-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur energiesparenden Impedanzanpassung einer Signalleitung an ein Schaltungselement variabler Impedanz.
-
HF-Signalleitungen und für HF-Signale vorgesehene Schaltungselemente sollten in der Impedanz aneinander angepasst sein, um unerwünschte Reflektionen der Signale – z. B. beim Übergang aus der HF-Leitung in ein Schaltungselement – oder eine Dämpfung der Signalstärke zu minimieren.
-
In mobilen Kommunikationsgeräten beispielsweise ist die Impedanz einer Antenne, welche variabel sein kann, an die Impedanz der damit verschalteten Schaltungskomponente – z. B. eine Frontend-Schaltung – anzupassen. Die Impedanz der Antenne eines mobilen Kommunikationsgeräts ist insbesondere dann variabel, wenn es sich um eine Planarantenne handelt, deren Impedanz stark vom räumlichen Abstand zu anderen Gegenständen abhängt oder von anderen äußeren Einflüssen abhängt.
-
Aus der
US 2008/0274706 A1 ist eine Impedanzanpassschaltung eines mobilen Kommunikationsgeräts bekannt. Die Impedanzanpassung zwischen einer Antenne und dem Signalpfad der Frontendschaltung geschieht durch Tunen, d. h. durch adaptive Anpassung mit Hilfe einer Impedanzanpassschaltung, die zwischen einem Leistungsverstärker und der Antenne verschaltet ist. Als Basis für das adaptive Anpassen dient z. B. die gemessene Sendeleistung, die durch einen Koppler, der an den Signalpfad gekoppelt ist, ermittelt wird. In einer Regelschleife wird die Impedanzanpassung ständig an die gegenwärtige (Last-)Impedanz der Antenne angepasst.
-
Aus der
US 2005/0 255 818 A1 ist eine Impedanzanpassschaltung, die in einem ”normal mode” und in einem ”adjustment mode” betreibbar ist, bekannt.
-
Aus der
US 2007/0 194 859 A1 ist eine Impedanzanpassschaltung zur gleichzeitigen Anpassung von TX- und RX-Frequenzen bekannt, welche in einem ”open control loop” Modus und in einem ”closed control loop” Modus betreibbar ist.
-
Aus der
US 6 961 368 B2 sind HF-Schaltungen für eine adaptive (Antennen-)Impedanzanpassung bekannt, wobei ein Signalweg eine Vielzahl einzelner paralleler Signalleitungen umfasst, von denen z. B. ein einzelner mittels eines Schalterarrays mit einem Impedanzanpassnetzwerk verbunden werden kann.
-
Ein Problem bekannter Impedanzanpassschaltungen besteht darin, dass die in einem Regelkreis durchgeführte adaptive Impedanzanpassung auch dann elektrische Leistung – zum Beispiel aus einem Akku eines mobilen Kommunikationsgerätes – verbraucht, während eigentlich gar keine Impedanzanpassung nötig ist. Eine Impedanzanpassung kann unnötig sein, wenn die Impedanz gut angepasst ist und die Lastimpedanz sich nicht ändert. Ein Beispiel für eine solche Situation ist, wenn das mobile Kommunikationsgerät mit einer externen Antenne (zum Beispiel einer externen Antenne auf dem Dach eines Automobils) verschaltet ist. Eine analoge Situation liegt dann vor, wenn der Signalpfad des mobilen Kommunikationsgerät – z. B. zu Testzwecken – mit Schaltkreisen einer externen Testumgebung verschaltet ist. Trotzdem kann sich die Lastimpedanz auch in solchen Fällen mit der Zeit ändern.
-
Ein weiteres Problem bekannter Impedanzanpassschaltungen besteht in der Komplexität von modernen Multiband/Multimode Kommunikationsgeräten. Insbesondere solchen mit mehreren Antennen. Ein Regelsystem zur adaptiven Impedanzanpassung eines Frequenzbandes funktioniert i. A. nicht, wenn es bei Frequenzen eines anderen Frequenzbands betrieben wird. Es funktioniert insbesondere dann nicht, wenn es bei unterschiedlichen Bändern betrieben wird.
