KR101931682B1 - SPDT switch structure including Transmission Line Transformer(TLT) for single antenna operation - Google Patents
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Abstract
단일안테나를 이용하는 무선통신 단말기는, 상기 단말기 내의 송신단 출력부와 전기적으로 연결되어 출력신호를 증폭시키는 전력증폭기 회로(Power Amplifier circuit), 상기 단말기 내의 수신단 입력부와 전기적으로 연결되어 입력신호를 증폭시키는 저잡음증폭기 회로(Low Noise Amplifier circuit), 상기 증폭된 출력신호를 송신하거나 상기 입력신호를 수신하는 안테나, 상기 전력증폭기 회로와 상기 안테나 사이에 상기 전력증폭기 회로와 상기 안테나에 각각 병렬연결되고, 상기 전력증폭기 회로 방향으로 소정의 제1 임피던스 값으로 임피던스 매칭을 수행하는 제1 임피던스 트랜스포머 회로(Impedance Transformer circuit), 상기 저잡음증폭기 회로와 상기 안테나 사이에 상기 저잡음증폭기 회로와 상기 안테나에 각각 병렬연결되고, 상기 저잡음증폭기 회로 방향으로 소정의 제2 임피던스 값으로 임피던스 매칭을 수행하는 제2 임피던스 트랜스포머 회로, 상기 제1 임피던스 트랜스포머 회로에 연결되어 상기 제1 임피던스 트랜스포머 회로의 신호전송라인을 온오프(on-off)시키는 제1 스위칭 회로, 및 상기 제2 임피던스 트랜스포머 회로에 연결되어 상기 제2 임피던스 트랜스포머 회로의 신호전송라인을 온오프시키는 제2 스위칭 회로를 포함한다.A wireless communication terminal using a single antenna includes a power amplifier circuit that is electrically connected to an output terminal of a transmitter in the terminal to amplify an output signal, a low-noise amplifier that is electrically connected to the input terminal of the receiver, An antenna for transmitting or amplifying the amplified output signal; a power amplifier circuit connected in parallel to the power amplifier circuit and the antenna between the power amplifier circuit and the antenna, A first impedance transformer circuit that performs impedance matching with a predetermined first impedance value in a circuit direction, a second impedance transformer circuit that is connected in parallel to the low noise amplifier circuit and the antenna between the low noise amplifier circuit and the antenna, Towards the amplifier circuit A first impedance circuit connected to the first impedance transformer circuit for turning on and off a signal transmission line of the first impedance transformer circuit, a second impedance transformer circuit for performing impedance matching with a second impedance value defined by the first impedance transformer circuit, And a second switching circuit connected to the second impedance transformer circuit for turning on and off a signal transmission line of the second impedance transformer circuit.
Description
본 발명은 단일안테나를 이용하는 무선통신 단말기에 관한 것으로, 단일안테나 시스템을 구현할 때 필요한 스위칭 회로 구조에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wireless communication terminal using a single antenna and relates to a switching circuit structure required when a single antenna system is implemented.
최근에는 통신 방식으로 TDD(Time division duplex) 방식을 많이 이용한다. TDD 방식이란 송신단과 수신단이 동일한 주파수 대역에서 동작할 때, 송신단과 수신단이 동시에 구동되지 않고, 각 단이 정해진 시간 구분에서 따로 동작하는 방식을 의미한다. In recent years, TDD (Time Division Duplex) is widely used as a communication method. The TDD scheme refers to a scheme in which a transmitter and a receiver are not driven simultaneously when the transmitter and receiver operate in the same frequency band, and each receiver operates separately in a predetermined time period.
TDD 방식을 이용한 TDD 시스템의 사용 예에는 휴대폰 3G통신, IEEE 802.16 WiMAX, Wibro 등이 있다. TDD 시스템에서는 시스템이 수신 모드로 동작할 때, 송신기의 신호가 수신경로로 유입될 수 있다. 따라서 TDD 시스템에서는 송수신 분리도가 적절하지 않은 경우 수신감도가 많이 약화된다. TDD 시스템에서 송수신단의 분리를 위해서 다양한 스위치나 수동소자가 사용되고 있다. Examples of use of the TDD system using the TDD method include cellular phone 3G communication, IEEE 802.16 WiMAX, and Wibro. In the TDD system, when the system operates in the receive mode, the transmitter's signal can be introduced into the receive path. Therefore, in the TDD system, if the transmission / reception separation is not appropriate, the reception sensitivity is greatly degraded. Various switches or passive elements are used in the TDD system to separate the transmitting and receiving end.
그러나, 추가적인 스위치나 수동소자가 사용되는 경우에 회로의 크기가 증가할뿐만 아니라 칩(chip)의 제작 측면에서도 제조비용이 증가하는 문제점이 발생한다. 또한, 수동소자에서 발생하는 손실 때문에 회로의 전체적인 성능이 떨어지는 문제점이 발생한다. However, when an additional switch or a passive element is used, not only the size of the circuit increases but also the manufacturing cost increases in terms of manufacturing the chip. In addition, there is a problem that the overall performance of the circuit deteriorates due to the loss occurring in the passive element.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 스위치 기능을 수행함과 동시에 전력증폭기 출력단의 트랜스포머(transformer)와 저잡음증폭기 입력단의 트랜스포머(transformer)를 결합한 신호 송수신을 위한 무선통신 단말기를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a wireless communication terminal for transmitting and receiving signals by performing a switching function and combining a transformer at a power amplifier output stage and a transformer at a low noise amplifier input stage.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 안테나 시스템의 송수신단의 분리도를 최대한 높일 수 있도록 임피던스 트랜스포머(impedance transformer)를 이용하여 기저 신호(fundamental signal)에 대하여 송수신단 분리도를 최대한 증가시킨 무선통신 단말기를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a wireless communication terminal that maximizes the separation degree of a transmission signal and a reception terminal with respect to a fundamental signal by using an impedance transformer so as to maximize separation of transmission and reception ends of the antenna system, .
