CN101860375B - 无线通信装置 - Google Patents

Abstract

一种无线通信装置，包含天线、收发器、匹配电路以及控制电路。匹配电路电性连接于天线与收发器之间。控制电路分别与匹配电路以及收发器电性连接。收发器利用天线收发至少一频段的通信信号。匹配电路包含可调电容模块，可调电容模块包含压变电容器、定电容器以及电子开关，定电容器与电子开关串联并进一步与压变电容器并联。控制电路根据不同频段而产生控制信号分别用以控制压变电容器以及电子开关，进而调整可调电容模块的匹配电容值。本发明可进一步通过模拟方式的电压控制信号以及数字方式的开关控制信号，分别以不同幅度控制匹配电路的匹配电容值，由此匹配电路的匹配电容值可具有较大的可变范围，以扩展无线通信装置的应用功能范围。

Description

无线通信装置

技术领域

本发明涉及一种无线通信装置，特别涉及一种具有可调整的匹配电路的无线通信装置。

背景技术

近年来，随着消费性电子产品的迅速发展，各种无线传输的通信装置日渐普及，例如手机、个人数字助理(personal digital assistant,PDA)、全球定位系统(global positioning system,GPS)、笔记本电脑以及便携式连网电脑(netbook)等。为了增加使用者携带移动通信装置的便利性，设计者都希望尽量缩小无线通信装置中的天线的体积。一般而言，天线体积愈小，天线就愈难设计，尤其是在低频段的部分。

然而，现今无线通信装置的应用功能日益多元，其接收的信号可能包含广播电波、无线网络、手机通信、数字电视等各种不同信号频段。因此，为了涵盖所有可能传送/接收的信号的频段，在无线通信装置内部通常设置有匹配电路，无线通信装置中的匹配电路与天线可相互配合。通过调整匹配电路的元件特性，可改变天线与匹配电路的组合所对应的无线电波频带。

请参阅图1，图1所示为现有技术中无线通信装置1的示意图。无线通信装置1包含天线12、多组匹配元件14、收发器16以及选择模块18。在实际应用中，该多组匹配元件14中的每一组匹配元件可各自包含一电容与一电感。为了达到最佳的接收效果并避免信号反射，移动通信装置1可在接收不同频率的输入信号时采用不同组的匹配元件。而其中每一组匹配元件14中的电容及电感可分别采用不同的电容值及电感值，以达到上述功能中用以对应各种不同频段的阻抗匹配效果。

然而此种做法需要分别设置对应各种不同频段的匹配元件于无线通信装置中，其可能带来大量的制造成本以及空间配置上的浪费，且其可对应的频段也受内建的匹配元件的阻抗匹配特性所局限，缺乏弹性调整的空间。

另一方面，也有人提出采用可调整的匹配电路以对应各种不同频段的无线通信装置。请参阅图2，图2所示为现有技术中无线通信装置2的示意图。如图2所示，无线通信装置2包含天线22、可调式匹配电路24以及收发器26。可调式匹配电路24耦接于天线22与收发器26之间。

举例来说，现有技术中的可调式匹配电路24可包含可调电容元件240(例如压变电容器)以及电感元件242形成L型的阻抗匹配电路。利用调整可调式匹配电路24中可调电容元件240的电容值，以达到对应不同频段的匹配效果。

然而，此种可调式匹配电路24中的可调电容元件240为了达到一定的准确度，其电容值可变范围有限。也就是说，受限于可调电容元件240的可变范围，无线通信装置2仅能对应到有限的无线电波频段，进而无线通信装置2的应用功能范围难以扩展。

