CN1633037A - 天线匹配装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种收发机的天线匹配装置及方法，其中收发机具有一传输模块与一接收模块，而天线匹配装置则包括一匹配电路、一双工器、一循环器、一控制单元和一耦合器。其中，匹配电路可藉一调整信号调整匹配阻抗，并且产生一反射信号，分频单元可接收此反射信号与一接收信号，并依反射信号与接收信号的频率分别送至控制单元和接收模块，控制单元根据反射信号估算调整信号，以调整匹配电路达到匹配天线负载阻抗的最佳化状态，使天线增益达到最大，所以不论接收或传送都能得到最好的效率。

Description

天线匹配装置及方法

技术领域

本发明涉及一种天线匹配装置及方法，特别涉及一循环器和一双工器达成匹配最佳化的天线匹配装置及方法。

背景技术

请参阅图1所示，在传统的传输系统如CDMA(Code Division MultipleAccess)或FDMA(Frequency Division Multiple Access)调制系统中，一收发机10包括有：一天线11、一匹配电路12、一双工器13、一隔离器14、一接收模块16和一传输模块15。双工器13可分频传送和接收信号，隔离器14具有单一方向性，传输模块传输的功率经隔离器14、双工器13与匹配电路12传输至天线11，因隔离器14具有单一方向性，可避免传输模块15中的组件被传输模块传输的功率经天线11所反射的反射功率所损坏，匹配电路12则可用来匹配天线负载阻抗，使反射功率降至最小。

此收发机10通常利用实际场测或假设理想情况下设定天线11负载阻抗，并且决定匹配电路12的阻抗。然而随着天候环境的不同，天线11的实际负载也会随着环境变化，当天线11的负载改变时，反射功率随之变化，原本的匹配电路12就不再是最佳化的匹配，其天线增益也会随之降低，在此状态下会损耗收发机10中的功率放大器的输出功率和影响接收端所接收的信号的强度，于是必须藉由调整放大器的输出功率来维持发射功率的稳定，但是如此便会增加电流消耗且减低收发机的工作效益。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种用于收发机的天线匹配装置，使得该收发机的天线匹配负载阻抗为最佳化。此天线匹配装置包含有：一匹配电路、一分频单元、一循环器和一控制单元。收发机则具有一传输模块与一接收模块，其中传输模块可发送一发射信号。

其中，匹配电路可藉一调整信号调整其天线匹配阻抗，且具有第一端与第二端，第二端是用于接收一接收信号。循环器则耦接至第一端，并接收该发射信号后导入匹配电路，匹配电路相对于发射信号产生一反射信号，并通过第一端传送该反射信号与该接收信号至循环器。

分频单元，可为一双工器，从循环器接收该反射信号与该接收信号，并依反射信号与接收信号的频率分别输出至控制单元与接收模块。控制单元，则耦接至匹配电路，依据反射信号估算调整信号。

本发明的另一目的则是提供一种天线匹配方法，其系利用前述的天线匹配装置来实施。此方法包括下列步骤：

a.利用循环器获取一反射值，其中反射值是为发射信号传输至匹配电路所产生；b.控制单元提供一调整信号至匹配电路，并且设定一参考值和一临界值；以及c.依据反射值和参考值的差值以改变调整信号，使得此差值达到该临界值。

利用上述的天线匹配装置和天线匹配方法，可使收发机在天线端具有最佳匹配状态，使得传输和接收的信号强度都能达到最大值。

附图简述

为对本发明能有更进一步的了解与认同，兹配合附图作一详细说明如后。

图1是为已知收发机的方块图。

图2A是显示本发明的用于一收发机的天线匹配装置第一较佳实施例。

图2B是显示本发明的用于一收发机的天线匹配装置第二较佳实施例。

图3是显示本发明的用于一收发机的天线匹配装置第三较佳实施例。

图4的为本发明的天线匹配方法的流程图。

图5是为本发明的天线匹配方法的设定一匹配临界值Opt的流程图。

图6是为本发明的天线匹配方法的另一较佳实施例的流程图

附图符号说明：

10-收发机

11、26-天线

13-双工器

14-隔离器

15-传输模块

16-接收模块

20、30-天线匹配装置

12、21-匹配电路

22-双工器

23-循环器

24-控制单元

25-耦合器

27-传输模块

28-接收模块

3-分频单元

31-带通滤波器

32-第一耦合器

具体实施方式

请参阅图2A所示，其为本发明的用于一收发机的天线匹配装置第一较佳实施例。此收发机具有一传输模块27与一接收模块28，天线匹配装置20则包括有：一匹配电路21、一双工器22、一循环器23、一控制单元24和一耦合器25。