-
Ein weiteres Problem bekannter Impedanzanpassschaltungen besteht darin, die Lastimpedanzen von Schaltungselementen variabler Impedanz anzupassen, wenn ein entsprechendes Gerät mehrere Schaltungselemente variabler Impedanz aufweist, insbesondere dann, wenn diese Schaltungselemente untereinander wechselwirken. Ein Beispiel für diesen Fall ist ein modernes Kommunikationsgerät, in dem mehrere Antennen verbaut sind. Die mehreren Antennen können z. B. vorgesehen sein, um unterschiedliche Frequenzbänder zu bedienen oder in unterschiedlichen Übertragungssystemen (z. B. GSM, W-CDMA, ...) zu arbeiten. Ein erhöhter Energiebedarf entsteht beispielsweise dadurch, dass eine sich nicht im Betrieb befindende Antenne mit einer sich in Betrieb befindenden Antenne wechselwirkt und eine gute adaptive Anpassung der sich in Betrieb befindenden Antenne stört.
-
Aus dem Stand der Technik bekannte Impedanzanpassschaltungen passen lediglich die Impedanz von Antennen an, welche momentan in Betrieb sind. Die Wechselwirkung einer sich im Betrieb befindenden Antenne mit einer zweiten Antenne, welche momentan nicht in Betrieb ist, kann zu dem o. g. Problem führen, dass die Abstrahlung der aktiven Antenne durch Wechselwirkung mit der inaktiven Antenne verschlechtert ist.
-
Ein weiteres Problem bekannter Impedanzanpassschaltungen besteht darin, dass als Grundlage für die Impedanzanpassung die abgestrahlte HF-Leistung gemessen wird. Ist jedoch die abgestrahlte HF-Leistung zu gering um sinnvolle Rückschlüsse auf die Impedanzanpassung zu ziehen, so verbraucht der Vorgang der Impedanzanpassung unnötig Energie, während eine wirkungsvolle Impedanzanpassung nicht garantiert ist.
-
Insbesondere da der Trend zu immer kleineren und leistungsfähigeren und leichteren mobilen Kommunikationsgeräten geht, besteht ein Interesse daran, ein Verfahren zur Impedanzanpassung zur Verfügung zu haben, welches gegenüber bekannten Verfahren einen reduzierten Energiebedarf aufweist.
-
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein energiesparendes Verfahren zur Impedanzanpassung sowie eine entsprechende HF-Schaltung zur Impedanzanpassung anzugeben, wobei das Verfahren ein Vielzahl an unterschiedlichen Situationen berücksichtigt und eine Impedanzanpassung trotz unterschiedlicher Situationen optimal durchführt.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Impedanzanpassung nach Anspruch 1 bzw. durch eine HF-Schaltung nach Anspruch 16 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Die Erfindung gibt ein Verfahren zur energiesparenden Impedanzanpassung einer ersten Signalleitung eines Signalpfads an ein erstes Schaltungselement variabler Impedanz durch eine Impedanzanpassschaltung an. Die Impedanzanpassschaltung ist mit einer externen Schaltungsumgebung verschaltet. Die Impedanzanpassschaltung umfasst ein erstes Anpassnetzwerk, welches mit der ersten Signalleitung verschaltet ist und dessen Impedanz geregelt oder gesteuert wird. Die Impedanzanpassschaltung umfasst eine Logikschaltung, in der ein Algorithmus zum Regeln und Steuern des ersten Anpassnetzwerks und zur Überwachung von Steuersignalen der externen Schaltungsumgebung realisiert ist. Das Verfahren weist ferner folgende Verfahrensmerkmale auf:
- – der Algorithmus ist stets in einem aktiven Modus aktiv, der ausgewählt ist aus mindestens zwei verschiedenen Modi der Regelung der Impedanz des ersten Anpassnetzwerks, der Steuerung der Impedanz des ersten Anpassnetzwerks, der Überwachung von Steuersignalen der externen Schaltungsumgebung oder von Kombination aus Regelung, Steuerung und Überwachung,
- – der jeweilige aktive Modus wechselt in zeitlichem Abstand in jeweils einen anderen Modus,
- – die Steuersignale der externen Schaltungsumgebung bestimmen dabei den jeweiligen aktiven Modus,
- – in einem Modus der Regelung wird die Impedanz des ersten Anpassnetzwerks geregelt, und
- – in einem Modus der Steuerung wird die Impedanz des ersten Anpassnetzwerks auf einem festgelegten Wert eingestellt.