发明内容

本发明提出一种无线通信装置，具有可利用数字方式以及模拟方式进行调整的匹配电路，其可广泛对应各种不同频段的通信信号，以解决上述问题。

本发明的一目的在于提供一种无线通信装置，其包含天线、收发器、匹配电路以及控制电路。匹配电路电性连接于天线与收发器之间。控制电路分别与匹配电路以及收发器电性连接。

根据一具体实施例，收发器利用天线用以收发至少一频段的通信信号。天线与收发器之间的匹配电路用以对应匹配不同频段的通信信号。其中该匹配电路包含第一可调电容模块，第一可调电容模块包含第一压变电容器、第一定电容器以及第一电子开关，第一定电容器与第一电子开关串联并进一步与第一压变电容器并联。

控制电路可根据欲收发频段的不同而产生第一电压控制信号以及第一开关控制信号。第一电压控制信号用以控制第一压变电容器。另一方面，第一开关控制信号用以控制第一电子开关，利用与第一定电容器串联的第一电子开关，用以切换是否将第一定电容器并联至第一压变电容器。利用上述两种控制信号，可增加该第一可调电容模块的第一匹配电容值的可调整范围，以对应到更广的频段，进而使无线通信装置可对应更多样化的应用。

本发明的无线通信装置中的匹配电路，可以针对不同的频段对应地在天线以及收发器之间进行阻抗匹配，使无线通信装置可以对应各种不同频段的通信信号。相较于现有技术中的无线通信装置，本发明的无线通信装置中的匹配电路可进一步通过模拟方式的电压控制信号以及数字方式的开关控制信号，分别以不同幅度控制匹配电路的匹配电容值，由此匹配电路的匹配电容值可具有较大的可变范围，以扩展无线通信装置的应用功能范围。

关于本发明的优点与精神可以利用以下的发明详述及附图得到进一步的了解。

附图说明

图1所示为现有技术中一种无线通信装置的示意图。

图2所示为现有技术中另一种无线通信装置的示意图。

图3所示为根据本发明的第一具体实施例中无线通信装置的功能方块图。

图4所示为根据本发明的第一具体实施中匹配电路的内部电路示意图。

图5所示为根据本发明的第二具体实施例中无线通信装置的功能方块图。

图6所示为根据本发明的第二具体实施中匹配电路的内部电路示意图。

图7所示为根据本发明的第三具体实施中无线通信装置及其匹配电路的内部电路示意图。

具体实施方式

请参阅图3，图3所示为根据本发明的第一具体实施例中无线通信装置3的功能方块图。如图3所示，无线通信装置3包含天线32、匹配电路34、收发器36以及控制电路38。匹配电路34电性连接于天线32与收发器36之间。控制电路38分别与匹配电路34以及收发器36电性连接。在此实施例中，无线通信装置3可为手机、智能型手机(smart phone)、个人数字助理、笔记本电脑、移动上网装置或其它相等性的无线电波通信装置。

在实际应用中，无线通信装置3因应用功能或通信信号的需求，其收发器36利用天线32用以收发至少一频段的通信信号，例如2.4GHz的WiFi蓝牙网络与Zigbee网络、900MHz及1800MHz的GSM通信系统、2100MHz的UMTS,cdma2000系统、TD-SCDMA系统与88MHz～106MHz的调频广播信号等。

根据不同频段的通信信号特性，电性连接于天线32与收发器36之间的匹配电路34，其可用以对应收发器36进行阻抗匹配，以达到最佳的功率接收效果并避免信号反射。

请一并参阅图4，图4所示为根据本发明的第一具体实施中匹配电路34的内部电路示意图。如图4所示，在本实施例中，匹配电路34包含四个阻抗元件(第一阻抗元件Z1、第二阻抗元件Z2、第三阻抗元件Z3、第四阻抗元件Z4)以及第一可调电容模块340。上述的阻抗元件可分别为电感性阻抗元件。

其中，第一阻抗元件Z1电性连接于天线32以及第一节点N1之间。第二阻抗元件Z2电性连接于第二节点N2以及收发器36之间。第三阻抗元件Z3电性连接于第一节点N1以及系统接地端之间。第四阻抗元件Z4电性连接于第二节点N2以及系统接地端之间。第一可调电容模块340电性连接于第一节点N1以及第二节点N2之间。由此，第一可调电容模块340配合四个阻抗元件形成L-T型匹配电路(如图4所示)。

