CN103858341B - 阻抗匹配装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种在前端模块与天线之间执行阻抗匹配的阻抗匹配装置。所述阻抗匹配装置包括：射频前端，提供多频段射频信号；反射功率测量模块，测量射频输入信号的反射系数；匹配模块，调节阻抗来使得所述反射系数被最小化；第一开关模块，设置在所述射频前端中以选择性地切换所述射频信号到旁路路径上；以及控制器，如果从所述反射系数检测到特定频率范围，那么令所述射频信号被切换到所述旁路路径上。

Description

阻抗匹配装置

技术领域

本发明涉及一种阻抗匹配装置。更具体地讲，本发明涉及一种能改善无线性能的阻抗匹配装置。

背景技术

通常，移动通信终端具有宽频带以采用不同通信方案的全球移动通信系统（GSM）方案/宽带码分多址（WCDMA）方案。

为此，移动通信终端的天线装置包括天线以及与天线连接在一起的前端模块，并且进一步包括用于天线与前端模块之间的阻抗匹配的可变阻抗匹配装置。

虽然常规的可变阻抗匹配装置可以容易地调节频率以获得理想的天线谐振点，但是由于包括有源可变设备的可变阻抗匹配装置的特性，会引起预定dB的插入损耗。

因此，可变阻抗匹配装置的插入损耗在特定频率范围变得大于固定阻抗匹配装置的插入损耗，使得会降低无线性能。

发明内容

技术问题

本发明的目的是解决上述问题，并且提供一种能改善移动通信终端的无线性能的阻抗匹配装置。

本发明的另一个目的是提供一种能通过使用开关来切换射频信号到旁路路径上的阻抗匹配装置。

本发明的又另一个目的是提供一种能通过使用射频MEMS开关来使开关所产生的寄生分量最小化的阻抗匹配装置。

本发明的又另一个目的是提供一种能通过使用设置在射频前端中的双极型开关来便于开关安装的阻抗匹配装置。

技术方案

根据本发明的实施例，提供了一种在前端模块与天线之间执行阻抗匹配的阻抗匹配装置。所述阻抗匹配装置包括：射频前端，提供多频段射频信号；反射功率测量模块，测量射频输入信号的反射系数；匹配模块，调节阻抗来使得所述反射系数被最小化；第一开关模块，设置在所述射频前端中以选择性地切换所述射频信号到旁路路径上；以及控制器，如果从所述反射系数检测到特定的频率范围，那么令所述射频信号被切换到所述旁路路径上。

根据本发明的实施例，提供了一种在前端模块与天线之间执行阻抗匹配的阻抗匹配装置。所述阻抗匹配装置包括：射频前端，提供多频段射频信号；定向耦合器，将从所述射频前端输入的发射信号与从所述天线反射的反射信号相互分离；检测器，检测来自所述发射信号的发射电压以及来自所述反射信号的反射电压；匹配模块，基于所述发射电压与所述反射电压之间的差值来调节阻抗；第一开关模块，设置在所述射频前端中以选择性地切换所述射频信号到旁路路径上；以及控制器，如果检测到特定的频率范围，那么令所述射频信号被切换到所述旁路路径上。

有益效果

如上所述，根据本发明，在特定频率范围内不执行阻抗匹配，从而防止由于匹配模块的插入损耗而降低阻抗匹配的效率。

此外，根据本发明，通过使用开关，射频信号可以容易地被切换到旁路路径上。

此外，根据本发明，通过使用射频MEMS开关，从开关产生的寄生分量可以被最小化。

另外，根据本发明，双极型开关设置在射频前端来作为替代单极型开关的开关，从而便于开关安装。

附图说明

图1是示出了根据本发明的包括开关模块的阻抗匹配装置的方框图；

图2是示出了按照根据本发明的阻抗匹配装置的插入损耗的失配损耗的视图；

图3和图4是示出了根据本发明的开关模块的操作的方框图；并且

图5是示出了根据本发明的阻抗匹配方法的流程图。

具体实施方式

以下将参照附图详细描述本发明的实施例。

图1是示出了根据本发明的包括开关模块的阻抗匹配装置的方框图，图2是示出了按照根据本发明的阻抗匹配装置的插入损耗的失配损耗的视图；并且图3和图4是示出了根据本发明的开关模块的操作的方框图。