-
Dabei umfasst die Impedanzanpassschaltung weiterhin eine zweite Signalleitung, ein zweites Schaltungselement variabler Impedanz und ein zweites Anpassnetzwerk, wobei das zweite Anpassnetzwerk mit der zweiten Signalleitung und diese mit dem zweiten Schaltungselement variabler Impedanz verschaltet ist, und wobei die Impedanz des zweiten Anpassnetzwerks zur Impedanzanpassung der zweiten Signalleitung an das zweite Schaltungselement variabler Impedanz geregelt oder gesteuert wird. In einem Modus der Regelung der Impedanz wird die Impedanz eines der Anpassnetzwerke geregelt, während gleichzeitig die Impedanz des anderen Anpassnetzwerks gesteuert wird.
-
Eine zweite Schaltung zur Bestimmung der Impedanzanpassung des zweiten Schaltungselements variabler Impedanz kann mit der zweiten Signalleitung verschaltet sein.
-
Durch ein solches Verfahren ist es möglich, beispielsweise zwei verschiedene Antennen eines mobilen Kommunikationsgerätes so anzupassen, dass der Stromverbrauch minimal und die Impedanzanpassung gut ist, wenn eine oder beide Antennen in Betrieb sind. Insbesondere dann, wenn lediglich eine der Antennen in Betrieb ist und einer adaptiven, dynamischen Impedanzanpassung bedarf, kann die Impedanz des Anpassnetzwerks der anderen Antenne auf Werte eingestellt werden, bei denen für die erste Antenne eine optimale HF-Signalabstrahlung stattfindet. Dann ist die energetische Situation bezüglich der Situation, in der beide Antennen getunt werden, verbessert.
-
Die erste Signalleitung kann dabei eine Signalleitung eines Signalpfads eines mobilen Kommunikationsgerätes sein. Das erste Schaltungselement variabler Impedanz kann dabei eine Antenne, zum Beispiel eine Planarantenne, des mobilen Kommunikationsgerätes sein. Die externe Schaltungsumgebung kann durch andere, weitere Schaltungskomponenten oder Logikkomponenten der mobilen Kommunikationseinheit (zum Beispiel Grafikprozessor, Mikrocontroller, usw.) realisiert sein. Die erste Signalleitung kann balanced (symmetrisch) oder unbalanced (unsymmetrisch/gegen Masse geführt) ausgeführt sein. Ein Signalpfad kann z. B. zwei Signalleitungen umfassen.
-
Der Algorithmus kann in einem Modus der Regelung der Impedanz des ersten Anpassnetzwerks aktiv sein. Dies bedeutet, dass die Impedanzanpassung adaptiv in einer Regelschleife durchgeführt wird. Mit anderen Worten: das Tunen des Schaltungselements variabler Impedanz wird dynamisch durchgeführt.
-
Ferner kann der Algorithmus in einem Modus aktiv sein, in dem die Impedanz des ersten Anpassnetzwerks nicht geregelt sondern gesteuert wird. Dies bedeutet, dass die Impedanz des Anpassnetzwerks fest eingestellt (gesteuert) wird. Eine adaptive Anpassung der Impedanz (dynamisches Tunen) findet in diesem Modus der Steuerung nicht statt.
