CN102386876B - 阻抗匹配方法以及用于该方法的阻抗匹配设备 - Google Patents

Abstract

公开了阻抗匹配方法、用于该方法的阻抗匹配设备及记录介质。该阻抗匹配设备包括：阻抗匹配部分，该阻抗匹配部分与用于发射/接收无线电波的天线相连接，并包括至少一个可变电容器；检测器，用于检测发射功率和由该天线反射的反射功率；以及控制器，用于设置在可变电容器的整个变化范围以内的第一搜索区域，通过使用发射功率和反射功率中的至少一个来检测第一搜索区域以内的最优阻抗匹配点，以及设置围绕该最优阻抗匹配点的下个搜索区域，以搜索该可变电容器的整个变化范围以内的最终阻抗匹配点。

Description

阻抗匹配方法以及用于该方法的阻抗匹配设备

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年8月11日提交的韩国专利申请第10-2010-0077135号的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

背景技术

移动通信终端的天线电路允许天线发射或接收预定的无线电信号。

为了优化天线的发射/接收辐射性能，必须精确地进行阻抗匹配。

因此，天线电路包括电容器和电感器，并且通过调节该电容器和电感器的值来使天线的阻抗以最优的状态匹配。

一般在移动通信终端位于自由空间中的情况下实现天线的阻抗匹配。

同时，由于移动通信终端的机械特性，用户可以在用户握住移动通信终端的主体并将扬声器附着到用户耳朵的情况下使用移动通信终端，或者用户可以在移动通信终端的主体被放入用户的口袋或包中的情况下通过耳机来使用移动通信终端。

当用户通过以用户的手紧握移动通信终端并使扬声器紧密接触用户耳朵来使用移动通信终端时，或者当用户使用被放入口袋或包中的移动通信终端时，天线的阻抗匹配的条件可能变化，使得在自由空间中经过了阻抗匹配的天线的发射/接收辐射性能可能降低。

因此，移动通信终端采用自适应调谐天线电路，以在天线的阻抗匹配的条件变化时自动地调节天线的阻抗，使得天线具有最优的发射/接收辐射性能。

自适应调谐天线电路必须检测天线的阻抗变化，以使天线的发射/接收辐射性能保持处于最优状态。

为此，自适应调谐天线电路包括耦合器，用于检测从耦合器输出的反射功率和正向功率并根据该反射功率和正向功率而改变可变电容器的电容，使得可以进行阻抗匹配。

根据相关技术，如图1所示，在顺序地扫描了可变电容器的整个可变区域之后，选择并适应于表示最佳射频性能的点，由此进行阻抗匹配。

然而，如果如上所述地扫描可变电容器的整个区域，则不可避免地扫描到表示较差的射频性能的点，使得发射/接收辐射性能可能降低。

发明内容

实施例通过在短时间段内搜索可变电容器的最优电容值来进行阻抗匹配。

本实施例的技术目的不限于上述目的，以下描述中提出的实施例所属的领域中的技术人员将会清楚地理解其它的技术目的。

根据实施例，提供了一种阻抗匹配设备，包括：阻抗匹配部分，该阻抗匹配部分与用于发射/接收无线电波的天线相连接，并包括至少一个可变电容器；检测器，用于检测发射功率和由天线反射的反射功率；以及控制器，用于设置在该可变电容器的整个变化范围以内的第一搜索区域，通过使用发射功率和反射功率中的至少一个来检测该第一搜索区域以内的最优阻抗匹配点，以及设置围绕该最优阻抗匹配点的下个搜索区域，以搜索在该可变电容器的整个变化范围以内的最终阻抗匹配点。

根据实施例，还提供了一种阻抗匹配设备的阻抗匹配方法，其中该阻抗匹配设备包括与天线相连接的可变电容器。该阻抗匹配方法包括：设置在该可变电容器的整个变化范围以内的围绕特定点的第一搜索区域，检测与该第一搜索区域中包含的每个点相关的发射功率和反射功率，通过使用该发射功率和该反射功率来搜索该第一搜索区域以内的最优阻抗匹配点，以及设置围绕该最优阻抗匹配点的下个搜索区域，以搜索在该整个变化范围以内的最终阻抗匹配点。

