CN103634016B - 可调式阻抗匹配电路 - Google Patents

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Abstract

一种可调式阻抗匹配电路，用以为信号源匹配天线的阻抗。上述可调式阻抗匹配电路包括两个端点、一串联路径、以及两个并联路径。其中第一端点用以耦接信号源，第二端点用以耦接天线。串联路径耦接于第一端点和第二端点之间，包括第一可调电容和至少一个可调电感。两个并联路径其中之一耦接于第一端点和接地端之间，另一并联路径耦接于第二端点和接地端之间。每一上述并联路径包括第二可调电容。

Description

可调式阻抗匹配电路
技术领域
本发明是有关于一种可调式阻抗匹配电路，且特别是有关于一种包括可调电感的可调式阻抗匹配电路。
背景技术
像手机这一类能发射无线信号的电子装置必须注意阻抗匹配，在射频(RF:radiofrequency)信号自功率放大器(poweramplifier)传送到天线途中，如果射频信号遭遇不匹配的阻抗，就会有部分的信号能量被天线反射，使功率放大器输出的信号能量不能完全由天线发射。因此，阻抗匹配在无线通讯领域是很重要的问题。
手机之中通常有一个阻抗匹配电路负责匹配天线的阻抗，使功率放大器发射的能量能完全传达到天线，达到最佳传输效能。天线的阻抗可能受附近的物体影响而改变，此外，现在的手机大多支持多频段通讯。以全球移动通讯系统(GSM:GlobalSystemforMobileCommunications)为例，GSM900、GSM1800、以及GSM1900各使用不同频段，支持这三者的手机必须在多个不同频段进行阻抗匹配。这些因素提高了阻抗匹配的复杂度，固定式的阻抗匹配电路已经不敷使用，可调式的阻抗匹配电路才有较广的匹配范围，才能适用于多频段的复杂应用环境。
图1是已知的一种可调式阻抗匹配电路100的示意图，其中电压源102提供直流偏压(DCbiasvoltage)，信号源101提供射频(RF:radiofrequency)信号至天线103，天线103发射此射频信号。可调电容104可依据控制信号改变其电容值，藉此改变射频信号所遭遇的阻抗，以匹配天线103的阻抗。可调式阻抗匹配电路100只有串联路径(seriespath)的阻抗可调整，并联路径(shuntpath)的阻抗则无法调整，因此可调式阻抗匹配电路100的匹配范围较小，可能不敷应用。
图2是已知的另一种可调式阻抗匹配电路200的示意图。可调式阻抗匹配电路200的串联路径包括可调电容202，并联路径包括可调电容201和203。可调式阻抗匹配电路200的串联路径和并联路径的阻抗都可以调整，所以有较佳的匹配范围。不过这种阻抗匹配电路为了扩大匹配范围，在设计时通常会给可调电容202比较大的可调阻抗范围，例如从0.7pF到7pF，也就是1:10的可调阻抗范围。这种可调范围较大的电容会增加射频信号的损耗，降低天线的发射效能(over-the-airperformance)。
发明内容
本发明提供一种可调式阻抗匹配电路，不仅有宽广的匹配范围，而且不影响天线的发射效能。
本发明提出一种可调式阻抗匹配电路，用以为信号源匹配天线的阻抗。上述可调式阻抗匹配电路包括两个端点、一串联路径、以及两个并联路径。其中第一端点用以耦接信号源，第二端点用以耦接天线。串联路径耦接于第一端点和第二端点之间，包括第一可调电容和至少一个可调电感。两个并联路径其中之一耦接于第一端点和接地端之间，另一并联路径耦接于第二端点和接地端之间。每一上述并联路径包括第二可调电容。
在本发明的一实施例中，第一可调电容和上述可调电感串联于第一端点和第二端点之间。
在本发明的一实施例中，上述的第二可调电容耦接第一端点或第二端点，而且每一上述并联路径还包括一电容和一二极管。上述电容耦接于第二可调电容和接地端之间。上述二极管的阳极耦接第二可调电容和上述电容，并接收一控制信号。上述二极管的阴极接地。
在本发明的一实施例中，当信号源发送第一射频信号至天线时，上述控制信号使上述二极管导通；当信号源发送第二射频信号至天线时，上述控制信号使上述二极管截止。第一射频信号的频率低于第二射频信号。
基于上述，本发明使用阻抗可调范围较小的可调电容，并采用独特的电路设计弥补可调电容较小的范围，所以能兼顾阻抗匹配范围和天线的发射效能。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1和图2是已知的可调式阻抗匹配电路的示意图。
图3和图4是依照本发明一实施例的一种可调式阻抗匹配电路的示意图。
图5和图6是依照本发明不同实施例的一种可调式阻抗匹配电路的串联路径的示意图。
图7、图8和图9是依照本发明某些实施例的一种可调电感的示意图。
图10是依照本发明一实施例的一种可调式阻抗匹配电路的并联路径的示意图。
[主要元件标号说明]
100、200、320：可调式阻抗匹配电路101、310：信号源
102：电压源103、330：天线
104、201～203、422、428、1010：可调电容
411、412、711、712：电路端点420：串联路径
421、426、427：可调电感430、440：并联路径
721、722、823、824、925、926：电感731、732、1040：二极管
740、1020：控制信号821、822、1030：电容
825：电阻GND：接地端
具体实施方式
图3是依照本发明一实施例的一种可调式阻抗匹配电路320的示意图。图3的电路可以是手机或其它可发射无线信号的电子装置，信号源310可以是功率放大器或其它可提供射频信号的电路。信号源310输出射频信号以供天线330发射，可调式阻抗匹配电路320耦接于信号源310和天线320之间，为信号源310配天线330的阻抗。