-
Dadurch, dass der Algorithmus – je nach Situation und Anforderung – zwischen einem Modus zur Regelung und einem Modus der Steuerung wechselt, ist sichergestellt, dass einerseits stets eine gute Anpassung erhalten wird, und dass andererseits der Energieverbrauch verringert ist. Ob sich der Algorithmus in einem Modus der Steuerung oder in einem Modus der Regelung befindet, wird durch Steuersignale der externen Schaltungsumgebung bestimmt.
-
Signale aus der externen Schaltungsumgebung können den Modus bestimmen und dazu beispielsweise den Akkuladezustand, die in den Signalpfad eingespeiste HF-Leistung oder den Betriebszustand der Antennen berücksichtigen. Insbesondere wenn die eingespeiste HF-Leistung – weil z. B. der Akkuladezustand niedrig ist – niedrig ist und ein Tunen nicht gut möglich ist, kann die Impedanzanpassung gesteuert (statt geregelt) werden. Wenn die eingespeiste HF-Leistung hoch ist, kann oder soll dagegen die Impedanzanpassung geregelt werden.
-
Das angegebene Verfahren unterscheidet sich also von bekannten Verfahren zur dynamischen Impedanzanpassung dadurch, dass in Fällen, in denen eine Regelung der Impedanzanpassung nicht möglich oder unerwünscht ist, die Impedanzanpassung gesteuert wird, wodurch der Energieverbrauch reduziert ist.
-
In einer Ausgestaltung des Verfahrens werden in einem Modus der Regelung der Impedanz des ersten Anpassnetzwerks iterativ die folgenden Schritte abgearbeitet:
A: Bestimmung der momentanen Anpassung mit Hilfe einer ersten Schaltung zur Bestimmung der Impedanzanpassung
B: Ermittlung eines neuen Wertes der Impedanz des Anpassnetzwerkes
C: Einstellen eines neuen Wertes der Impedanz des Anpassnetzwerkes
D: Fortfahren mit Schritt A.
-
Dabei kann die erste Schaltung zur Bestimmung der Impedanzanpassung beispielsweise ein Richtkoppler sein, der mit Signalleitungen des Signalpfads verschaltet ist und der beispielsweise die momentane Abstrahlleitung detektiert. Alternativ kann die erste Schaltung zur Bestimmung der Impedanzanpassung auch eine Schaltung sein, um das Stehwellenverhältnis von HF-Signalen im Signalpfad oder die relative Phasenlage der HF-Signale im Signalpfad zu detektieren. Auch das Vorsehen einer Schaltung zur Bestimmung oder Abschätzung des Werts der komplexwertigen Impedanz ist möglich.
-
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird in einem Modus der Steuerung der Wert der Impedanz des ersten Anpassnetzwerks in Abhängigkeit
- – vom Frequenzband, in dem im ersten Signalpfad Daten übertragen werden, und/oder
- – von der Art des ersten Schaltungselement variabler Impedanz eingestellt, welches Schaltungselement ausgewählt ist aus: externe Testschaltung, PILA (Planar Inverted L Antenna), PIFA (Planar Inverted F Antenna), Planarantenne, Stabantenne, Leistungsverstärker und Empfangsverstärker.
-
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens bestimmen Steuersignale der externen Schaltungsumgebung in Abhängigkeit von
- – einer Versorgungsspannung, die zumindest Teile der elektrischen Schaltkreise der externen Schaltungsumgebung oder der Impedanzanpassschaltung bedient, oder
- – der Art des ersten Schaltungselements variabler Impedanz das ausgewählt ist aus: einer externen Testschaltung, einer PILA, einer PIFA, einer Planarantenne, einer Stabantenne, den jeweiligen aktiven Modus.
-
Die oben aufgezählten Elemente haben also nicht nur einen Einfluss auf die konkrete Ausgestaltung der adaptiven Impedanzanpassung, sondern auch darauf, ob die Impedanzanpassung geregelt oder gesteuert wird.
