CN1523774A - 一种天线阻抗匹配电路的设计方法 - Google Patents

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陈俊仁
吴柏府
苏家宏
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Abstract

本发明提供了一种用于设计天线阻抗匹配电路的方法，该阻抗匹配电路用于匹配功率放大器和天线电路。该天线电路最初包括天线和第一天线阻抗匹配电路。为了适应功率放大器的设计修改，本方法提供了第二天线阻抗匹配电路，并将其与第一功率放大器阻抗匹配电路相匹配，以构成一整体电路。该整体电路的阻抗在史密斯圆图(Smith Chart)上形成第一轨迹，且调整其相位误差以符合预定规格。另外，设计第二功率放大器阻抗匹配电路，并将其与第一天线阻抗匹配电路相匹配，以构成另一整体电路，该整体电路的阻抗在史密斯圆图(Smith Chart)上形成第二轨迹。当第一轨迹与第二轨迹重迭时，该系统具有符合预定规格的相位误差。

Description

一种天线阻抗匹配电路的设计方法
技术领域
本发明涉及一种设计阻抗匹配电路(impedance matching circuit)的方法，特别涉及将功率放大器与天线电路匹配成为一相位误差符合规格的电路的方法。
背景技术
在设计无线通讯器材的无线接收/发送电路时，必须设计用于匹配天线(antenna)阻抗的天线阻抗匹配电路，并设计用于调整功率放大器(poweramplifier)阻抗的功率放大器阻抗匹配电路。一般在调整对天线电路的匹配时，因功率放大器阻抗匹配电路后端的功率放大器等电路较复杂，牵扯的问题较多，所以在设计时，在对阻抗进行调整时不会改动功率放大器阻抗匹配电路，而是借助于天线阻抗匹配电路的调整来达到整体阻抗匹配的结果。
然而有些情况下对天线阻抗匹配电路的改动会延缓设计过程或是增加设计成本。例如在设计无线高频电路时，通过检验机关的检验是件耗时且繁杂的过程，因此当天线与天线阻抗所构成的天线电路通过认证时，便必须保留该部份的设计，而是借助于改变功率放大器阻抗匹配电路，来达到相位误差符合规格的目的。然而，一般对上述的重新设计的情况，设计工程师往往要利用尝试错误(Try and Error)的方法去寻找合适的功率放大器阻抗匹配电路。在研发过程中，这往往成为设计过程的瓶颈，需要花费更多的人力和成本，因此需要寻找其它阻抗匹配电路的方法，其可以不改动规格已固定的电路，如天线电路，而达到相位误差符合规格的效果，且可以达到缩减研发过程的目的。
发明内容
本发明主要是提供了一种设计阻抗匹配电路的方法。该匹配电路用于匹配功率放大器和天线电路，这种设计阻抗匹配电路的方法，可以不改变天线阻抗匹配电路，而是根据与阻抗匹配值的对照，设计出相位误差符合规格的新电路。
本发明所提供的设计阻抗匹配电路的方法步骤如下：调整前的天线电路包括天线、第一天线阻抗匹配电路、由第一功率放大器阻抗匹配电路与功率放大器构成的整体电路。在调整该整体电路过程中，需保持天线与天线阻抗匹配电路不变。调整阻抗匹配电路的方法为：首先将第二天线阻抗匹配电路与第一功率放大器阻抗匹配电路相匹配而构成第一整体电路，调整该第二天线阻抗匹配电路使上述第一整体电路的相位误差(phase error)符合预定规格。接着估计该第一整体电路的阻抗值，该阻抗值在史密斯圆图中形成第一轨迹。
接着设计第二功率放大器阻抗匹配电路，将其与第一天线阻抗匹配电路相匹配而构成第二整体电路，接着估计该第二整体电路的阻抗值，该阻抗值在史密斯圆图中形成第二轨迹，调整第二功率放大器阻抗匹配电路使第二轨迹与第一轨迹重迭，则该第二整体电路的相位误差也符合规格。
以上所述设计第二功率放大器阻抗匹配电路的方法，可用尝试错误法去实际测量其阻抗在史密斯圆图上的轨迹，或是利用软件来仿真该阻抗值范围，直到所测得的阻抗值范围与预期的阻抗值范围相符为止。
附图说明
结合附图，可以更详细地解释本发明的步骤，在附图中：
图1为本发明的优选实施例的设计阻抗匹配电路的方法的流程图；
图2为原设计的整体电路方框图；
图3为第一整体电路方框图；
图4为第二整体电路方框图；
图5a为不符合预定规格的相位误差表；
图5b为符合预定规格的相位误差表；
图6a为第一阻抗值范围与第二阻抗值范围的史密斯圆图；以及
图6b为第一阻抗值范围与第二阻抗值范围的史密斯圆图。
图式组件标号说明
200整体电路
202天线
204第一天线阻抗匹配电路
206第一功率放大器阻抗匹配电路
208功率放大器
300第一整体电路
304第二天线阻抗匹配电路
400第二整体电路
406第二功率放大器阻抗匹配电路
502a不符合预定规格的相位误差
502符合预定规格的相位误差
602第一阻抗值范围
604a第二阻抗值范围
604第二阻抗值范围
具体实施例
本发明提供了一种设计阻抗匹配电路的方法，其优选实施例的流程如图1所示。图2为原设计的整体电路200。在保持第一天线阻抗匹配电路204不变的条件下，本发明的方法通过改变第一功率放大器阻抗匹配电路206，以使改变后的整体电路200的相位误差符合预定规格。
参考图1，该优选实施例的步骤可分为三大阶段。第一阶段12先改变天线阻抗匹配电路，而不改动功率放大器阻抗匹配电路，以使整体电路的相位误差符合预定规格。第二阶段14估算该整体电路的阻抗值在史密斯圆图中形成的轨迹。第三阶段16使用最初的天线阻抗匹配电路，但是使用新的功率放大器，来估算该整体电路的阻抗值在史密斯圆图中形成的另一轨迹，当该轨迹与前一轨迹重迭时，使整体电路的相位误差同样符合规格。