图4是依照本发明一实施例的可调式阻抗匹配电路320的示意图。可调式阻抗匹配电路320包括端点411和412、串联路径420、以及并联路径430和440。端点411用以耦接信号源310，端点412用以耦接天线330。串联路径420耦接于端点411和端点412之间，串联路径420包括一个可调电容和至少一个可调电感。并联路径430耦接于端点411和接地端GND之间，并联路径440则耦接于端点412和接地端GND之间，每一个并联路径包括一个可调电容。可调式阻抗匹配电路320通过上述的可调电感和可调电容匹配天线330的阻抗。
图5是依照本发明一实施例的串联路径420的示意图。如图5所示，串联路径420包括串联于端点411和412之间的可调电感421和可调电容422。可调电容422的可调阻抗范围可以小于传统的可调式阻抗匹配电路，例如图2的可调电容202的可调阻抗范围是1:10，而可调电容422的可调阻抗范围可以是1:3。虽然可调电容422的可调阻抗范围比较小，但是有可调电感421弥补，可调式阻抗匹配电路320的整体匹配范围并不逊于图2的可调式阻抗匹配电路200。因此本实施例的串联路径中的可调电容不需要太大的可调范围，可改善天线的发射效能，而且能兼顾可调式阻抗匹配电路的整体匹配范围。
本发明的串联路径420并不限定只能包括一个可调电感，在其它实施例中，串联路径420可以包括两个或更多可调电感。例如图6所示的串联路径420，依照本发明另一实施例，串联路径420包括串联于端点411和412之间的可调电感426、427、以及可调电容428。通过更多可调电感，可调式阻抗匹配电路320可提供更广泛的匹配范围。
图7是依照本发明一实施例的可调电感421的示意图，其它的可调电感例如426和427也可以采用同样的设计，以下说明以可调电感421为例。图7并非真实电路图，而是绘示可调电感421的设计原理。可调电感421可包括端点711和712、电感721、722、以及二极管731和732。端点711和712用以串联端点411、端点412、或串联路径420其中的可调电容或其余的可调电感。电感721耦接于端点711和712之间。二极管731耦接于端点711和电感722之间。二极管732耦接于端点712和电感722之间。二极管731和732根据控制信号740而导通或截止。当二极管731和732截止时，只有电感721发挥作用；当二极管731和732导通时，电感721和722并联，因此可减少可调电感421的等效阻抗。
图8是依照本发明一实施例的可调电感421的示意图，此实施例的可调电感421还包括电容821和822、电感823和824、以及电阻825。二极管731的阴极耦接电感722，电容821耦接于端点711和二极管731的阳极之间，二极管732的阳极耦接电感722，电容822耦接于二极管732的阴极和端点712之间。电感823耦接电容821和二极管731，电阻耦接于电感823和控制信号740之间。电感824的一端耦接二极管732的阴极和电容822，另一端则耦接接地端GND。
二极管731的阳极经由电感823和电阻825接收控制信号740。当控制信号740处于预设的低电位，二极管731和732截止，此时电感721的阻抗就是可调电感421的等效阻抗。当控制信号740上升到预设的高电位，可使二极管731和732导通，使电感721和722并联，减少可调电感421的等效阻抗。
图9是依照本发明另一实施例的可调电感421的示意图，此实施例的可调电感421还包括电感925和926。二极管731的阴极耦接端点711，二极管731的阳极耦接电感722。电感925的一端耦接电感722和二极管732的阳极，另一端接收控制信号740。电感926的一端耦接电感721、二极管732的阴极、以及端点712，另一端则耦接接地端GND。
当控制信号740处于预设的低电位，二极管731和732截止，此时电感721的阻抗就是可调电感421的等效阻抗。当控制信号740上升到预设的高电位，可使二极管731和732导通，使电感721和722并联，减少可调电感421的等效阻抗。
图10是依照本发明一实施例的可调式阻抗匹配电路320的并联路径的示意图。本实施例的并联路径430和440使用相同电路，以下说明仅以并联路径430为例，并联路径440就不予赘述。
并联路径430包括可调电容1010、电容1030、以及二极管1040。可调电容1010耦接端点411，若是并联路径440的可调电容1010，则耦接端点412。电容1030耦接于可调电容1010和接地端GND之间。二极管1040的阳极耦接可调电容1010和电容1030，并接收控制信号1020，二极管1040的阴极耦接接地端GND。
一般而言，较低频的信号需要较大的电容，而较高频的信号则需要较小的电容。所以当信号源310发送较低频的射频信号至天线330时，控制信号1020可升上预设的高电位，使二极管1040导通，进而使电容1030失去作用。当信号源310发送较高频的射频信号至天线330时，控制信号1020可降至预设的低电位，使二极管1040截止，进而使电容1030和可调电容1010串联，相当于降低可调电容1010的电容值。因为电容1030的存在，可调电容1010只需要较小的可调阻抗范围，不致于妨碍天线330的发射效能。
综上所述，本发明的可调式阻抗匹配电路的串联路径和并联路径都有较广的可调范围，因此能提供宽广的匹配范围。本发明的可调式阻抗匹配电路可在多种不同频段匹配多种不同的天线，使手机之类的移动电子装置达到最佳输出功率，以达到最佳发射效能。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。