-
Es ist möglich, dass die Impedanz des einen Anpassnetzwerks so geregelt wird und die Impedanz des anderen Anpassnetzwerks so gesteuert wird, dass die Impedanzanpassung für das geregelte Anpassnetzwerk optimal ist.
-
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Regelung der Impedanz eines Anpassnetzwerks mit Steuersignalen der externen Schaltungsumgebung synchronisiert.
-
Ein solches Verfahren ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn es sich um ein mobiles Kommunikationsgerät handelt, welches im TDD (Time Division Duplexing) betrieben wird. Im TDD-Verfahren wird zwischen Zeitschlitzen, in denen jeweils gesendet oder empfangen wird, umgeschaltet. Sind die iterativ durchgeführten Anpassschritte mit den Umschaltzeiten des TDD-Betriebs synchronisiert, so kann effektiv vermieden werden, dass störende Frequenzkomponenten durch das Tunen der Impedanzanpassschaltung in oder während eines Zeitschlitzes des Sendens oder des Empfangens von HF-Signalen auftreten. Es ist bevorzugt, die Impedanz der Anpassnetzwerke während eines TDD-Umschaltvorgangs zu variieren. Insbesondere der Empfang von relativ leistungsschwachen HF-Signalen wird dadurch verbessert.
-
Jedoch kann es auch vorteilhaft sein, wenn die Regelung der Impedanz eines Anpassnetzwerks asynchron zu Steuersignalen der externen Schaltungsumgebung erfolgt. Befindet sich ein entsprechend betriebenes mobiles Kommunikationsgerät beispielsweise in einem FDD (Frequency Division Duplexing) Modus, in dem kontinuierlich Daten gesendet und empfangen werden, so kann die Impedanzanpassung nicht synchron zu Umschaltzeiten stattfinden. Steuersignale der externen Schaltungsumgebung können auch zu beliebigen, nicht vorhersehbaren Zeitpunkten (zum Beispiel interrupt-gesteuert) stattfinden, so dass eine Synchronisation der Anpassschritte mit den Signalen der externen Schaltungsumgebung zu einer Beeinträchtigung der Qualität der Impedanzanpassung führen würde.
-
Regelschritte der Impedanzanpassung werden vorzugsweise so durchgeführt, dass durch drastische Impedanzanpassung verursachte starke Phasenänderungen des Sendesignals vermindert werden. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn während der Regelung der Impedanz die Änderung der Phase des Sendesignals geringer oder gleich 15° pro Regelschritt ist.
-
Das Schaltungselement variabler Impedanz ist vorzugsweise eine Antenne eines mobilen Kommunikationsgeräts.
-
In einer alternativen Ausgestaltungsform ist als Schaltungselement variabler Impedanz ein Schaltelement eingesetzt, das die Impedanzanpassschaltung mit einer externen Testschaltung verschaltet. Statt einer Schaltung zu Testzwecken kommt auch jede andere Schaltung (z. B. eine externe Antenne) in Frage, unabhängig davon, ob ihre Impedanz, verglichen mit der eine herkömmlichen Antenne eines mobilen Kommunikationsgeräts, zeitlich schnell oder langsam variiert. Denn der Algorithmus zur Impedanzanpassung eignet sich für alle solche Fälle.
-
Ein Anpassnetzwerk, dessen Impedanz geregelt oder gesteuert werden kann, kann Schalteinheiten umfassen, deren Impedanz eingestellt werden kann.