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상기 과제들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있다. It is to be understood, however, that the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and may be variously modified without departing from the technical spirit and scope of the present invention.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 단일안테나를 이용하는 무선통신 단말기는, 단일안테나를 이용하여 신호를 송수신하는 무선통신 단말기에 있어서, 상기 단말기 내의 송신단 출력부와 전기적으로 연결되어 출력신호를 증폭시키는 전력증폭기 회로(Power Amplifier circuit), 상기 단말기 내의 수신단 입력부와 전기적으로 연결되어 입력신호를 증폭시키는 저잡음증폭기 회로(Low Noise Amplifier circuit), 상기 증폭된 출력신호를 송신하거나 상기 입력신호를 수신하는 안테나, 상기 전력증폭기 회로와 상기 안테나 사이에 상기 전력증폭기 회로와 상기 안테나에 각각 병렬연결되고, 상기 전력증폭기 회로 방향으로 소정의 제1 임피던스 값으로 임피던스 매칭을 수행하는 제1 임피던스 트랜스포머 회로(Impedance Transformer circuit), 상기 저잡음증폭기 회로와 상기 안테나 사이에 상기 저잡음증폭기 회로와 상기 안테나에 각각 병렬연결되고, 상기 저잡음증폭기 회로 방향으로 소정의 제2 임피던스 값으로 임피던스 매칭을 수행하는 제2 임피던스 트랜스포머 회로, 상기 제1 임피던스 트랜스포머 회로에 연결되어 상기 제1 임피던스 트랜스포머 회로의 신호전송라인을 온오프(on-off)시키는 제1 스위칭 회로, 및 상기 제2 임피던스 트랜스포머 회로에 연결되어 상기 제2 임피던스 트랜스포머 회로의 신호전송라인을 온오프시키는 제2 스위칭 회로를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a wireless communication terminal for transmitting and receiving signals using a single antenna, the wireless communication terminal including a single antenna, A low noise amplifier circuit that is electrically connected to a receiving end input unit in the terminal to amplify an input signal, and a low noise amplifier circuit that transmits the amplified output signal or receives the input signal A first impedance transformer circuit (Impedance) connected in parallel to the power amplifier circuit and the antenna, between the power amplifier circuit and the antenna, for performing impedance matching with a predetermined first impedance value in the direction of the power amplifier circuit, A transformer circuit, A second impedance transformer circuit connected in parallel to the low noise amplifier circuit and the antenna between the low noise amplifier circuit and the antenna and performing impedance matching with a predetermined second impedance value in the direction of the low noise amplifier circuit, A first switching circuit connected to the first impedance transformer circuit to turn on and off the signal transmission line of the first impedance transformer circuit and a second switching circuit connected to the second impedance transformer circuit to turn on and off the signal transmission line of the second impedance transformer circuit And a second switching circuit.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 스위칭 회로가 스위치-오프(switch-off)된 경우에 상기 제2 스위칭 회로가 스위치-온(switch-on)될 수 있다. In an embodiment of the present invention, the second switching circuit may be switched-on when the first switching circuit is switched off.
본 발명의 실시예에서, 상기 제2 임피던스 트랜스포머 회로와 상기 제2 스위칭 회로는, 상기 제2 스위칭 회로가 스위치-온(switch-on)된 경우에 상기 저잡음증폭기 회로와 상기 안테나를 전기적으로 분리(isolation)시킬 수 있다. In an embodiment of the present invention, the second impedance transformer circuit and the second switching circuit electrically isolate the low-noise amplifier circuit and the antenna when the second switching circuit is switched-on isolation.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 임피던스 값은 50옴(ohm)으로 임피던스 매칭될 수 있다. In an embodiment of the present invention, the first impedance value may be impedance matched to 50 ohms.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 임피던스 트랜스포머 회로에서 상기 전력증폭기 회로 방향으로 신호가 전달될 수 있다. In an embodiment of the present invention, a signal may be transmitted in the direction of the power amplifier circuit from the first impedance transformer circuit.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 스위칭 회로가 스위치-온(switch-on)된 경우에 상기 제2 스위칭 회로가 스위치-오프(switch-off)될 수 있다. In an embodiment of the present invention, the second switching circuit may be switched off when the first switching circuit is switched-on.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 임피던스 트랜스포머 회로와 상기 제1 스위칭 회로는, 상기 제1 스위칭 회로가 스위치-온(switch-on)된 경우에 상기 전력증폭기 회로와 상기 안테나를 전기적으로 분리(isolation)시킬 수 있다. In an embodiment of the present invention, the first impedance transformer circuit and the first switching circuit electrically isolate the power amplifier circuit and the antenna when the first switching circuit is switched-on isolation.
본 발명의 실시예에서, 상기 제2 임피던스 값은 50옴(ohm)으로 임피던스 매칭될 수 있다. In an embodiment of the present invention, the second impedance value may be impedance matched to 50 ohms.