附图说明

图1是示出根据相关技术的用于搜索电容值的方法的图；

图2是示出了根据实施例的阻抗匹配设备的电路图；

图3至图9是示出了根据实施例的用于搜索电容值的方法的视图；以及

图10是逐步地示出了根据实施例的阻抗匹配设备的阻抗匹配方法的流程图。

具体实施方式

关于众所周知的功能或配置的详细描述可能使得本公开的主题不清楚。因此，在下文中将仅关于与本公开的技术范围直接相关的必要部件进行描述。此外，基于根据实施例的部件的功能来定义要描述的术语，并且要描述的术语可以具有根据用户或操作者以及客户的意图而变化的含义。因此，应该基于贯穿本说明书的整体上下文来定义所述术语。

实施例提供了一种用于在阻抗匹配设备中高速地处理阻抗匹配的方法。

以下将参照附图对实施例进行描述。

图2是示出了根据实施例的阻抗匹配设备200的结构的电路图，图3至图9是示出了根据实施例的用于搜索电容值的方法的视图。

参照图2，阻抗匹配设备200包括：阻抗匹配部分220，该阻抗匹配部分220包括与发射或接收无线电波的天线并联连接的并联电容器221a、与该天线串联连接的串联电容器221b、以及电感器222a、222b和222c；用于检测发射功率和从天线级(antennastage)反射的功率的检测器230；用于将由检测器230检测到的模拟信号转换为数字信号的模/数转换器ADC240；用于基于在控制器250中接收到的来自ADC240的发射功率和反射功率来产生可变电容器221a和221b的控制信号的控制器250；以及用于发射/接收无线电波的天线260。

阻抗匹配部分220可以包括多个可变电容器221a和221b以及多个固定电感器222a、222b和222c。可变电容器221a和221b以及固定电感器222a、222b和222c的引线(wire)的数量以及上述元件的数量可以根据实施例而变化。可变电容器221a和221b以及固定电感器222a、222b和222c形成了装配有阻抗匹配设备200的设施的阻抗。

可变电容器221a和221b的电容值取决于从控制器250施加到可变电容器221a和221b的直流电压而变化，而针对发射信号的反射功率的强度取决于可变电容器221a和221b的改变的电容值而变化。在这种情况下，如果反射功率的强度增加，则未实现阻抗匹配。如果反射功率的强度降低，则良好地实现了阻抗匹配。换言之，通过使用发射功率和反射功率之间的差(回波损耗，以下称为RL)来计算反射系数。当RL增加时，良好地实现了阻抗匹配。当RL降低时，未实现阻抗匹配。

[28]同时，虽然根据本实施例可变电容器221a和221b包括一个并联电容器221a和一个串联电容器221b，但是实施例并不限于此。换言之，可以仅设置并联电容器221a或仅设置串联电容器221b，或者可以设置至少三个可变电容器。

[29]检测器230测量发射功率的强度以及由天线260的级对输入到阻抗匹配设备200的信号进行反射而获得的反射功率的强度。在这种情况下，检测器230可以另外地包括定向耦合器。

[30]换言之，检测器230与定向耦合器的一端相连接以检测发射功率的强度，并与定向耦合器的相对端相连接以检测反射功率的强度。

[31]控制器250基于发射功率和反射功率将控制信号应用于可变电容器221a和221b，以改变阻抗匹配部分220的阻抗值，由此进行阻抗匹配。

[32]然而，根据依据相关技术的阻抗匹配算法，因为控制器250以预定的时间间隔顺序地改变可变电容器221a和221b的电容值，同时搜索尽可能多地满足预设条件的点，所以花费了太多的时间且耗费了大量的功率。稍后将描述这些条件的细节。

[33]此外，控制器250搜索最优的电容值(即，已调谐的电容值)，同时应用可变电容器221a和221b的控制信号以改变电容值。在这种情况下，可变电容器221a和221b的电容值的变化范围是个问题。