参见图1，根据本发明的阻抗匹配装置包括：射频前端200，用于提供多频段射频信号；反射功率测量模块300，用于测量射频输入信号的反射系数；匹配模块700，用于调节可变电容器720以使得反射系数被最小化；开关模块800和900，用于选择性地切换射频信号到旁路路径P上；以及控制器500，用于施加控制信号使得如果从反射系数检测到特定频率，那么射频信号被切换到旁路路径P上。

射频前端200提供多频段收发射频信号。例如，射频前端可以提供具有至少五频的收发信号。因此，射频前端可以通过宽带码分多址（WCDMA）方案或全球移动通信系统（GSM）方案进行通信。

射频前端200可以包括多个端子220以提供多个频段。端子220可以提供WCSMA850TRx、WCDMA1900TRx、WCDMA2100TRx、GSM850/900Tx、GSM1800/1900Tx、GSM850Rx、GSM900Rx、GSM1800Rx和GSM1900Rx信号。多频段射频输入信号可以变化。

端子220可以连接到低通滤波器240上，并且用于处理GSM的信号的端子可以连接到带通滤波器。

从射频前端200产生的射频输入信号被提供给天线100，并且天线100可以将其中接收的射频输入信号输出到外部。

反射功率测量模块300与天线100连接以测量根据来自天线100的射频输入信号的反射功率，例如，反射系数。

反射功率测量模块300可以包括定向耦合器和检测器。

定向耦合器可以使从射频前端200输入的输入信号与从天线100反射的反射信号彼此分离。

检测器可以检测来自分离出的发射信号的发射功率以及来自分离出的反射信号的反射功率。

控制器500可以基于已经检测到的发射功率和反射功率来调节匹配模块700的阻抗。根据一个实施例，控制器500可以控制匹配模块700来使得发射功率与反射功率之间的差值被最大化。

反射功率测量模块300可以额外地连接到模数转换器。模数转换器400将反射功率测量模块300测得的模拟信号转换成数字信号。同时，模数转换器400可以将射频输入信号转换成数字信号。

匹配模块700控制电容器来使得反射系数可以被最小化。因此，匹配模块700可以通过执行控制操作使反射系数最小化来容易地执行射频输入信号与射频输出信号之间的阻抗匹配。

为此，匹配模块700可以包括多个可变电容器720和多个定值电感器740。可变电容器720可以包括第一可变电容器722和第二可变电容器724。第一可变电容器722并联到射频后端，并且第二可变电容器724串联到射频后端。

定值电感器740可以包括第一电感器742、第二电感器744和第三电感器746。第一电感器742串联到射频后端，第二电感器744并联到第三电感器746。

可变电容器720与定值电感器740之间的连接以及设备的数量可以根据不同实施例而变化。

匹配模块700可以接收根据控制器500的控制信号的信号。更具体地讲，控制器500可以提供信号到可变电容器以调节可变电容器720的电容，使得可以找出最优调谐值。

同时，如果匹配模块700在阻抗失配所引起的失配损耗（ML）小于匹配模块700的插入损耗的特定频率下执行阻抗匹配，那么无线性能会降级。

如图2所示，有关多频段天线的低频段特性，天线性能在移动通信GSM850和GSM900方案的整个频率范围（也就是说，824MHz至960MHz的频率范围）的边界频率处降低，并且会引起约3.5dB的失配损耗。

换句话讲，由于阻抗失配，会引起约3.5dB的总辐射功率（TRP）或总全向灵敏度（TIS）降级。

失配损耗可以通过公式1来确定。

[公式1]