본 발명의 실시예에서, 상기 제2 임피던스 트랜스포머 회로에서 상기 저잡음증폭기 회로 방향으로 신호가 전달될 수 있다. In an embodiment of the present invention, a signal may be transmitted from the second impedance transformer circuit to the low noise amplifier circuit.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 스위칭 회로는 제1 NMOS 트랜지스터와 제2 NMOS 트랜지스터를 포함하고, 상기 제1 NMOS 트랜지스터와 상기 제2 NMOS 트랜지스터는 공통 소스 노드를 가질 수 있다. In an embodiment of the present invention, the first switching circuit includes a first NMOS transistor and a second NMOS transistor, and the first NMOS transistor and the second NMOS transistor may have a common source node.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 스위칭 회로는 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 게이트 노드 및 상기 제2 NMOS 트랜지스터의 게이트 노드의 전압을 제어하여 스위칭 동작을 수행할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the first switching circuit may perform a switching operation by controlling a voltage of a gate node of the first NMOS transistor and a gate node of the second NMOS transistor.
본 발명의 실시예에서, 상기 제2 스위칭 회로는 제3 NMOS 트랜지스터를 포함하고, 상기 제2 스위칭 회로는 상기 제3 NMOS 트랜지스터의 게이트 노드의 전압을 제어하여 스위칭 동작을 수행할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the second switching circuit includes a third NMOS transistor, and the second switching circuit may perform a switching operation by controlling a voltage of a gate node of the third NMOS transistor.
본 발명의 실시예에서, 상기 저잡음증폭기 회로와 상기 안테나를 전기적으로 분리시키는 경우에, 제1 λ/4 라인(λ: 파장)을 이용하여 상기 제2 임피던스 값을 증가시키고, 상기 제1 λ/4 라인은 상기 제2 임피던스 트랜스포머 회로에 포함될 수 있다. In the embodiment of the present invention, in the case of electrically separating the low noise amplifier circuit and the antenna, the second impedance value is increased by using a first? / 4 line (?: Wavelength) 4 lines may be included in the second impedance transformer circuit.
본 발명의 실시예에서, 상기 전력증폭기 회로와 상기 안테나를 전기적으로 분리시키는 경우에, 제2 λ/4 라인을 이용하여 상기 제1 임피던스 값을 증가시키고, 상기 제2 λ/4 라인은 상기 제1 임피던스 트랜스포머 회로에 포함될 수 있다. In an embodiment of the present invention, in the case of electrically separating the power amplifier circuit and the antenna, the first? / 4 line is used to increase the first impedance value, 1 < / RTI > impedance transformer circuit.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Other specific details of the invention are included in the detailed description and drawings.
본 발명의 실시예에 따른 무선통신 단말기를 이용하면, 무선통신을 위한 칩 설계시에 트랜스포머가 차지하는 면적을 감소시킬 수 있다. 일반적으로, 주파수가 증가할수록 트랜스포머 또는 인덕터가 칩 내에서 차지하는 면적이 증가한다. 그러나, 본 발명에 따르면, 전력증폭기의 출력단 임피던스 매칭, 밸룬(balun) 기능을 위한 트랜스포머와 저잡음증폭기의 입력단 임피던스 매칭, 밸룬 기능을 위한 트랜스포머를 결합할 수 있기 때문에 트랜스포머가 칩 내에서 차지하는 면적을 감소시킬 수 있다. The use of the wireless communication terminal according to the embodiment of the present invention can reduce the area occupied by the transformer when designing a chip for wireless communication. Generally, as the frequency increases, the area occupied by the transformer or inductor in the chip increases. However, according to the present invention, it is possible to combine the output impedance matching of a power amplifier, a transformer for a balun function and an input impedance matching of a low noise amplifier, and a transformer for a balun function, thereby reducing the area occupied by the transformer in the chip .
또한, 일반적으로 SPDT(Single Pole Double Throw) 스위치는 직렬 스위치를 이용하기 때문에 손실을 줄이기 위하여 스위치의 크기를 키워야 하지만, 본 발명의 실시예에 따른 무선통신 단말기에서 이용하는 스위치 회로의 경우는 전력증폭기와 저잡음증폭기 사이의 분리도(isolation)가 더 중요하기 때문에 스위치 크기를 최소로 설계할 수 있다. In addition, in order to reduce the loss, the size of the switch must be increased because a single pole double throw (SPDT) switch uses a serial switch. However, in the case of a switch circuit used in a wireless communication terminal according to an embodiment of the present invention, Since the isolation between the low noise amplifiers is more important, the switch size can be minimized.
다만, 본 발명의 효과는 상기 효과들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있다. However, the effects of the present invention are not limited to the above effects, and can be variously extended without departing from the spirit and scope of the present invention.
도 1은 본 발명과의 비교를 위한 종래의 TDD 시스템의 안테나 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 TDD 시스템의 안테나 시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스위치 구조를 포함하는 단일안테나 시스템을 도시한 도면이다.
도 4는 일반적인 무선통신 시스템에서 기지국의 블록 구성을 도시한 도면이다.1 is a diagram showing an antenna system of a conventional TDD system for comparison with the present invention.
2 is a diagram illustrating an antenna system of a TDD system according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a single antenna system including a switch structure according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram of a base station in a general wireless communication system.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and the manner of achieving them, will be apparent from and elucidated with reference to the embodiments described hereinafter in conjunction with the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이러한 용어는 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다. Although the first, second, etc. are used to describe various components, these components are not limited by these terms. These terms are used only to distinguish one component from another. Therefore, the first component mentioned below may be the second component within the technical spirit of the present invention.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that the terms "comprises" and / or "comprising" used in the specification are intended to be inclusive in a manner similar to the components, steps, operations, and / Or additions.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In addition, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings. The same reference numerals are used for the same constituent elements in the drawings and redundant explanations for the same constituent elements are omitted.