-
Eine Ausgestaltung des Verfahrens besteht also darin, eines oder mehrere Anpassnetzwerke zu verwenden, die eine Schalteinheit umfassen, die ausgewählt ist aus,
eine schaltbare Kapazitätsmatrix in RF-MEMS-Technologie,
eine schaltbare Kapazitätsmatrix in CMOS-Technologie,
eine schaltbare Kapazitätsmatrix in NMOS/PMOS-Technologie,
eine schaltbare Kapazitätsmatrix in GaAs-Technologie,
eine schaltbare Kapazitätsmatrix in SiGe-Technologie,
ein schaltbares Kapazitätselement in BST-Technologie,
ein schaltbares Kapazitätselement in BZN-Technologie,
ein schaltbares Kapazitätselement in Kohlenstofftechnologie,
ein schaltbares Kapazitätselement mit Graphen-FETs,
ein hyperabrupt dotierter Varaktor und
eine Schalteinheit, die auf mit ferroelektrischen Materialien arbeitenden Technologien basiert.
-
Als schaltbares Kapazitätselement in Kohlenstofftechnologie kommt beispielsweise eine schaltbare Kapazitätsmatrix, welche mit synthetischen, Kohlenstoff umfassende Materialien (z. B. Graphen) arbeitet. Insbesondere Kapazitätselemente, die mit Graphen-FETs (Feldeffekt-Transistoren) arbeiten, können geeignet sein.
-
Die Logikschaltung in der der Algorithmus implementiert ist, kann in einem Mikrocontroller, in einem Basisbandchipsatz, in einem HF-Chipsatz, in einer ASIC (Anwendungsspezifische Integrierte Schaltung/Application Specific Integrated Circuit) oder in einem anderen IC (Integrated Circuit) integriert sein.
-
HF-Signale können im Signalpfad nacheinander oder gleichzeitig (bei mehreren Signalleitungen im Signalpfad) propagieren. Sie können in einem ersten Frequenzband oder in einem zweiten, vom ersten Frequenzband verschiedenen Frequenzband propagieren.
-
Das Verfahren findet in einer Ausführungsform Verwendung in einem Multiband- oder Multimode-Mobilfunkgerät.
-
In einer Ausführungsform des Verfahrens werden in einem Modus Sende- oder Empfangsdaten in einem Modulationsverfahren verarbeitet, dass ausgewählt ist aus CW, GSM (Global System for Mobile communications), W-CDMA (Wide Band Code Division Multiple Access), LTE (Long Term Evolution, ein UMTS Nachfolge-Mobilfunkstandard) und OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex). Im Rahmen des LTE-Standards seien auch noch die folgenden (Modulations-)Verfahren genannt, welche einzeln oder in Kombination während der Datenübertragung angewendet werden können: QAM (Quadratur-Amplitudenmodulation), COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex), TCM (Trellis-Coded Modulation), BCM (Block Code Modulation), MLCM (Multilevel Code Modulation), BOC (Binary Offset Carrier), FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum), DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum).
-
Möglich ist auch, in einem Modus der Regelung optimale Parameter zur Anpassung zu finden und dann in einen Modus der Steuerung zu schalten und die ermittelten Parameter fest einzustellen und beizubehalten. Im Unterschied zu bekannten Ausführungen, bei denen die Steuerung auf einer Look-up table basiert, ist ein System flexibler, in dem per Algorithmus eine adaptive Anpassung durchgeführt wird. Es kann dann auf Speicherbausteine, in denen die Look-up table hinterlegt ist, verzichtet werden.
-
Es kann vorgesehen sein, zur Messung der momentanen Impedanzanpassung nur den Betrag, nicht jedoch die Phase der HF-Signale im Signalpfad zu verwenden. Der Schaltungsaufwand ist dann verringert.
-
Eine Anpassschaltung umfasst z. B. Kapazitätsmatrizen, in denen Schalteinheiten verschaltet sind, beispielsweise fünf Schalteinheiten einstellbarer Impedanz (zum Beispiel Varaktoren). Wenn jeder Varaktor zwei schaltbare Kapazitätswerte besitzt, ergeben sich insgesamt 32 mögliche unterschiedliche Zustände. Neben Kapazitätselementen variabler Kapazität kommen auch Schaltungseinheiten in Frage, bei denen die Induktivität variabel einstellbar ist.