[34]因此，本实施例提供了一种与根据相关技术的阻抗匹配算法相比更加有效的阻抗匹配算法。根据本实施例，该阻抗匹配算法包括贪婪算法。

[35]图3是示出了根据该实施例的总体阻抗匹配方案的视图。

[36]参照图3，x轴表示第一可变电容器的电容值，y轴表示第二可变电容器的电容值。

[37]当阻抗匹配设备200进行阻抗匹配时，阻抗匹配设备200设置围绕与第一可变电容器和第二可变电容器的变化范围的中间值相对应的点324的第一窗口311(搜索区域)。

[38]通过针对第一窗口311进行搜索操作，在第一窗口311以内检测最优点(最优阻抗匹配点)。最优点受反射功率的强度的影响。当反射功率的强度降低时，良好地实现了阻抗匹配。因此，所检测到的点可以是最优点。换言之，最优点是满足至少一个条件的点。根据该条件，最优点必须表示最大的发射功率强度、最大的发射功率与反射功率之间的差、最小的反射功率强度、最大的发射功率与反射功率的比率中的至少一个。此外，窗口指的是为了阻抗匹配而在其中进行搜索操作的区域，而搜索操作为顺序地应用与窗口相对应的第一可变电容器和第二可变电容器的值以检测发射功率的强度和反射功率的强度。

此外，以下将描述最优阻抗匹配点和最终阻抗匹配点。最优阻抗匹配点是在相关的搜索区域以内的尽可能多地满足所述条件的点。最终阻抗匹配点是在可变电容器的整个变化区域以内的尽可能多地满足所述条件的点。换言之，在搜索区域以内搜索到的最优阻抗匹配点中的一个就是最终阻抗匹配点。

第一窗口311可以设置为正方形的形状。正方形的一个边的长度(即，可变电容器的变化范围)可以根据实施例而变化。

此外，第一窗口311被划分为多个区，即，划分成9个区(3×3)、16个区(4×4)和25个区(5×5)中的一种，并且一个区的长度可以根据实施例而变化。

同时，在图3的图中，假定最终阻抗匹配点为M点321，其中最终阻抗匹配点必须表示第一可变电容器和第二可变电容器的全部变化范围以内的最大的发射功率强度、最大的发射功率与反射功率之间的差、最小的反射功率强度、最大的发射功率与反射功率的比率中的至少一个。此外，可以将对所述条件的满足程度很大的区域331以及对所述条件的满足程度较小的区域332设置成围绕M点321的周线(contourline)的形状。

随着距M点321的距离增加，对所述条件的满足程度减小。因此，当在第一窗口311以内进行搜索操作时，在第一窗口311以内最接近于M点321的第一点323处，对所述条件的满足程度最大化。换言之，表示第一窗口311以内的最大的发射功率强度、最大的发射功率与反射功率之间的差、最小的反射功率强度以及最大的发射功率与反射功率的比率的点为最接近于M点321的第一点323。

如果在第一窗口311以内确定了最优点323，则围绕该最优点323设置第二窗口312。在这种情况下，第二窗口312具有与如图3所示的第一窗口311的形状相同的正方形形状。此外，与第一窗口311相比，第二窗口312被定位成靠近M点312。

相应地，阻抗匹配设备200针对第二窗口312进行搜索操作，以确定第二窗口312以内的最优点322。

随后，围绕靠近M点321的第二窗口312的最优点322而设置第三窗口313，并针对第三窗口313进行搜索操作。在这种情况下，第三窗口313可以被设置成与如图3所示的第一窗口311的形状相同的正方形形状。

第三窗口313包括最优阻抗匹配点321，使得在第三窗口313以内对所述条件的满足程度增大而后减小。换言之，可以找到一个点，在该点处可变电容器的电容值沿着一个方向改变，并且对所述条件的满足程度的增大和减小在该点处改变，则该点就是最终阻抗匹配点321。