일반적인 단일안테나(one antenna) 시스템(즉, TDD 시스템)에서는 전력증폭기와 SPDT(Single Pole Double Throw) 스위치, 그리고 저잡음증폭기가 나란히 배치되고, 전력증폭기의 출력단 임피던스 매칭과 밸룬(balun) 기능을 위하여 전력증폭기와 SPDT 스위치 사이에 트랜스포머(transformer)가 배치된다. In a typical single antenna system (ie, a TDD system), a power amplifier, a single pole double throw (SPDT) switch, and a low noise amplifier are arranged side by side. In order to match the output stage impedance of the power amplifier and balun function, A transformer is placed between the amplifier and the SPDT switch.
마찬가지로 저잡음증폭기와 SPDT 스위치 사이에도 입력단 임피던스 매칭과 밸룬(balun) 기능을 위하여 저잡음증폭기와 SPDT 스위치 사이에 트랜스포머가 배치된다. 이와 같은 방법으로 칩을 설계하면 트랜스포머와 SPDT 스위치가 최종 출력단의 면적의 대부분을 차지하게 되고, 칩의 크기가 매우 커지는 문제점이 발생한다. Likewise, a transformer is placed between the low noise amplifier and the SPDT switch for input impedance matching and balun functions between the low noise amplifier and the SPDT switch. When the chip is designed in this way, the transformer and the SPDT switch occupy most of the area of the final output stage, and the chip size becomes very large.
따라서, 본 발명에 따른 기술적 사상은 스위치 회로와 전력증폭기의 출력단 트랜스포머와 저잡음증폭기의 입력단 트랜스포머를 서로 결합하여 이들이 칩에서 차지하는 면적을 최소화하고, 칩의 제조비용을 감소시키는데 그 목적이 있다. Therefore, the technical idea of the present invention is to combine the switch circuit, the output stage transformer of the power amplifier and the input stage transformer of the low noise amplifier to minimize the area occupied by the switch circuit and the input stage transformer of the low noise amplifier, and to reduce the manufacturing cost of the chip.
본 발명의 기술적 사상에 따른 스위치 회로를 이용하여 스위칭 동작을 구현하면, 전력증폭기와 저잡음증폭기 사이의 분리도(isolation)를 증가시킬 수 있으며, 전력증폭기의 출력단 임피던스 매칭을 위한 트랜스포머와 저잡음증폭기의 입력단 임피던스 매칭을 위한 트랜스포머를 결합하여 트랜스포머의 전체 사이즈를 매우 작은 사이즈로 구현할 수 있다. The switching operation using the switch circuit according to the technical idea of the present invention can increase the isolation between the power amplifier and the low noise amplifier and improve the isolation between the transformer for the output terminal impedance matching of the power amplifier and the input terminal of the low noise amplifier By incorporating a transformer for impedance matching, the entire size of the transformer can be realized in a very small size.
이하에서는, 도면들을 참고하여 본 발명의 기술적 사상에 대하여 설명한다. Hereinafter, the technical idea of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 1은 본 발명과의 비교를 위한 종래의 TDD 시스템의 안테나 시스템을 도시한 도면이다. 1 is a diagram showing an antenna system of a conventional TDD system for comparison with the present invention.
종래의 TDD 시스템에 포함된 안테나 시스템에서는 전력증폭기(101)와 SPDT 스위치(102), 그리고 저잡음증폭기(103)가 나란히 배치되고, 전력증폭기(101)의 출력단 임피던스 매칭과 밸룬(balun) 기능을 위한 트랜스포머(104)가 전력증폭기(101)와 SPDT 스위치(102) 사이에 배치된다. In the antenna system included in the conventional TDD system, the
마찬가지로, 저잡음증폭기(103)와 SPDT 스위치(102) 사이에, 저잡음증폭기(103)의 입력단 임피던스 매칭과 밸룬 기능을 위한 트랜스포머(105)가 배치된다. Likewise, a
SPDT 스위치(102)의 스위칭 동작에 의해, 안테나(A)는 전력증폭기(101) 방향 또는 저잡음증폭기(103) 방향으로 연결되어 출력신호를 송신하거나 입력신호를 수신할 수 있다. By the switching operation of the
이러한 방식으로 칩을 설계하면, 트랜스포머(104, 105)와 SPDT 스위치(102)가 안테나(A)에 연결되는 최종 출력단의 면적의 대부분을 차지하게 되며, 전체적으로 신호 송수신을 위한 칩의 사이즈가 증가하게 된다. When the chip is designed in this manner, the
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 TDD 시스템의 안테나 시스템을 도시한 도면이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스위치 구조를 포함하는 단일안테나 시스템을 도시한 도면이다. 2 is a diagram illustrating an antenna system of a TDD system according to an embodiment of the present invention. 3 is a diagram illustrating a single antenna system including a switch structure according to an embodiment of the present invention.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 TDD 시스템으로서, 제1 및 제2 임피던스 트랜스포머 회로(205, 206)가 그라운드(ground) 전극 및 안테나(A)에 연결된 하나의 코일을 기준으로 병렬 혼합구조를 이용하여 결합된 구조가 나타나 있다. Referring to FIGS. 2 and 3, in a TDD system according to an embodiment of the present invention, first and second
그리고, 전력증폭기 회로(201) 출력단의 제1 스위칭 회로(202)와 제1 임피던스 트랜스포머 회로(205)는 전력증폭기 회로(201)와 저잡음증폭기 회로(203)의 분리도(isolation)를 확보하기 위해 추가된다. The
또한, 저잡음증폭기 회로(203) 입력단의 제2 스위칭 회로(204)와 제2 임피던스 트랜스포머 회로(206)는 전력증폭기 회로(201)와 저잡음증폭기 회로(203)의 분리도(isolation)를 확보하기 위해 추가된다. The
구체적으로, 본 발명은 단일안테나(A)를 이용하여 신호를 송수신하는 TDD 시스템에 적용되는 예시로서, 전력증폭기 회로(201)는 무선통신 단말기 내의 송신단 출력부와 전기적으로 연결되어 안테나(A)를 통해 송신되는 출력신호를 증폭시키는 역할을 한다. 저잡음증폭기 회로(203)는 상기 무선통신 단말기 내의 수신단 입력부와 전기적으로 연결되어 안테나(A)를 통해 수신되는 입력신호를 증폭시키는 역할을 한다. Specifically, the present invention is an example applied to a TDD system that transmits and receives signals using a single antenna A. The power amplifier circuit 201 is electrically connected to a transmitting end output unit in a wireless communication terminal, And amplifies the output signal transmitted through the antenna. The low
안테나(A)는 증폭된 출력신호를 송신하거나, 입력신호를 수신한다. The antenna A transmits the amplified output signal or receives the input signal.