$\mathrm{ML}=-10\log \{1-{\left[\frac{\mathrm{VSWR}-1}{\mathrm{VSWR}+1}\right]}^2\}$ （VSWR=电压驻波比）

在这种情况下，可以通过测量天线100的反射系数来找到VSWR。VSWR可以通过公式2来确定。

[公式2]

假设匹配模块700的插入损耗是1dB，在特定频率范围，例如，870MHz至920MHz的频率范围处的失配损耗是1dB或1dB以上。因此，匹配模块700的插入损耗大于失配损耗。

因此，由于在870MHz至920MHz的频率范围使用可变阻抗匹配装置，所以无线性能会进一步降低。

特定频率范围指的是失配损耗小于匹配模块700的插入损耗的频率范围，并且可以根据不同频段而变化。

为了解决上述问题，阻抗匹配装置可以进一步包括开关模块800和900以切换射频信号到旁路路径上。

再次参见图1，开关模块可以进一步包括第一开关模块800和第二开关模块900。

第一开关模块800可以设置在射频前端200，并且可以包括双极型开关。因此，如果射频信号具有特定频率范围，那么射频输入信号可以被切换到旁路路径P上。如果射频信号不具有特定频率范围，那么射频输入信号可以被切换到射频路径上，而不是旁路路径P上。

由于这种结构是通过使用双极型开关替换常规射频前端200中使用的单极型开关而获得的，所以可以显著简化双极型开关的安装。

双极型开关可以包括射频开关。特别是，可以采用表现出明显更小的插入损耗的射频MEMS开关。射频MEMS开关使射频MEMS开关产生的寄生分量最小化，从而防止开关中产生的损耗大于匹配模块700的插入损耗。

第二开关模块900可以设置在旁路路径P上。更具体地讲，第二开关模块900设置在天线100与匹配模块700之间，使得第二开关模块900可以被选择性地切换到旁路路径P或射频路径。

类似于第一开关模块800，第二开关模块900可以包括射频开关。第二开关模块900可以包括射频MEMS开关，这样可以更有效。

如图3所示，如果射频信号不具有基于反射系数的特定频率，那么控制器500操作第一开关模块800和第二开关模块900，使得射频信号可以传递到匹配模块700。

相比之下，如图4所示，如果射频信号具有基于反射系数的特定频率，那么控制器500会操作第一开关模块800和第二开关模块900来使得射频信号通过旁路路径P。此后，射频信号不会受到阻抗匹配。

以下将参照图5更加详细地描述根据本发明的阻抗匹配方法。

如图5所示，根据本发明的阻抗匹配方法包括：检测射频信号的反射系数的步骤；执行阻抗匹配以使反射系数最小化的步骤；以及如果反射系数表现出特定频率，那么不进行阻抗匹配而使射频信号经过旁路路径的步骤。

首先，执行检测来自天线100的反射系数的步骤（步骤S100）。天线100的反射系数可以由反射功率测量模块300来检测。

此后，可以执行确定射频信号的频率是否在基于该反射系数的特定频率范围内的步骤（步骤S200）。

该特定频率范围可以被确定为失配损耗小于匹配模块700的插入损耗的范围，并且通过该失配损耗来确定。

失配损耗可以通过公式1和公式2来确定，并且可以基于VSWR和天线100的反射系数来测量。

此后，如果射频信号的频率不在特定频率范围内，那么可以执行进行阻抗匹配的步骤（步骤S400）。

阻抗匹配可以通过调节匹配模块700的可变电容器720来进行，并且可变电容器720可以根据不同实施例按照多种顺序进行调节。

相比之下，如果射频信号的频率处于特定频率，那么不进行阻抗匹配（步骤S300）。

为此，控制器400可以切换第一开关模块800和第二开关模块900来使得射频信号被切换到旁路路径P上。在这种情况下，第一开关模块800和第二开关模块900可以包括射频MEMS开关。

