목차
1. Pin Diode

2. Switch

(1) 기본회로

먼저, 전송선로에 직렬(series)로 PIN 다이오드를 삽입한 회로가 어떤 특성을 가지는지 한번 보도록 하겠습니다. <그림 5-3>에 그림과 순방향, 역방향 바이어스 시의 등가회로를 나타내었습니다. 등가회로는 앞에서 설명한 회로에 전송선로와 PIN 다이오드의 앞 뒤 연결부(lead 또는 bonding wire)의 인덕턴스 L 값이 추가된 형태입니다.

<그림 5－3> PIN Diode를 직렬로 삽입

Rf = 1Ω , Rr = 1Ω , Cj = 0.5 pF , L = 0.5 nH

PIN 다이오드 앞뒤에 각각 2GHz에서 90° 의 전기적 길이를 가지는 Z = 50Ω 선로를 추가하고 시뮬레이션한 결과를 <그림 5-4> (순방향 바이어스 시)와 <그림 5-5> (역방향 바이어스 시)에 나타내었습니다. 여기서 순방향, 역방향 바이어스란 직류(DC) 바이어스를 다이오드 방향과 일치(순방향) 또는 반대(역방향)으로 인가하였느냐를 의미합니다.

<그림 5－4> 직렬 순방향 바이어스 시의 S11, S21 특성

<그림 5－5> 직렬 역방향 바이어스 시의 S11, S21 특성

<그림 5-4>를 보면, 순방향 바이어스 시에는 스미스차트 중앙에 여러 주파수의 임피던스들이 모이면서 다이오드가 거의 short 상태가 되어 교류신호가 잘 전달되는 것을 알 수 있습니다. 한편 <그림 5-5>를 보면, 역방향 바이어스 시에는 다이오드가 꺼진 상태에 가깝게 되어 교류신호가 제대로 전달되기 어려워진다는 것을 알 수 있습니다. 이를 보면 교류신호 입장에서 본 순방향/역방향 바이어스 각각의 상태가 스위치의 On / Off 상태와 같은 동작을 하고 있다는 생각이 들지 않으시나요?

자, 다음으로는 전송선로와 GND 사이에 병렬(shunt)로 PIN 다이오드를 삽입하면 어떻게 될지 알아보겠습니다. 이전과 같이 아래 <그림 5-6>에 구조를, <그림 5-7>과 <그림 5-8>에 시뮬레이션 결과를 나타내었습니다. 시뮬레이션 조건은 조금 전과 동일합니다.

<그림 5－6> PIN Diode를 병렬로 삽입

<그림 5－7> 병렬 순방향 바이어스 시의 S11, S21 특성

<그림 5－8> 병렬 역방향 바이어스 시의 S11, S21 특성

<그림 5-7>을 보면, 순방향 바이어스시에는 다이오드가 short 상태가 되어 신호가 모두 GND로 우회해 버리므로, 결과적으로 신호가 건너편으로 전달되기 어려워지게 됩니다. 반대로 <그림 5-8>을 보면 역방향 바이어스로 인해 다이오드가 open 상태가 되어 있으나마나한 상황이 되어, 건너편으로 신호가 그대로 전달되고 있습니다. 따라서 병렬의 경우는 순방향 바이어스가 Off와, 역방향 바이어스가 On과 같은 역할을 하고 있음을 알 수 있습니다.

RF switch란, 말그대로 RF 신호를  통과시켜주느냐 혹은 차단하느냐를 결정할 수 있는 스위치 회로를 말합니다. 경우에 따라 RF신호가 필요하면 인가해주고, 만약 불필요하면 차단해야 하는 경우가 상당히 많습니다. 또한 조합에 따라 RF신호의 경로를 스위칭하여 바꾸어주는 경우도 필요하겠지요. 이러한 RF switch는 PIN 다이오드 등을 이용하여, 위와 같이 직렬신호의 바이어스에 따라 교류 임피던스의 크기가 바뀌는 현상을 이용하는 경우가 많습니다.

위에서 보다시피 직렬(series)과 병렬(shunt) 연결의 경우 순방향과 역방향 바이어스의 역할이 정반대로 수행되고 있습니다. 그리고 직렬이건 병렬이건 On 이 된 경우의 특성은 그럭저럭 봐줄만 합니다만, Off가 된 경우의 특성 (즉 Isolation을 의미 - 차단되었음에도 누설되는 전력)이 -5~-7dB 정도로 그다지 좋아보이지 않습니다.  즉, 이대로는 성능이 부족하기 때문에 특성을 개선해야 합니다!

다음 >> 2. RF Switch    (2) 특성개선

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