제1 임피던스 트랜스포머 회로(205)는 전력증폭기 회로(201)와 안테나(A) 사이에서, 전력증폭기 회로(201)와 안테나(A)에 각각 병렬연결되고, 전력증폭기 회로(201) 방향으로 소정의 제1 임피던스 값으로 임피던스 매칭을 수행한다. 예를 들어, 소정의 제1 임피던스 값은 50옴(ohm)일 수 있다. The first
제2 임피던스 트랜스포머 회로(206)는 저잡음증폭기 회로(203)와 안테나(A) 사이에서, 저잡음증폭기 회로(203)와 안테나(A)에 각각 병렬연결되고, 저잡음증폭기 회로(203) 방향으로 소정의 제2 임피던스 값으로 임피던스 매칭을 수행한다. 예를 들어, 소정의 제2 임피던스 값은 50옴(ohm)일 수 있다. The second
제1 스위칭 회로(202)는 제1 임피던스 트랜스포머 회로(205)에 연결되어 제1 임피던스 트랜스포머 회로(205)의 신호전송라인을 온오프(on-off)시킨다. 예를 들어, 제1 스위칭 회로(202)는 제1 NMOS 트랜지스터(NMOS1)와 제2 NMOS 트랜지스터(NMOS2)를 포함하고, 제1 NMOS 트랜지스터(NMOS1)와 제2 NMOS 트랜지스터(NMOS2)는 공통 소스 노드를 가질 수 있다. 제1 스위칭 회로(202)는 제1 NMOS 트랜지스터(NMOS1)의 게이트 노드 및 제2 NMOS 트랜지스터(NMOS2)의 게이트 노드의 전압을 제어하여 스위칭 동작을 수행할 수 있다. The
제2 스위칭 회로(204)는 제2 임피던스 트랜스포머 회로(206)에 연결되어 제2 임피던스 트랜스포머 회로(206)의 신호전송라인을 온오프시킨다. 예를 들어, 제2 스위칭 회로(204)는 제3 NMOS 트랜지스터(NMOS3)를 포함하고, 제2 스위칭 회로(204)는 제3 NMOS 트랜지스터(NMOS3)의 게이트 노드의 전압을 제어하여 스위칭 동작을 수행할 수 있다. The
안테나(A) 및 제1, 제2 스위칭 회로(202, 204)의 동작에 관하여 설명하면, (1) 안테나(A)로 전력증폭기 회로(201)의 출력신호가 전송될 때에는, 전력증폭기 회로(201) 방향의 제1 스위칭 회로(202)는 스위치-오프 상태이고, 저잡음증폭기 회로(203) 방향의 제2 스위칭 회로(204)는 스위치-온 상태이다. 이러한 동작환경에서는 전력증폭기 회로(201) 방향의 제1 스위칭 회로(202) 쪽으로는 신호가 전달되지 않는다. 반면에, 저잡음증폭기 회로(203) 방향의 제2 스위칭 회로(204) 쪽으로는 신호가 전달되며, 기저 신호(fundamental signal)에 대해서는 제2 스위칭 회로(204) 중간의 가상 그라운드(virtual ground) 전극으로부터 4:1 임피던스 매칭을 위한 제2 임피던스 트랜스포머 회로(206)에 의하여 고-임피던스(high impedance)가 보이게 된다. 이러한 효과로 인하여 병렬형 임피던스 트랜스포머 회로에서 저잡음증폭기 회로(203) 방향으로는 고-임피던스(high impedance)가 보여 커플링이 되지 않고, 전력증폭기 회로(201) 방향으로는 50Ω 임피던스 매칭이 되어있기 때문에, 전력증폭기 회로(201) 방향으로 신호가 잘 전달된다. The operation of the antenna A and the first and
(2) 안테나(A)로부터 저잡음증폭기 회로(203)로 전송되는 입력신호를 수신할 때에는, 전력증폭기 회로(201) 방향의 제1 스위칭 회로(202)는 스위치-온 상태이고, 저잡음증폭기 회로(203) 방향의 제2 스위칭 회로(204)는 스위치-오프 상태이다. 그리고, 동작에 관해서는 (1)에서 설명한 동작원리와 동일하다. 제1 임피던스 트랜스포머 회로(205)에 의하여 고-임피던스(high impedance)가 전력증폭기 회로(201) 방향으로 보이게 되고, 이로 인하여 전력증폭기 회로(201) 방향으로는 커플링이 되지 않는다. 저잡음증폭기 회로(203) 방향으로는 50Ω 임피던스 매칭이 되어있기 때문에, 저잡음증폭기 회로(203) 방향으로는 신호가 잘 전달된다. (2) When receiving the input signal transmitted from the antenna A to the low
본 발명의 기술적 사상에 따르면, 제1 스위칭 회로(202)가 스위치-오프된 경우에 제2 스위칭 회로(204)가 스위치-온되며, 제2 임피던스 트랜스포머 회로(206)와 제2 스위칭 회로(204)는, 제2 스위칭 회로(204)가 스위치-온된 경우에 저잡음증폭기 회로(203)와 안테나(A)를 전기적으로 분리(isolation)시킨다. 이때, 제1 임피던스 트랜스포머 회로(205)에서 전력증폭기 회로(201) 방향으로 신호가 전달된다. According to the technical idea of the present invention, when the
그리고, 제1 스위칭 회로(202)가 스위치-온된 경우에 제2 스위칭 회로(204)가 스위치-오프되며, 제1 임피던스 트랜스포머 회로(205)와 제1 스위칭 회로(202)는, 제1 스위칭 회로(202)가 스위치-온된 경우에 전력증폭기 회로(201)와 안테나(A)를 전기적으로 분리(isolation)시킨다. 이때, 제2 임피던스 트랜스포머 회로(206)에서 저잡음증폭기 회로(203) 방향으로 신호가 전달된다. When the
실제 real 적용예Application example