在本实施例中，第一可调电容模块340包含第一压变电容器Cv1、第一定电容器Cf1、第一保护电容Cp1以及第一电子开关SW1。第一定电容器Cf1与第一电子开关SW1串联。第一压变电容器Cv1与第一保护电容Cp1串联，并进一步与第一定电容器Cf1以及第一电子开关SW1并联。

在本实施例中，控制电路38可根据欲收发频段的不同而产生第一电压控制信号S1以及第一开关控制信号S2。第一电压控制信号S1被耦接至第一压变电容器Cv1以及第一保护电容Cp1之间，用以控制第一压变电容器Cv1，此处的第一压变电容器Cv1可为压变二极管电容元件，其本身电容值可随施加的电压而改变。在实际应用中，第一压变电容器Cv1的电容调整范围可为1皮法拉(pico Farad,pF)至20皮法拉。在本实施例中设置有耦接于天线32与第一电压控制信号S1间的第一保护电容Cp1，可用以避免控制电路38产生的第一电压控制信号S1对天线32造成干扰。

此外，无线通信装置3可对应于第一可调电容模块340中进一步设置第一铁芯(bead)元件BD1，第一铁芯元件BD1的一端与控制电路38电性连接，另一端电性连接于第一压变电容器Cv1与第一保护电容Cp1之间，第一电压控制信号S 1通过第一铁芯元件BD1输入至第一压变电容器Cv1。设置铁芯元件于匹配电路34及控制电路38之间可避免高频率的射频信号(无线电波信号)反向灌入无线通信装置3的基频电路中(如控制电路38以及其它数字电路模块)，而产生信号干扰。

另一方面，第一开关控制信号S2用以控制第一电子开关SW1。利用与第一定电容器Cf1串联的第一电子开关SW1，用以切换是否将第一定电容器Cf1并联至上述压变电容电路结构。在实际应用中，第一定电容器Cf1可具有电容值介于1皮法拉与20皮法拉。第一电子开关SW1可为晶体管开关元件。

利用上述两种控制信号，第一可调电容模块340的第一匹配电容值可表示为下列算式：

其中Ceq1代表第一可调电容模块340的第一匹配电容值，Cv1电容值受第一电压控制信号S1控制，是否加入[Cf1]部分受第一开关控制信号S2控制。

由此，可调电容模块的匹配电容值可分别以模拟式的电压信号以及数字式的开关信号控制，可增加可调电容模块的匹配电容值的可调整范围。例如在本实施例中，开关控制信号可用以进行较大幅度调整，而电压控制信号可用来进行较为微幅的调整。由此可使匹配电路对应到更广的频段，且一并可提高匹配电路进行阻抗匹配时的精准程度，进而使无线通信装置可对应更多样化的应用且具有较佳的信号质量。

请参阅图5以及图6。图5所示为根据本发明的第二具体实施例中无线通信装置5的功能方块图。图6所示为根据本发明的第二具体实施中匹配电路54的内部电路示意图。

与第一具体实施例的最大不同之处在于，在本实施例的无线通信装置5中，匹配电路54除了第一可调电容模块540更进一步包含第二可调电容模块542。控制电路58电性连接至第一可调电容模块540以及第二可调电容模块542，并可分别产生电压控制信号以及开关控制信号以控制第一可调电容模块540以及第二可调电容模块542。

如图6所示，匹配电路54包含三阻抗元件(Z1、Z2、Z3)、两铁芯元件(BD1、BD2)、第一可调电容模块540以及第二可调电容模块542。在本实施例中，第一可调电容模块540电性连接于第一节点N1以及统接地端之间，第二可调电容模块542电性连接于第二节点N2以及系统接地端之间。由此第一可调电容模块540以及第二可调电容模块542配合三个阻抗元件形成L-T型匹配电路。

