를 가지게 형성되는 제4 전송선로와,

상기 수평 슬롯라인 타측부에서 수직 슬롯라인과 연결되는 부분의 갭을 단락시키는 형태로 장착되는 제2 스위칭 소자를 포함하며, 상기 제1, 제2 스위칭 소자는 상기 스위칭 제어 신호에 따라 온/오프 동작함을 특징으로 하는 고주파 스위치.
제15항에 있어서, 상기 제1, 제2 스위칭 소자는 다이오드 또는 FET(Field Effect Transistor)임을 특징으로 하는 고주파 스위치.
제12항에 있어서, 상기 스위칭 회로는

상기 수평 슬롯라인의 일측부에서 상기 수직 슬롯 라인과 연결되는 부위와 교차되게 형성되며, 일측 단부는 단락종단회로가 형성되며, 타측 단부는 제1 스위칭 소자를 통해 접지단과 연결되며, 상기 제1 스위칭 소자를 거쳐 상기 수평 슬롯라인 타측부까지
/4 길이를 가지게 형성되는 제4 전송선로와,

상기 수평 슬롯라인의 타측부에서 상기 수직 슬롯 라인과 연결되는 부위와 교차되게 형성되며, 일측 단부는 단락종단회로가 형성되며, 타측 단부는 제2 스위칭 소자를 통해 접지단과 연결되며, 상기 제2 스위칭 소자를 거쳐 상기 수평 슬롯라인 타측부까지
/4 길이를 가지게 형성되는 제5 전송선로를 포함하며,

상기 제1, 제2 스위칭 소자는 상기 스위칭 제어 신호에 따라 상호배타적으로 온/오프 동작함을 특징으로 하는 고주파 스위치.
제17항에 있어서, 상기 제1, 제2 스위칭 소자는 다이오드이며,

상기 수평 슬롯라인을 기준으로 해당 수평 슬롯라인을 형성하는 상측 그라운드판과 하측 그라운드판은 전기적으로 분리되게 구성되며, 상기 스위칭 제어신호는 미리 설정된 바이어스 전압을 상기 상측 또는 하측 그라운드판으로 인가함을 특징으로 하는 고주파 스위치.
제12항에 있어서, 상기 스위칭 회로는

상기 수평 슬롯라인 일측부에서 수직 슬롯라인과 연결되는 부분에 형성되는 스위칭용 개방종단회로와,

상기 스위칭 제어 신호에 따라 상기 스위칭 개방종단회로와 상기 수평 슬롯라인 일측부와 연결부분의 갭을 단락시키는 형태로 장착되는 제1 스위칭 소자와,

상기 수평 슬롯라인 타측부에서 상기 스위칭 제어 신호에 따라 수직 슬롯라인과 연결되는 부분의 갭을 단락시키는 형태로 장착되는 제2 스위칭 소자를 포함함을 특징으로 하는 고주파 스위치.
제19항에 있어서, 상기 제1, 제2 스위칭 소자는 다이오드 또는 FET(Field Effect Transistor)임을 특징으로 하는 고주파 스위치.
제12항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 전송라인은 마이크로 스트립라인, 스트립라인, 동축선로. CPW(Coplanar Waveguide) 중 어느 하나임을 특징을 하는 고주파 스위치.
제12항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 전송라인은 종단이 개방 또는 단락종단회로를 구비하는 마이크로 스트립라인임을 특징으로 하는 고주파 스위치.