5G 시스템에서는 TDD 시스템을 사용할 예정이며, 송신단과 수신단이 하나의 안테나를 공유할 예정이다. 이 경우 송신단과 수신단의 분리도(isolation)가 중요해지기 때문에 분리도를 증가시킬 수 있는 스위치나 수동소자 등이 필요하다. 본 발명의 기술적 사상을 적용하면 송신단과 수신단의 분리도를 증가시킬 수 있을뿐만 아니라, 송신단과 수신단의 트랜스포머와 스위칭 회로를 병렬연결에 의해 하나로 결합할 수 있다. 따라서, 본 발명은 TDD 시스템, 단일안테나 시스템 등에 적용가능하다. In the 5G system, the TDD system will be used, and the transmitter and the receiver will share one antenna. In this case, since isolation between the transmitting end and the receiving end becomes important, a switch or a passive element capable of increasing the separation degree is required. According to the technical idea of the present invention, it is possible not only to increase the degree of separation between the transmitting end and the receiving end, but also to combine the transformer and the switching circuit of the transmitting end and the receiving end by a parallel connection. Therefore, the present invention is applicable to a TDD system, a single antenna system, and the like.
시장성 측면은 향후 매우 중요하다고 판단된다. 일반적인 통신 LTE, WLAN, 향후 사용될 5G 통신의 경우에 TDD 시스템을 이용할 예정이다. TDD 시스템에서는 송신단과 수신단의 분리도(isolation) 문제 때문에 반드시 스위치 구조가 필요하며, 이러한 측면에서 본 발명이 이용될 가능성이 매우 높고, 시장성이 매우 좋다고 판단된다. The marketability is very important in the future. Typical communications LTE, WLAN and future 5G communications will use the TDD system. In the TDD system, a switch structure is necessarily required due to a problem of isolation between a transmitting end and a receiving end. In this respect, the present invention is highly likely to be used, and the marketability is very good.
통신 칩 설계시 설계 주파수가 올라감에 따라 칩의 대부분은 면적은 TLT가 차지한다. 본 발명의 기술적 사상을 적용시 삽입 손실을 줄일 수 있을뿐만 아니라, 전력증폭기단의 출력 TLT, 저잡음증폭기단의 입력 TLT, 안테나 입력 TLT를 하나로 집적할 수 있어 전체적인 칩의 크기를 현저하게 줄일 수 있다. 칩의 크기를 줄일 수 있기 때문에 칩의 가격을 낮출 수 있으며, 경쟁 업체에 비하여 경쟁력이 있다. As the design frequency increases in the design of the communication chip, most of the chip occupies the area of TLT. The insertion loss can be reduced, and the output TLT of the power amplifier stage, the input TLT of the low-noise amplifier stage, and the antenna input TLT can be integrated into one, so that the size of the overall chip can be remarkably reduced . Because it can reduce chip size, it can lower chip price and is more competitive than competitors.
5G 통신기술 관련된 사업화가 진행될 경우, 본 발명에 따른 기술을 적용하여 기업화가 진행될 수 있으며, 통신 칩을 설계 및 제조하는 기업들에 이용될 수 있는 발명이다. When commercialization related to 5G communication technology is proceeded, the technology according to the present invention can be applied for commercialization, and it can be used in companies that design and manufacture communication chips.
이하에서는, 상술한 본 발명의 기술적 사상에 따른 TDD 시스템이 적용되는 통신시스템에 대하여 설명한다. Hereinafter, a communication system to which the TDD system according to the technical idea of the present invention described above is applied will be described.