如上所述，根据本发明，在特定频率范围内不执行阻抗匹配，从而防止由于匹配模块的插入损耗而降低阻抗匹配的效率，使得可以提高无线性能。

虽然描述了本发明的示例性实施例，应理解，本发明不应限于这些示例性实施例，但是本领域的普通技术人员可以在由所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内进行多种变化和修改。

Claims (11)

1.一种在射频前端与天线之间执行阻抗匹配的阻抗匹配装置，所述阻抗匹配装置包括：

射频前端，提供射频信号；

天线，将接收到的射频信号输出；

反射功率测量模块，设置在射频前端与天线之间，用于测量射频输入信号的反射系数；

匹配模块，设置在反射功率测量模块与天线之间，用于调节阻抗来使得所述反射系数被最小化；

第一开关模块，设置在所述射频前端中以选择性地切换所述射频信号到旁路路径上；

第二开关模块，设置在所述匹配模块与所述天线之间以选择性地切换所述射频信号到所述旁路路径或所述匹配模块上；以及

控制器，连接到所述射频前端、所述反射功率测量模块、所述匹配模块和所述第二开关模块，如果从所述反射系数检测到特定频率范围，那么令所述射频信号被切换到所述旁路路径上，

其中，所述特定频率范围指的是失配损耗小于所述匹配模块的插入损耗的范围，并且

其中，所述旁路路径通过所述第一开关模块和所述第二开关模块直接连接到所述射频前端和所述天线。

2.如权利要求1所述的阻抗匹配装置，其中，所述第一开关模块是双极型高频开关。

3.如权利要求1所述的阻抗匹配装置，其中，所述第二开关模块是射频MEMS开关。

4.如权利要求1所述的阻抗匹配装置，其中，所述特定频率范围是824MHz至960MHz的频率范围。

5.如权利要求1所述的阻抗匹配装置，其中，所述匹配模块包括至少一个可变电容器和至少一个电感器。

6.如权利要求5所述的阻抗匹配装置，其中，所述控制器通过调节所述至少一个可变电容器的电容来使所述反射系数最小化。

7.一种在射频前端与天线之间执行阻抗匹配的阻抗匹配装置，所述阻抗匹配装置包括：

射频前端，提供射频信号；

天线，将接收到的射频信号输出；

定向耦合器，设置在射频前端与天线之间，用于将从所述射频前端输入的发射信号与从所述天线反射的反射信号相互分离；

检测器，连接到所述定向耦合器，用于检测来自所述发射信号的发射电压以及检测来自所述反射信号的反射电压；

匹配模块，设置在所述定向耦合器与天线之间，用于基于所述发射电压与所述反射电压之间的差值来调节阻抗；

第一开关模块，设置在所述射频前端中以选择性地切换所述射频信号到旁路路径上；

第二开关模块，设置在所述匹配模块与所述天线之间以选择性地切换所述射频信号到所述旁路路径或所述匹配模块上；以及

控制器，连接到所述射频前端、所述检测器、所述匹配模块和所述第二开关模块，如果检测到特定频率范围，那么令所述射频信号被切换到所述旁路路径上，

其中，所述特定频率范围指的是失配损耗小于所述匹配模块的插入损耗的范围，并且

其中，所述旁路路径通过所述第一开关模块和所述第二开关模块直接连接到所述射频前端和所述天线。

8.如权利要求7所述的阻抗匹配装置，其中，所述第一开关模块是双极型高频开关。

9.如权利要求7所述的阻抗匹配装置，其中，所述特定频率范围是824MHz至960MHz的频率范围。

10.如权利要求7所述的阻抗匹配装置，其中，所述匹配模块包括至少一个可变电容器和至少一个电感器。

11.如权利要求10所述的阻抗匹配装置，其中，所述控制器通过调节所述至少一个可变电容器的电容来使所述发射电压与所述反射电压之间的差值最大化。