匹配电路21具第一端与第二端，第二端耦接至一天线26，匹配电路21可藉一调整信号调整其天线匹配阻抗，使天线26反射信号达到最小值，以达到匹配最佳化，并且响应传输模块27的一发射信号产生一反射信号，在此较佳实施例中，该调整信号其是为一电压值，该电压值在一最大电压值Vmax和一最小电压值Vmin之间。

循环器23是为三端的循环器，第一端耦接至耦合器25且接收发射信号，第二端耦接至匹配电路21的第二端且将发射信号导入匹配电路21，第三端耦接至双工器22并将反射信号及一接收信号导入双工器22，然而循环器23具有单一方向的特性，使得第一端接收信号由第二端输出，第二端接收信号由第三端输出，第三端接收信号由第一端输出，循环器23无法逆向作动，藉此防止该反射信号传入传输模块27而导致损坏。

双工器22接收该反射信号与该接收信号，并依反射信号与接收信号的频率分别输出至控制单元24与接收模块28。

控制单元24具有第一检测器241和第二检测器242，并耦接至匹配电路21与双工器22，其依据该反射信号估算调整信号，用以控制匹配电路21。

当传输模块25发射该发射信号时(该发射信号具有第一功率)，耦合器25会从其中取样一第二功率送至控制单元24中的第二检测器242。循环器23会将该第一功率传送至匹配电路21，再经由天线26发射以及产生前述的反射信号(具有一反射功率)。该反射功率会输入循环器23的第二端，再传送至循环器23的第三端所耦接的双工器22中，藉由双工器22的分频特性，使反射功率传送至控制单元24中的第一检测器241，其中该第二功率是为某适当比例的第一功率，所以由第二功率和第一功率的大小可得知反射功率和发射功率相差的大小，并且以第二功率做为一第一参考值与第一检测器241所侦测到的反射功率反复进行比较，得到一调整信号调整匹配电路21，使得天线反射功率达到最小值，以达到匹配最佳化。

当匹配网络藉由侦测反射功率机制量得功率反射匹配最佳化时，此时天线的增益为最大，则无线接收信号的品质也同样会最佳，当接收模块28接收一信号时，由天线接收后送入循环器23的第二端，再由循环器23的第三端输出至双工器22中，双工器22可将干扰滤除并且将该信号送入该接收模块。

请参阅图2B所示，其系本发明的天线匹配装置的第二较佳实施例。与第一佳实施例的不同点在于第二较佳实施例中省略耦合器25，可直接将传输模块27所发射的第一功率藉由循环器23送至匹配电路21中，再经由天线26发射并且产生一反射功率，循环器23将该反射功率传送至控制单元24中的第一检测器241，并且第二检测器242中预设一第二参考值，可与该反射功率作一计算，以得到一调整信号调整匹配电路21，使得该反射功率达到最小值，以达到匹配最佳化。

请参阅图3所示，其是本发明的天线匹配装置的第三较佳实施例。其中收发机具有一传输模块27与一接收模块28，该天线匹配装置30包括有：一匹配电路21、一分频单元3、一循环器23、耦合器25和一控制单元24。该作动原理如同上述的第一较佳实施例在此不加以赘述，不同点则在于分频单元3由一带通滤波器31和一第一耦合器32所组成，分频单元3可滤除干扰和区分反射信号与接收信号，并且藉由第一耦合器32将接收信号送入接收模块28，以及将反射信号送入第一检测器241中。

请参阅图4所示，其是为本发明的天线匹配方法的流程图，该方法可实施于图2A的架构中。当收发机开始传送和接收信号时，藉由循环器23撷取一反射功率，比较该反射功率和传输模块27所发射的功率，利用两者差值估算所需的调整信号以调整匹配电路21，以达到匹配最佳化该方法包括下列步骤：

步骤50：设定一匹配临界值Opt、一临界电压值Vtest和匹配电路的调整信号范围(Vmax-Vmin)，该匹配临界值Opt和临界电压值Vtest为匹配电路可达成最佳匹配；

步骤51：利用循环器23可获取一反射功率；

步骤52：设定一参考值，该参考值是为传输模块27所发射的功率；

步骤53：计算反射功率和参考值的差值，是否为匹配临界值Opt，若为″否″则改变该调整信号，直到该差值达到匹配临界值Opt；

步骤54：送出该调整信号以调整匹配电路21，使得天线匹配达到最佳化。

如图6所示，为本发明的天线匹配方法另一较佳实施例的流程图，该方法可实施于图2A的架构中。下列的步骤91至步骤100，其是为该天线匹配装置寻找最佳匹配时的演算方法，利用索引(INDEX)i和缓存器，先改变匹配电路21的调整电压，再撷取第一检测器和第二检测器的差值，检查此差值是否达到一临界匹配值Opt，以求得使该差值达到临界匹配值Opt的匹配电路21的调整电压，用此调整电压调整匹配电路21即可达到匹配电路最佳化的功效。