其中，第一可调电容模块540以及第二可调电容模块542的内部结构可配置如图6，第一可调电容模块540以及第二可调电容模块542的电路架构以及元件特性分别与第一具体实施例中的可调电容模块相似，在此不另赘述。在本实施例中，控制电路58可分别产生第一电压控制信号S1、第一开关控制信号S2、第二电压控制信号S3以及第二开关控制信号S4，以对应控制第一可调电容模块540以及第二可调电容模块542中的压变电容器以及电子开关。

由此，第一可调电容模块的第一匹配电容值以及第二可调电容模块的第二匹配电容值可分别以模拟式的电压信号以及数字式的开关信号控制，进而使匹配电路对应到更广的频段，进而使无线通信装置可对应更多样化的应用。

请参阅图7。图7所示为根据本发明的第三具体实施中无线通信装置7及其匹配电路74的内部电路示意图。如图7所示，匹配电路74包含三阻抗元件(Z1、Z2、Z3)、两铁芯元件(BD1、BD2)、第一可调电容模块740以及第二可调电容模块742。其中，两组可调电容模块的设置位置并不限于第二具体实施例的范围。与第二具体实施例最大不同之处在于，在本实施例中，第一可调电容模块740电性连接于第一节点N1以及第二节点N2之间，第二可调电容模块742电性连接于第二节点N2以及系统接地端之间。由此，第一可调电容模块740以及第二可调电容模块742配合阻抗元件形成的L-T型匹配电路也可对应各种不同的频段形成不同匹配电容值，进而使匹配电路对应到更广的频段。

总的来说，本发明的无线通信装置中的匹配电路，可以针对不同的频段对应地在天线以及收发器之间进行阻抗匹配，使无线通信装置可以对应各种不同频段的通信信号。相较于现有技术中的无线通信装置，本发明的无线通信装置中的匹配电路可进一步通过模拟方式的电压控制信号以及数字方式的开关控制信号，分别以不同幅度控制匹配电路的匹配电容值，由此匹配电路的匹配电容值可具有较大的可变范围，以扩展无线通信装置的应用功能范围。

利用以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭示的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的权利要求的范畴内。

Claims (18)

1.一种无线通信装置，其特征是，包含：

天线；

收发器，利用上述天线收发至少一频段的通信信号；

匹配电路，电性连接于上述天线与上述收发器之间，用以对应匹配上述至少一频段的通信信号，上述匹配电路包含：

第一可调电容模块，上述第一可调电容模块包含第一压变电容器、第一定电容器以及第一电子开关，上述第一定电容器与上述第一电子开关串联并进一步与上述第一压变电容器并联；以及

控制电路，上述控制电路分别与上述匹配电路以及上述收发器电性连接，根据上述至少一频段的通信信号产生第一电压控制信号以及第一开关控制信号，上述第一电压控制信号用以控制上述第一压变电容器，而上述第一开关控制信号用以控制上述第一电子开关，用以调整上述匹配电路中上述第一可调电容模块的第一匹配电容值。

2.根据权利要求1所述的无线通信装置，其特征是，上述匹配电路进一步包含：

第一阻抗元件，电性连接于上述天线以及第一节点之间；

第二阻抗元件，电性连接于第二节点以及上述收发器之间；

第三阻抗元件，电性连接于上述第一节点以及系统接地端之间；以及

第四阻抗元件，电性连接于上述第二节点以及上述系统接地端之间，

其中，上述第一可调电容模块电性连接于上述第一节点以及上述第二节点之间，由此上述第一可调电容模块配合上述多个阻抗元件形成L-T型匹配电路。

3.根据权利要求2所述的无线通信装置，其特征是，上述多个阻抗元件分别为电感性阻抗元件。

4.根据权利要求1所述的无线通信装置，其特征是，上述第一可调电容模块进一步包含第一保护电容，上述第一压变电容器与上述第一保护电容串联，并进一步与上述第一定电容器以及上述第一电子开关并联。