第一阶段12的流程可参考图1、图3、图5a、图5b及图6a。首先，在步骤104中，提供了第二天线阻抗匹配电路304，并将其与第一功率放大器阻抗匹配电路206相匹配，从而构成了第一整体电路300。。接着，在步骤106中，测量第一整体电路300中的天线202输出信号的相位误差，例如是30deg，并判断其是否符合预定规格，例如是15deg。若不符合预定规格，例如如图5(a)所示的不符合预定规格的相位误差502a，则在步骤105中调整第二天线阻抗匹配电路304的阻抗，直到相位误差符合预定规格为止，例如如图5(b)所示的符合预定规格的相位误差502。这样就得到了合乎需求的第二天线阻抗匹配电路304。然后在步骤108中，测量所得的第一整体电路300的第一阻抗值范围602，在步骤110中，仿真第一整体电路300的第一阻抗值范围，并用史密斯圆图标示表示该第一阻抗值范围602的轨迹，在步骤112中，在另一史密斯圆图上，验证估计的阻抗值范围轨迹是否与测量所得的第一阻抗值范围602相符。若不相符的话，则重新测量与仿真，直到仿真与测量所得的阻抗值范围相符为止。
第三阶段16的流程可参考图1、图4、图6a及图6b。首先，在步骤114中，用上述方式设计第二功率放大器阻抗匹配电路406，并将其与第一天线阻抗匹配电路204相匹配，而构成第二整体电路400。在步骤116中，仿真该第二整体电路400的第二阻抗值范围604a。并用史密斯圆图标示该临时的第二阻抗值范围604a，如图6a所示。在步骤118中，在史密斯圆图上判断第二阻抗值范围604a是否与第一阻抗值范围602重迭。若不重迭(如图6(a)所示)的话，则在步骤117中，调整第二功率放大器阻抗匹配电路406的阻抗，直到第一阻抗值范围602与第二阻抗值范围604重迭为止，如图6b所示。最终，在步骤120中，得到所要的第二功率放大器阻抗匹配电路406，并构成所要的第二整体电路400。
上述描述并没有限制本发明，而且上述描述以及各种改变与同等的调整皆在本发明的权利要求限定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于设计天线阻抗匹配电路(impedance matching circuit)的方法，该阻抗匹配电路用于匹配功率放大器(power amplifier)和天线(antenna)，且具有第一天线阻抗匹配电路和第一功率放大器阻抗匹配电路，该方法包括：
(a).提供第二天线阻抗匹配电路，其用于匹配所述第一功率放大器阻抗匹配电路，以使所述天线的输出信号的相位误差(phase error)符合预定规格；
(b).所述第二天线阻抗匹配电路与所述第一功率放大器阻抗匹配电路构成第一整体电路，估计所述第一整体电路的第一阻抗值范围；
(c).设计第二功率放大器阻抗匹配电路，并将其与所述第一天线阻抗匹配电路相匹配，以构成第二整体电路；
(d).调整所述第二整体电路的第二阻抗值范围，使所述第二阻抗值范围与所述第一阻抗值范围重迭，则所述第二功率放大器阻抗匹配电路适合作为所述天线(antenna)和所述第一天线阻抗匹配电路的阻抗匹配电路。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一与第二阻抗值范围是在史密斯圆图(Smith Chart)上用轨迹标示的。
3.如权利要求2所述的方法，在所述步骤(d)中，若所述阻抗值范围在史密斯圆图上不重迭，则重复所述步骤(d)，若所述阻抗值范围重迭，则将所述第二功率放大器阻抗匹配电路作为所述阻抗匹配电路。
4.如权利要求1所述的方法，所述步骤(b)还包括：
(b1).测量所述第一整体电路的测量阻抗值范围；
(b2).用软件仿真所述第一整体电路的第一阻抗值范围在史密斯圆图上形成的第一轨迹；
(b3).当所述测量阻抗值范围与所述第一阻抗值范围不相同，重复步骤(b1)。
5.如权利要求1所述的方法，所述步骤(d)还包括：
(d1).调整所述第二功率放大器阻抗匹配电路；
(d2).用软件仿真所述第二整体电路的第二阻抗值范围在史密斯圆图上形成的第二轨迹；
(d3).当所述第二轨迹与所述第一轨迹不重迭时，重复步骤(d1)。
6.一种用于设计天线阻抗匹配电路的方法，所述阻抗匹配电路用于匹配功率放大器与天线，且所述阻抗匹配电路具有第一天线阻抗匹配电路和第一功率放大器阻抗匹配电路，所述方法包括：
(a).提供第二天线阻抗匹配电路，并将其与所述第一功率放大器阻抗匹配电路相匹配，以构成第一整体电路，调整所述第二天线阻抗匹配电路，使所述天线的输出信号的相位误差(phase error)符合预定规格；
(b).用软件仿真所述第一整体电路的第一阻抗值范围在史密斯圆图上形成的第一轨迹；
(c).提供第二功率放大器阻抗匹配电路，并将其与所述第一天线阻抗匹配电路相匹配，以构成第二整体电路；
(d).用软件仿真所述第二整体电路的第二阻抗值范围在史密斯圆图上形成的第二轨迹；
(e).调整所述第二功率放大器阻抗匹配电路，使所述第二轨迹与所述第一轨迹重迭，则所述第二功率放大器阻抗匹配电路适合作为所述天线(antenna)及所述第一天线阻抗匹配电路的阻抗匹配电路。
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