-
Es kommen Schalteinheiten in Frage, deren Impedanz in diskreten Schritten eingestellt werden kann. Es kommen aber auch Schalteinheiten in Frage, deren Impedanz in bestimmten Intervallen kontinuierlich einstellbar ist.
-
Im Folgenden wird das Verfahren zur Impedanzanpassung anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen schematischen Figuren näher erläutert. Es zeigen
-
1: die schematische Verschaltung einer Impedanzanpassschaltung mit einer externen Schaltungsumgebung und der Signalleitung eines Signalpfads,
-
2: die schematische Verschaltung der Impedanzanpassschaltung mit einer externen Schaltungsumgebung sowie mit zwei Signalleitungen des Signalpfads,
-
3: die Verschaltung eines Anpassnetzwerks mit einer Logikschaltung und einem Schalter, der den Signalpfad entweder mit einer Antenne oder mit einer definierten Schaltungsumgebung verschaltet,
-
4: eine Ausgestaltung der Anpassschaltung mit induktiven und kapazitiven Schaltungseinheiten,
-
5: eine weitere Ausgestaltung einer Impedanzanpassschaltung,
-
6: den Verlauf des Reflektionskoeffizienten in Abhängigkeit von der Impedanzanpassung.
-
1 zeigt eine im erfindungsgemäßen Verfahren verwendbare schematische Verschaltung einer Impedanzanpassschaltung IMC mit einer externen Schaltungsumgebung EE und einem Signalpfad SP. Die Impedanzanpassschaltung IMC umfasst eine Logikschaltung LC und ein erstes Anpassnetzwerk MN1, das mit der Logikschaltung LC verschaltet ist. Die Impedanzanpassschaltung IMC ist mit einer externen Schaltungsumgebung EE verschaltet. Das erste Anpassnetzwerk MN1 der Impedanzanpassschaltung IMC ist mit einer ersten Signalleitung SL1 des Signalpfads SP verschaltet. Die erste Signalleitung SL1 ist ferner mit einem Schaltungselement variabler Impedanz CVI1 verschaltet.
-
2 illustriert eine im Verfahren der Impedanzanpassung einsetzbare Verschaltung der Impedanzanpassschaltung IMC. Die Impedanzanpassschaltung ist mit einer externen Schaltungsumgebung EE verschaltet, wobei die Impedanzanpassschaltung IMC eine Logikschaltung LC, ein erstes Anpassnetzwerk MN1 und ein zweites Anpassnetzwerk MN2 umfasst. Das erste Anpassnetzwerk MN1 ist mit einer ersten Signalleitung SL1 des Signalpfads SP verschaltet. Das zweite Anpassnetzwerk MN2 ist mit einer zweiten Signalleitung SL2 des Signalpfads SP verschaltet. Die erste Signalleitung SL1 ist mit einem ersten Schaltungselement variabler Impedanz CVI1 verschaltet, während die zweite Signalleitung SL2 mit einem zweiten Schaltungselement variabler Impedanz CVI2 verschaltet ist. Die Logikschaltung LC ist sowohl mit dem ersten Anpassnetzwerk MN1 als auch mit dem zweiten Anpassnetzwerk MN2 verschaltet.
-
3 zeigt eine Ausführungsform der Impedanzanpassschaltung, wobei ein erstes Anpassnetzwerk MN1, das mit einem Logikschaltkreis LC verschaltet ist, über eine erste Signalleitung SL1 weiterhin mit einem Schalter AS verschaltet ist, der die erste Signalleitung SL1 entweder mit einer Antenne AN oder mit einer definierten Impedanz DI verschaltet. Die hier symbolisch dargestellte definierte Impedanz DI kann beispielsweise als Impedanz einer externen Testumgebung realisiert sein.