如果确定了最终阻抗匹配点321，则阻抗匹配设备200利用与该最终阻抗匹配点321相对应的可变电容器的电容值来进行阻抗匹配。

虽然根据本实施例将第一窗口311至第三窗口313设置成正方形形状，但是实施例不限于此。根据另外的实施例，这些窗口可以具有各种形状。

以下将更加详细地描述搜索最优匹配点321的方案。图10是示出了根据实施例的阻抗匹配设备的阻抗匹配方法的流程图。以下将参照图4至图9更加详细地描述图10的阻抗匹配方法。

如图4所示，将初始的搜索区域(第一窗口)311设置成围绕表示第一电容器和第二电容器的中间电容值的点324的、具有预定尺寸的正方形形状(步骤S100)。虽然图4示出的是将第一窗口311设置成4×4的正方形形状，但是这是出于说明的目的。根据另外的实施例，正方形的一个边的长度可以增大或减小。

随后，控制器250进行以下搜索操作：顺序地应用与第一窗口311中包含的点相对应的第一电容值和第二电容值，并检测根据第一电容值和第二电容值而变化的发射功率和反射功率(步骤S110)。

在这种情况下，如图5所示，控制器250自下至上地且同时从左侧的区移动到右侧的区地、顺序地进行搜索操作，以搜索第一窗口311以内的表示最大的发射功率强度的点、表示最大的发射功率与反射功率之间的差的点、表示最小的反射功率强度的点、以及表示最大的发射功率与反射功率的比率的点。换言之，如图5所示，在第一窗口311以内从最左下方的区到最右上方的区搜索最优点。

如果在第一窗口311以内检测到了满足所述条件的第一点323，则控制器250检查第一点323的位置(步骤S120和步骤S130)。换言之，控制器250检查第一点323是位于第一窗口311的外围点(outerpoint)处，还是位于除了窗口311的外围点之外的点处(即，位于第一窗口311的内部)。根据实施例，在以下的描述中，假定第一点323位于第一窗口311的外围点处。

如图6所示，如果第一点323位于第一窗口311的外围点处，则控制器250设置围绕第一点323的尺寸与第一窗口311相同的第二窗口312(步骤S140)。相应地，针对第二窗口312顺序地执行步骤S110至S130，使得继续进行针对第二窗口312的搜索操作。

在这种情况下，因为第二窗口312是围绕第一窗口311中包含的一个点而设置的，所以在第二窗口312中存在与第一窗口311之间的第一重叠区域341。

因此，控制器250仅针对第二窗口312中包含的点当中的、除了第一重叠区域341中包含的点之外的剩余点而进行搜索操作。

随后，如图7所示，基于在应用与第二窗口321中包含的点相对应的电容值时所获得的发射功率和反射功率，控制器250检测到尽可能多地满足所述条件的第二点322。

然后，因为第二点322位于第二窗口312的外围点处，所以控制器250设置围绕第二点322的作为下个搜索区域的第三窗口313。

在这种情况下，因为第三窗口313是围绕第二窗口312中包含的一个点而设置的，因此在第三窗口313中存在与第二窗口312之间的第二重叠区域342。

因此，控制器250仅针对第三窗口313的点当中的、除了第二重叠区域342中包含的点之外的剩余点而进行搜索操作。

图8是更详细地示出了第三窗口313的视图。

参照图8，控制器250检测第三窗口313以内的尽可能多地满足所述条件的点。

在这种情况下，如果检测到了第三窗口313以内的尽可能多地满足所述条件的第三点321，则控制器250检查该第三点321是位于第三窗口313的外围点处还是位于窗口313的内部。

换言之，如图8所示，在第三窗口313以内存在有外围点351和内部点(innerpoint)352，并且检查第三点321是位于外围点351处还是位于内部点352处。

如果第三点321存在于第三窗口313以内的外围点351上，则控制器250设置围绕第三点321的下个搜索窗口。

然而，由于第三点321存在于第三窗口以内的内部点352上，因此控制器250将第三点321确定为用于阻抗匹配的最终点(最终阻抗匹配点)，应用与该最终点相对应的第一电容值和第二电容值以进行阻抗匹配(步骤S150)。换言之，因为在第三窗口313以内对所述条件的满足程度增大而后减小，所以该用于阻抗匹配的最终点存在于第三窗口313以内。