步骤91：设定匹配临界值Opt、一临界电压值Vtest和匹配电路的调整信号范围(Vmax，Vmin)、一索引(index)i＝1和

一匹配网络的调整电压V[i]＝Vtest；

步骤92：当V[i]＝＝Vtest时，设定，A[i]＝D2-D1，其中D1为第一检测器的功率值，D2为第二检测器的功率值；

步骤93：设定V[i+1]＝(Vmax+Vmin)/2，Vmax其是为匹配网络的调整电压的最大电压值，Vmin其是为匹配网络的调整电压的最小电压值；

步骤94：当V[i+1]＝(Vmax+Vmin)/2时，设定A[i+1]＝D2-D1；

步骤95：设定第二缓存器B＝A[i+1]，第一缓存器A＝A[i]；

步骤96：比较第二缓存器B是否大于第一缓存器A，若″是″执行步骤97，若″否″则执行步骤98；

步骤97：设定A[i+1]＝B，V[i+2]＝(V[i+1]+Vmin)/2，A[i+2]＝D2-D1

    i＝i+1；

步骤98：设定A[i+1]＝A[i]，V[i+2]＝(V[i+1]+Vmax)/2，A[i+2]＝D2-D1

    i＝i+1；

步骤99：比较A[i+2]是否大于匹配临界值Opt，若″是″执行步骤100，若″否″则重新执行步骤95至步骤99；以及

步骤100：送出调整电压V[i+2]，以达到匹配最佳化。

请参阅图5所示，其为本发明的天线匹配方法的设定一匹配临界值Opt的流程图，其利用一可调式负载限定输入的负载阻抗范围以及调整信号的电压范围(最大电压值Vmax和最小电压Vmin)，并且设定匹配临界值Opt和临界电压值Vtest。该方法包括下列步骤：

步骤60：在天线26一端接上一可调式负载；

步骤61：限定输入的负载阻抗范围以及调整信号范围；

步骤62：量测发射功率和反射功率的差值；

步骤63：找出两者间最大功率差值，设定此最大功率差值为匹配临界值Opt，此时匹配电路21的的调整信号其是为临界电压值Vtest。

上述本发明的天线匹配装置结合循环器23单一方向性和双工器22分频的特性，将发射功率经由该循环器23从天线26送出并且量测不良匹配所造成的反射功率，藉由调整信号调整匹配电路21来达到匹配天线负载阻抗为最佳化状态，在最佳化状态下，天线增益达到最大，所以不论接收或传送都能得到最好的效率。

以上所述者，仅为本发明较佳实施例而已，当不能用来限定本发明所实施的范围。即凡属于本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰皆因属于本发明专利涵盖的范围内。

Claims (8)

1.一种用于一收发机的天线匹配装置，该收发机具有一传输模块与一接收模块，该传输模块发送一发射信号至该匹配装置，该匹配装置包含：

一匹配电路，可藉一调整信号调整其天线匹配阻抗，该匹配电路具一第一端与一第二端，该第二端用于接收一接收信号；

一控制单元，耦接至该匹配电路，根据该反射信号估算该调整信号；

一循环器，耦接至该第一端，并接收该发射信号后导入该匹配电路，该匹配电路相对于该发射信号响应一反射信号，该匹配电路通过该第一端传送该反射信号与该接收信号至该循环器；

一分频单元，耦接于该循环器，接收该反射信号与该接收信号，并依该反射信号与该接收信号的频率分别输出至该控制单元与该接收模块。

2.如权利要求1所述的天线匹配装置，其中，该分频单元系为一双工器。

3.如权利要求1所述的天线匹配装置，其中，该分频单元包含一带通滤波器和一耦合器。

4.如权利要求1所述的天线匹配装置，更包含一第一耦合器，耦接至该循环器与该控制单元，将该发射信号送入循环器与该控制单元，该控制单元系依据该反射信号和该发射信号，来调整该匹配电路。

5.如权利要求4所述的天线匹配装置，其中，该发射信号具一第一功率，该反射信号具一反射功率，该控制单元依据该第一功率和该反射功率的差值，以提供该电压来调整该匹配电路，直到该差值接近一预设的临界值。

6.一种天线匹配方法，是用于一收发机中，该收发机包括有一匹配电路、一循环器和一控制单元，该方法包括下列步骤：

a.利用该循环器获取一反射值，其中该反射值是为该收发机所发射的功率传输至匹配电路所产生；

b.该控制单元提供一电压给该匹配电路并且设定一参考值和一临界值；

c.依据该反射值和参考值的差值来改变该电压，使得该差值达到该临界值。

7.如权利要求6所述的方法，其中，该参考值是为收发机所发射的功率。

8.如权利要求6项所述的方法，其中，该临界值是为最佳化的标准值。

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