도 4는 일반적인 무선통신 시스템에서 기지국의 블록 구성을 도시한 도면이다. 도 4는 TDD 방식을 이용한 기지국의 블록 구성을 도시하고 있다. 도 4를 참조하면, 송신 동작 시, 정보 비트열은 기저대역 처리부(310)에서 부호화 및 복조되어 기저대역 디지털 신호로 변환되고, IF(Intermediate) 처리부(320)는 상기 기저대역 디지털 신호를 중간 주파수 대역 아날로그 신호로 변환한다. 이후, 상기 중간 주파수 대역 아날로그 신호는 RF 대역 신호로 변환되어 RF 처리부(330)에서 안테나를 통해 송신된다. 4 is a block diagram of a base station in a general wireless communication system. 4 shows a block configuration of a base station using the TDD scheme. Referring to FIG. 4, in the transmission operation, the information bit stream is encoded and demodulated by the
여기서, RF 처리부(330)의 구성을 자세히 살펴보면, RF 처리부(330)는 PA(Power Amplifier)(331), LNA(Low Noise Amplifier)(333), 시간 분할 복신기(334)를 포함하여 구성된다. PA(331)는 송신되는 신호를 증폭하고, LNA(333)는 수신되는 신호를 증폭한다. 시간 분할 복신기(334)는 스위치(335) 및 대역필터(336)를 포함한다. 스위치(335)는 송신 시간 동안 PA(331)와 대역필터(336)를 연결하고, 수신 시간 동안 LNA(333)와 대역필터(336)를 연결한다. 대역필터(336)는 송신 및 수신에 사용되는 주파수 대역 외의 신호를 차단한다. 따라서, 기지국은 스위치(335)의 스위칭 동작으로 인해 시간 구간으로 분류된 송신 및 수신을 수행할 수 있다.The
본 발명의 기술적 사상은 RF 및 마이크로웨이브 대역의 단일안테나 시스템(통신, 레이다)에서 사용되는 스위칭 회로 구조에 관한 것이다. 단일안테나 시스템은 전력증폭기의 출력단과 저잡음증폭기의 수신단에 각각 안테나를 사용하지 않고 1개의 안테나를 공유하는 시스템이다. 이 경우, 전력증폭기에서 신호가 출력될 때 저잡음증폭기단으로 신호가 전송되는 것을 방지해야 하고, 반대로 수신부에서 외부신호를 받을 때 신호가 전력증폭기 단으로 전송되는 것을 방지해야 한다. 이를 위해서 스위칭 회로가 필요하다. The technical idea of the present invention relates to a switching circuit structure used in a single antenna system (communication, radar) in RF and microwave bands. The single antenna system is a system that shares one antenna without using an antenna at the output end of the power amplifier and at the receiving end of the low noise amplifier. In this case, it is necessary to prevent the signal from being transmitted to the low noise amplifier stage when the signal is outputted from the power amplifier, and to prevent the signal from being transmitted to the power amplifier stage when receiving the external signal from the receiving section. To do this, a switching circuit is required.
도 3에 도시된 본 발명의 기술적 사상에 따른 스위칭 회로 구조를 적용한다면, 전력증폭기단의 외부 임피던스 매칭과 밸룬 기능을 위한 트랜스포머와 저잡음증폭기단의 입력 임피던스 매칭과 밸룬 기능을 위한 트랜스포머를 결합할 수 있다. 이를 통해, 상대적으로 작은 사이즈로 단일안테나 시스템의 최종단을 설계할 수 있다.3, it is possible to combine the transformer for the external impedance matching of the power amplifier stage and the balun function and the transformer for the input impedance matching of the low-noise amplifier stage and the balun function, by applying the switching circuit structure according to the technical idea of the present invention shown in FIG. have. This allows the final stage of a single antenna system to be designed with a relatively small size.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, You will understand. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.
201: 전력증폭기 회로
202: 제1 스위칭 회로
203: 저잡음증폭기 회로
204: 제2 스위칭 회로
205: 제1 임피던스 트랜스포머 회로
206: 제2 임피던스 트랜스포머 회로201: Power amplifier circuit
202: first switching circuit
203: Low Noise Amplifier Circuit
204: second switching circuit
205: First Impedance Transformer Circuit
206: Second Impedance Transformer Circuit
Claims (5)
상기 단말기 내의 송신단 출력부와 전기적으로 연결되어 출력신호를 증폭시키는 전력증폭기 회로(Power Amplifier circuit);
상기 단말기 내의 수신단 입력부와 전기적으로 연결되어 입력신호를 증폭시키는 저잡음증폭기 회로(Low Noise Amplifier circuit);
상기 증폭된 출력신호를 송신하거나 상기 입력신호를 수신하는 안테나;
상기 전력증폭기 회로와 상기 안테나 사이에 상기 전력증폭기 회로와 상기 안테나에 각각 병렬연결되고, 상기 전력증폭기 회로 방향으로 소정의 제1 임피던스 값으로 임피던스 매칭을 수행하는 제1 임피던스 트랜스포머 회로(Impedance Transformer circuit);
상기 저잡음증폭기 회로와 상기 안테나 사이에 상기 저잡음증폭기 회로와 상기 안테나에 각각 병렬연결되고, 상기 저잡음증폭기 회로 방향으로 소정의 제2 임피던스 값으로 임피던스 매칭을 수행하는 제2 임피던스 트랜스포머 회로;
상기 제1 임피던스 트랜스포머 회로에 연결되어 상기 제1 임피던스 트랜스포머 회로의 신호전송라인을 온오프(on-off)시키는 제1 스위칭 회로; 및
상기 제2 임피던스 트랜스포머 회로에 연결되어 상기 제2 임피던스 트랜스포머 회로의 신호전송라인을 온오프시키는 제2 스위칭 회로;를 포함하고,
상기 제1 임피던스 트랜스포머 회로와 상기 제2 임피던스 트랜스포머 회로는 그라운드 전극 및 상기 안테나에 연결된 하나의 코일을 기준으로 병렬 혼합 구조를 형성하며,
상기 제1 스위칭 회로는 제1 트랜지스터와 제2 트랜지스터를 포함하여 상기 제1 트랜지스터의 게이트 노드 및 상기 제2 트랜지스터의 게이트 노드의 전압을 제어하여 스위칭 동작을 수행하며,
상기 제2 스위칭 회로는 제3 트랜지스터를 포함하여 상기 제3 트랜지스터의 게이트 노드의 전압을 제어하여 스위칭 동작을 수행하고,
상기 무선통신 단말기는 제1 모드 또는 제2 모드로 동작가능하며,
상기 제1 모드는 상기 안테나로 상기 전력증폭기 회로의 상기 출력신호가 전송되는 모드이고,
상기 제1 모드에 따르면, 상기 제1 스위칭 회로가 스위치-오프(switch-off)된 상태에서 상기 제2 스위칭 회로가 스위치-온(switch-on)되고, 상기 제2 임피던스 트랜스포머 회로와 상기 제2 스위칭 회로는, 상기 제2 스위칭 회로가 스위치-온(switch-on)된 경우에 상기 저잡음증폭기 회로와 상기 안테나를 전기적으로 분리(isolation)시키고, 상기 제1 임피던스 트랜스포머 회로에서 상기 전력증폭기 회로 방향으로 신호가 전달되는 것이고, 상기 저잡음증폭기 회로와 상기 안테나를 전기적으로 분리시키는 과정에서, 제1 λ/4 라인(λ: 파장)을 이용하여 상기 제2 임피던스 값을 증가시키고, 상기 제1 λ/4 라인은 상기 제2 임피던스 트랜스포머 회로에 포함되어 상기 제2 임피던스 트랜스포머 회로가 상대적으로 고-임피던스(high impedance)가 됨으로서 상기 전력증폭기 회로 방향으로 신호가 잘 전달되며,
상기 제2 모드는 상기 안테나로부터 상기 저잡음증폭기 회로로 전송되는 상기 입력신호를 수신하는 모드이고,