5.根据权利要求4所述的无线通信装置，其特征是，上述无线通信装置还包含第一铁芯元件，上述第一铁芯元件的一端与上述控制电路电性连接，上述第一铁芯元件的另一端电性连接于上述第一压变电容器与上述第一保护电容之间，上述第一电压控制信号通过上述第一铁芯元件输入至上述第一压变电容器以控制上述第一压变电容器。

6.根据权利要求1所述的无线通信装置，其特征是，上述第一定电容器具有电容值介于1皮法拉与20皮法拉。

7.根据权利要求1所述的无线通信装置，其特征是，上述第一压变电容器为压变二极管电容元件，上述压变二极管电容元件的电容调整范围为1皮法拉至20皮法拉。

8.根据权利要求1所述的无线通信装置，其特征是，上述第一电子开关为晶体管开关元件。

9.根据权利要求1所述的无线通信装置，其特征是，上述匹配电路还包含：

第二可调电容模块，上述第二可调电容模块包含第二压变电容器、第二定电容器以及第二电子开关，上述第二定电容器与上述第二电子开关串接并进一步与上述第二压变电容器并联，

其中，上述控制电路同时根据上述频段的通信信号产生第二电压控制信号以及第二开关控制信号，上述第二电压控制信号用以控制上述第二压变电容器，而上述第二开关控制信号用以控制上述第二电子开关，用以调整上述匹配电路中第二可调电容模块的第二匹配电容值。

10.根据权利要求9所述的无线通信装置，其特征是，上述匹配电路还包含：

第一阻抗元件，电性连接于上述天线以及第一节点之间；

第二阻抗元件，电性连接于第二节点以及上述收发器之间；以及

第三阻抗元件，电性连接于上述第一节点以及上述第二节点之间，

其中，上述第一可调电容模块电性连接于上述第一节点以及系统接地端之间，上述第二可调电容模块电性连接于上述第二节点以及上述系统接地端之间，由此上述第一可调电容模块以及上述第二可调电容模块配合上述多个阻抗元件形成L-T型匹配电路。

11.根据权利要求10所述的无线通信装置，其特征是，上述多个阻抗元件分别为电感性阻抗元件。

12.根据权利要求9所述的无线通信装置，其特征是，上述匹配电路还包含：

第一阻抗元件，电性连接于上述天线以及第一节点之间；

第二阻抗元件，电性连接于第二节点以及上述收发器之间；以及

第三阻抗元件，电性连接于上述第一节点以及系统接地端之间，

其中，上述第一可调电容模块电性连接于上述第一节点以及上述第二节点之间，上述第二可调电容模块电性连接于上述第二节点以及上述系统接地端之间，由此上述第一可调电容模块以及上述第二可调电容模块配合上述多个阻抗元件形成L-T型匹配电路。

13.根据权利要求12所述的无线通信装置，其特征是，上述多个阻抗元件分别为电感性阻抗元件。

14.根据权利要求9所述的无线通信装置，其特征是，上述第二可调电容模块还包含第二保护电容，上述第二压变电容器与上述第二保护电容串联，并进一步与上述第二定电容器以及上述第二电子开关并联。

15.根据权利要求14所述的无线通信装置，其特征是，上述无线通信装置还包含第二铁芯元件，上述第二铁芯元件的一端与上述控制电路电性连接，上述第二铁芯元件的另一端电性连接于上述第二压变电容器与上述第二保护电容之间，上述第二电压控制信号通过上述第二铁芯元件输入至上述第二压变电容器以控制上述第二压变电容器。

16.根据权利要求9所述的无线通信装置，其特征是，上述第二定电容器具有电容值介于1皮法拉与20皮法拉。

17.根据权利要求9所述的无线通信装置，其特征是，上述第二压变电容器为压变二极管电容元件，上述压变二极管电容元件的电容调整范围为1皮法拉至20皮法拉。

18.根据权利要求9所述的无线通信装置，其特征是，上述第二电子开关为晶体管开关元件。

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