-
4 zeigt eine Ausgestaltung eines Anpassnetzwerks, in dem Schalteinheiten variabler Kapazität VC sowie induktive Elemente IE verschaltet sind. In Serie mit einem Signalpfad SP ist eine Schalteinheit variabler Kapazität VC verschaltet. Eine weitere Schalteinheit variabler Kapazität VC verschaltet den Signalpfad mit Masse M. Ein induktives Element verschaltet die Antenne, die mit dem Signalpfad verschaltet ist, mit Masse. Ein Detektor RK, zum Beispiel ein Richtkoppler, ist im Signalpfad in Serie verschaltet. Befindet sich das System in einem Modus der Regelung der Impedanz, so dient das vom Richtkoppler gemessene Signal als Richtgröße zur Bestimmung der Qualität der Impedanzanpassung.
-
5 zeigt eine alternative Ausgestaltung eines Anpassnetzwerks IMC, in dem wiederum eine Schalteinheit variabler Kapazität VC in Serie mit einem Signalpfad SP verschaltet ist. Antennenseitig jedoch ist der Signalpfad SP sowohl über eine weitere Schalteinheit variabler Kapazität VC als auch über ein induktives Element IE mit Masse verschaltet.
-
Es ist vorteilhaft, wenn jede Signalleitung des Signalpfads antennenseitig über ein induktives Element IE mit Masse verschaltet ist, weil dadurch unerwünschte Störsignale, zum Beispiel ESD-Pulse, über Masse abgeleitet werden können, ohne nachfolgende Schaltungselemente zu zerstören.
-
6 zeigt den simulierten Verlauf zweier frequenzabhängiger Reflexionskoeffizienten. Beide Kurven beschreiben den Reflexionskoeffizienten der aktiven Antenne eines System mit zwei Antennen. Die andere Antenne ist inaktiv, d. h. sie sendet oder empfängt keine Daten. Die mit NMI (not matched impedance) bezeichnete Kurve zeigt den Verlauf des Reflektionskoeffizienten, wobei die nicht im Betrieb befindliche Antenne impedanzmäßig nicht an eine optimierte Übertragung der aktiven Antenne angepasst ist. Im Gegensatz dazu bezeichnet MI (matched impedance) den Reflektionskoeffizienten einer sich im Betrieb befindenden Antenne, wobei die entsprechende nicht aktive Antenne impedanzmäßig an eine optimierte Übertragung der sich im Betrieb befindenden Antenne angepasst ist.
-
Speziell in den wichtigen Frequenzbereichen der Datenübertragung (hier bezeichnet LB ein unteres Band, HB ein oberes Band eines Multiband-Kommunikationsgeräts) ist der Reflexionskoeffizient der aktiven Antenne deutlich reduziert, weil die inaktive Antenne entsprechend impedanzmäßig angepasst ist. Ein reduzierter Reflexionskoeffizient bedeutet eine Erhöhung der emittierbaren Leistung. Insbesondere kann die in den Signalpfad eingespeiste Leistung reduziert werden, da weniger Reflexionsverluste auftreten. Der Energieverbrauch ist also reduziert.
-
Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist nicht auf eine der beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Kombinationen verschiedener Modi oder Kombinationen von Ausführungsformen der Anpassschaltung, welche zum Beispiel noch weitere induktive oder kapazitive Elemente umfassen, stellen ebenso erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele dar.
-
Bezugszeichenliste
-
-
- EE:
- externe Schaltungsumgebung
- IMC:
- Impedanzanpassschaltung
- LC:
- Logikschaltung
- MN1, MN2:
- erstes, zweites Anpassnetzwerk
- MN2:
- zweites Anpassnetzwerk
- SP:
- Signalpfad
- SL1, SL2:
- erste, zweite Signalleitung
- CVI1, CVI2:
- Schaltungselemente variabler Impedanz
- AN:
- Antenne
- AS:
- Antennenschalter
- DI:
- Definierte externe Impedanz
- RK:
- Richtkoppler
- VC:
- Schalteinheit variabler Kapazität
- IE:
- Induktives Element
- LB, HB:
- Low band, high band
- NMI, MI:
- Non matched impedance, matched impedance; frequenzabhängiger Reflektionskoeffizient bei Nichtanpassung der Impedanz