同时，根据尽可能多地满足所述条件的点是否位于窗口的外围点处来确定最终阻抗匹配点。根据另一实施例，可以围绕预设的基准值来确定最终阻抗匹配点。

换言之，在当阻抗被精确匹配时的发射功率和反射功率之间的差被确定为基准值之后，如果在搜索操作的过程中检测到了具有大于等于该基准值的值的点，则可以将该检测到的点确定为所述最终点。此外，根据本实施例，在确定了发射功率值的基准值、反射功率值的基准值、以及发射功率与反射功率之间的比率(而非差值)的基准值之后，可以根据这些基准值来确定所述最终点。

图9是最终阻抗匹配点位于第一电容器和第二电容器的变化范围的最外围的点处的视图。

控制器250围绕具有第一电容器和第二电容器的值之间的中间值的点425来设置第一窗口411，并检测到第一窗口411以内的尽可能多地满足所述条件的第一点424。

随后，控制器250设置围绕第一点424的第二窗口412，并检测到第二窗口412以内的尽可能多地满足所述条件的第二点423。

在这种情况下，控制器250仅针对除了与第一窗口411之间的第一重叠区域441之外的剩余区域而进行搜索操作。

随后，控制器250在检测到第二点423之后设置围绕第二点423的第三窗口413。此外，控制器250检测到第三窗口413以内的尽可能多地满足所述条件的第三点422。在此情况下，控制器250省略了针对第三窗口413中设置的与第二窗口412之间的第二重叠区域442的搜索操作。

此外，控制器250设置围绕第三点422的第四窗口414，并在第四窗口414以内检测尽可能多地满足所述条件的第四点421。在这种情况下，与上述相类似地，并不针对第三重叠区域443进行搜索操作。

在这种情况下，因为第一点424、第二点423和第三点422位于相关窗口的外围点处，所以控制器250设置下个搜索区域，使得可以继续进行搜索操作。

然而，虽然第四点421位于相关窗口的外围点处，但是第四点421位于第一电容器和第二电容器的整个变化范围的最外围的点处。因此，第四点421被确定为所述用于阻抗匹配的最终点。

同时，可以通过使用可由安装在计算机中的处理器从该处理器可读的记录介质中读取的代码来实现根据实施例的阻抗匹配方法。该处理器可读的记录介质包括所有类型的用于记录该处理器可读的数据的记录装置。该处理器可读的记录介质包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、压缩盘只读存储器(CD-ROM)、磁带、软盘和光学数据存储装置。此外，该处理器可读的记录介质可以以载波的形式来实现，例如通过互联网的传输。此外，该处理器可读的记录介质被分配到网络上的相互连接的计算机系统中，以通过分配方案存储和执行该处理器可读的代码。

如上文所述，根据另一实施例，可以仅针对第一电容器和第二电容器的可变范围以内的常规区域的1/4来进行搜索操作。因此，可以防止由异常电容值导致的信号衰减，并且可以在短时间段内进行最优阻抗匹配。

本说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的任何引用意味着结合该实施例描述的特定的特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。这些短语在说明书中各处的出现不一定都指的是同一实施例。此外，在结合任何实施例来描述特定的特征、结构或特性时，认为结合其它实施例来影响这些特征、结构或特性是在本领域技术人员的能力范围之内的。

虽然已经参照其诸多说明性实施例而对实施例进行了描述，但是应当理解，本领域技术人员可以设计将落入本公开的原理的精神和范围之内的许多其它的变型和实施方式。更具体地，在本公开、附图和所附权利要求的范围内，可以对主题组合布置的组成部分和/或布置进行各种变化和变型。除了组成部分和/或布置的变化和变型之外，替代性的用途对于本领域技术人员而言也是明显的。

Claims (12)