상기 제2 모드에 따르면, 상기 제1 스위칭 회로가 스위치-온(switch-on)된 상태에서 상기 제2 스위칭 회로가 스위치-오프(switch-off)되고, 상기 제1 임피던스 트랜스포머 회로와 상기 제1 스위칭 회로는, 상기 제1 스위칭 회로가 스위치-온(switch-on)된 경우에 상기 전력증폭기 회로와 상기 안테나를 전기적으로 분리(isolation)시키고, 상기 제2 임피던스 트랜스포머 회로에서 상기 저잡음증폭기 회로 방향으로 신호가 전달되는 것이고, 상기 전력증폭기 회로와 상기 안테나를 전기적으로 분리시키는 과정에서, 제2 λ/4 라인을 이용하여 상기 제1 임피던스 값을 증가시키고, 상기 제2 λ/4 라인은 상기 제1 임피던스 트랜스포머 회로에 포함되어 상기 제1 임피던스 트랜스포머 회로가 상대적으로 고-임피던스(high impedance)가 됨으로서 상기 저잡음증폭기 회로 방향으로 신호가 잘 전달되는,
단일안테나를 이용하는 무선통신 단말기.A wireless communication terminal for transmitting and receiving signals using a single antenna,
A power amplifier circuit electrically connected to a transmitting end output unit in the terminal to amplify an output signal;
A Low Noise Amplifier circuit electrically connected to a receiving end input part of the terminal to amplify an input signal;
An antenna for transmitting the amplified output signal or receiving the input signal;
A first impedance transformer circuit connected between the power amplifier circuit and the antenna in parallel with the power amplifier circuit and the antenna and performing impedance matching with a predetermined first impedance value in the direction of the power amplifier circuit, ;
A second impedance transformer circuit connected between the low noise amplifier circuit and the antenna in parallel with the low noise amplifier circuit and the antenna and performing impedance matching with a predetermined second impedance value in the direction of the low noise amplifier circuit;
A first switching circuit connected to the first impedance transformer circuit for turning on and off a signal transmission line of the first impedance transformer circuit; And
And a second switching circuit connected to the second impedance transformer circuit for turning on and off a signal transmission line of the second impedance transformer circuit,
Wherein the first impedance transformer circuit and the second impedance transformer circuit form a parallel mixing structure based on a ground electrode and one coil connected to the antenna,
Wherein the first switching circuit includes a first transistor and a second transistor to control a voltage of a gate node of the first transistor and a gate node of the second transistor to perform a switching operation,
The second switching circuit includes a third transistor to control a voltage of a gate node of the third transistor to perform a switching operation,
The wireless communication terminal is operable in a first mode or a second mode,
The first mode is a mode in which the output signal of the power amplifier circuit is transmitted to the antenna,
According to the first mode, the second switching circuit is switched-on in a state where the first switching circuit is switched off, and the second impedance transformer circuit and the second The switching circuit is configured to electrically isolate the low noise amplifier circuit and the antenna when the second switching circuit is switched on and to switch the first impedance transformer circuit from the first impedance transformer circuit to the power amplifier circuit direction Wherein the second impedance value is increased by using a first? / 4 line (?: Wavelength) in the process of electrically separating the low noise amplifier circuit and the antenna, and the first? / 4 Line is included in the second impedance transformer circuit so that the second impedance transformer circuit is relatively high impedance so that the power amplifier circuit direction The signal is transmitted to the well,
The second mode is a mode for receiving the input signal transmitted from the antenna to the low noise amplifier circuit,
According to the second mode, the second switching circuit is switched off in a state where the first switching circuit is switched-on, and the first impedance transformer circuit and the first The switching circuit is configured to electrically isolate the power amplifier circuit and the antenna when the first switching circuit is switched-on, and to electrically isolate the power amplifier circuit from the second impedance transformer circuit in the direction of the low- / 4 line is used to increase the first impedance value, and in the process of electrically separating the power amplifier circuit and the antenna, the second? / 4 line is used to increase the first impedance value using the second? / 4 line, The first impedance transformer circuit is included in the impedance transformer circuit and becomes a relatively high impedance so that the signal in the direction of the low noise amplifier circuit Well delivered,
A wireless communication terminal using a single antenna.
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