Claims (9)

1.一种可调式阻抗匹配电路，包括：
一第一端点，用以耦接一信号源；
一第二端点，用以耦接一天线，其中该可调式阻抗匹配电路用以为该信号源匹配该天线的阻抗；
一串联路径，耦接于该第一端点和该第二端点之间，包括一第一可调电容和至少一可调电感；以及
两个并联路径，其中一并联路径耦接于该第一端点和一接地端之间，另一并联路径耦接于该第二端点和该接地端之间，每一上述并联路径包括一第二可调电容，其中该第二可调电容耦接该第一端点或该第二端点，而且每一上述并联路径还包括：
一第三电容，耦接于该第二可调电容和该接地端之间；以及
一第三二极管，该第三二极管的阳极耦接该第二可调电容和该第三电容并接收一第二控制信号，该第三二极管的阴极耦接该接地端。
2.根据权利要求1所述的可调式阻抗匹配电路，其中该第一可调电容和上述至少一可调电感串联于该第一端点和该第二端点之间。
3.根据权利要求1所述的可调式阻抗匹配电路，其中上述可调电感其中之一包括：
一第三端点，用以串联该第一端点、该第二端点、该第一可调电容、或其余的上述可调电感；
一第四端点，用以串联该第一端点、该第二端点、该第一可调电容、或其余的上述可调电感；
一第一电感，耦接于该第三端点和该第四端点之间；
一第二电感；
一第一二极管，耦接于该第三端点和该第二电感之间；以及
一第二二极管，耦接于该第四端点和该第二电感之间，其中该第一二极管和该第二二极管根据一第一控制信号而导通或截止。
4.根据权利要求3所述的可调式阻抗匹配电路，其中该第一二极管的阳极耦接该第三端点并接收该第一控制信号，该第一二极管的阴极耦接该第二电感，该第二二极管的阳极耦接该第二电感，该第二二极管的阴极耦接该第四端点和该接地端。
5.根据权利要求4所述的可调式阻抗匹配电路，其中该可调电感还包括：
一第一电容，耦接于该第三端点和该第一二极管的阳极之间；以及
一第二电容，耦接于该第二二极管的阴极和该第四端点之间。
6.根据权利要求5所述的可调式阻抗匹配电路，其中该可调电感还包括：
一第三电感，耦接该第一电容和该第一二极管；
一电阻，耦接于该第三电感和该第一控制信号之间；以及
一第四电感，耦接于该第二二极管、该第二电容以及该接地端之间。
7.根据权利要求3所述的可调式阻抗匹配电路，其中该第一二极管的阴极耦接该第三端点，该第一二极管的阳极耦接该第二电感，该第二二极管的阳极耦接该第二电感并接收该第一控制信号，第二二极管的阴极耦接该第四端点。
8.根据权利要求7所述的可调式阻抗匹配电路，其中该可调电感还包括：
一第五电感，耦接于该第二电感、该第二二极管和该第一控制信号之间；以及
一第六电感，耦接于该第一电感、该第二二极管，该第四端点和该接地端之间。
9.根据权利要求1所述的可调式阻抗匹配电路，其中当该信号源发送一第一射频信号至该天线时，该第二控制信号使该第三二极管导通，当该信号源发送一第二射频信号至该天线时，该第二控制信号使该第三二极管截止，该第一射频信号的频率低于该第二射频信号。
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