1.一种阻抗匹配设备，包括：

阻抗匹配部分，所述阻抗匹配部分与用于发射/接收无线电波的天线相连接，并包括至少一个可变电容器；

检测器，用于检测发射功率以及由所述天线反射的反射功率；以及

控制器，用于设置在所述可变电容器的整个变化范围以内的第一搜索区域，通过使用所述发射功率和所述反射功率中的至少一个来检测所述第一搜索区域以内的最优阻抗匹配点，在所述最优阻抗匹配点位于当前搜索区域中的除了外围点之外的内部点处的情况下，所述控制器确定所述最优阻抗匹配点为最终阻抗匹配点，并且在所述最优阻抗匹配点位于当前搜索区域的外围点处的情况下，所述控制器设置围绕所述最优阻抗匹配点的下个搜索区域，以搜索所述可变电容器的所述整个变化范围以内的所述最终阻抗匹配点。

2.根据权利要求1所述的阻抗匹配设备，其中所述最优阻抗匹配点包括表示最大发射功率的点、表示最大的所述发射功率与所述反射功率之间的差的点、以及表示最大的所述发射功率与所述反射功率的比率的点中的至少一个。

3.根据权利要求1所述的阻抗匹配设备，其中所述第一搜索区域被设置成围绕所述可变电容器的所述整个变化范围以内的中间电容值的、具有预定尺寸的正方形形状。

4.根据权利要求1所述的阻抗匹配设备，其中所述控制器针对所述下个搜索区域以内的除了与先前设置的搜索区域相重叠的区域之外的剩余区域进行搜索操作。

5.根据权利要求1所述的阻抗匹配设备，其中所述检测器包括定向耦合器。

6.根据权利要求1所述的阻抗匹配设备，其中所述阻抗匹配部分包括：

与所述天线串联连接的第一可变电容器；

与所述天线并联连接的第二可变电容器；以及

与所述第一可变电容器和所述第二可变电容器相连接的至少一个电感器。

7.根据权利要求6所述的阻抗匹配设备，其中所述控制器通过分别将与所述最终阻抗匹配点相对应的第一电容值和第二电容值应用于所述第一可变电容器和所述第二可变电容器来进行阻抗匹配。

8.一种阻抗匹配设备的阻抗匹配方法，所述阻抗匹配设备包括与天线相连接的可变电容器，所述阻抗匹配方法包括：

设置在所述可变电容器的整个变化范围以内的围绕特定点的第一搜索区域；

检测与所述第一搜索区域中包含的每个点相关的发射功率和反射功率；

通过使用所述发射功率和所述反射功率来搜索所述第一搜索区域以内的最优阻抗匹配点；

在所述最优阻抗匹配点位于当前搜索区域中的除外围点之外的内部点处的情况下，确定所述最优阻抗匹配点为最终阻抗匹配点；以及

在所述最优阻抗匹配点位于当前搜索区域的外围点处的情况下，设置围绕所述最优阻抗匹配点的下个搜索区域，以搜索所述最终阻抗匹配点。

9.根据权利要求8所述的阻抗匹配方法，其中所述搜索最优阻抗匹配点包括在所述第一搜索区域以内搜索表示最大发射功率的点、表示最大的所述发射功率与所述反射功率之间的差的点、以及表示最大的所述发射功率与所述反射功率的比率的点之一。

10.根据权利要求8所述的阻抗匹配方法，其中所述可变电容器包括第一可变电容器和第二可变电容器，并且所述第一搜索区域被设置成围绕所述第一可变电容器和所述第二可变电容器的中间电容值的、具有预定尺寸的正方形形状。

11.根据权利要求10所述的阻抗匹配方法，其中所述下个搜索区域包括在被设置成围绕所述最优阻抗匹配点的具有预定尺寸的正方形形状的区域以内的、除了与先前的搜索区域相重叠的区域之外的剩余区域。

12.根据权利要求8所述的阻抗匹配方法，还包括：如果检测到所述最终阻抗匹配点，则通过应用与所述最终阻抗匹配点相对应的电容值来进行阻抗匹配。