JP2001136044A - インピーダンス整合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 入力側と出力側との間に設けられた整合回路
に備えられた整合用コイルのインダクタンス値を調整し
て入力側と出力側とをインピーダンス整合させるインピ
ーダンス整合装置で、例えば高い周波数で用いられる場
合であっても、高いインピーダンス整合の精度を実現す
る。 【解決手段】 リレーによりインダクタンス値を段階的
に変化可能なコイルＬ（整合用可変素子Ｚ２）と、１次
コイル側の抵抗値の変化により２次コイルのインダクタ
ンス値を変化可能なトランス１３の当該２次コイルとを
直列に接続して整合回路５ａの整合用コイルとし、整合
手段３ａがインピーダンス誤差検出器１からの検出結果
に基づいて整合用コイルのインダクタンス値を調整して
入力側（インピーダンスＺａ）と出力側（インピーダン
スＺｂ）とを整合させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、整合回路に備えら
れた整合用コイルのインダクタンス値を調整して入力側
と出力側とをインピーダンス整合させるインピーダンス
整合装置に関し、特に、例えば高い周波数で用いられる
場合であっても、高いインピーダンス整合の精度（整合
精度）を実現するインピーダンス整合装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば通信装置等において電源側の回路
から負荷側の回路へ電力を供給する場合に、これら２つ
の回路の接続点に整合回路を挿入して電源側と負荷側の
インピーダンスを整合させることが行われている。この
ようにしてインピーダンスを整合させると、２つの回路
の接続点で電力の反射による損失がなくなり、負荷側に
最大電力を供給することができる。

【０００３】図３には、このような整合回路５を設けた
デジタル自動インピーダンス整合装置の構成例を示して
ある。同図に示したデジタル自動インピーダンス整合装
置は、インピーダンス誤差検出器（ＤＩＳＣ）１と、Ａ
／Ｄ（アナログ−デジタル）変換器やコンパレータ（比
較器）を備えたデジタル化部２と、ＭＰＵ（マイクロプ
ロセッサユニット）３と、可変素子駆動回路４と、整合
回路５とから構成されており、例えばインピーダンスＺ
ａを有した入力側の回路とインピーダンスＺｂを有した
出力側の回路との間に設けられている。なお、例えば複
素インピーダンスの形で表されるインピーダンスＺａ、
Ｚｂは、一般に、処理対象となる信号の周波数に応じて
変化し得る。

【０００４】また、同図に示した例では、整合回路５は
３つの可変素子（整合用可変素子）Ｚ１〜Ｚ３から構成
されている。そして、直列に接続された第１の整合用可
変素子Ｚ１及び第３の整合用可変素子Ｚ３としてはそれ
ぞれ容量を可変に制御することが可能なコンデンサ（可
変コンデンサ）Ｃ１、Ｃ２が用いられており、これら２
つの整合用可変素子Ｚ１、Ｚ３の接続点と接地電圧との
間に備えられた第２の整合用可変素子Ｚ２としてはイン
ダクタンス値を段階（ステップ）的に可変に制御するこ
とが可能なコイル（可変コイル）Ｌが用いられている。

【０００５】なお、コイルＬのインダクタンス値は、例
えばリレー（可変素子切替用リレー）によりバイナリス
テップで当該コイルＬの長さを変化させることで複数の
離散的な値に段階的に切り替えられる構成となってい
る。また、コンデンサＣ１、Ｃ２の容量についても、同
様に、例えばリレー（可変素子切替用リレー）によりバ
イナリステップで切り替えられる構成となっている。

【０００６】上記のような構成からなるデジタル自動イ
ンピーダンス整合装置では、入力側の回路から入力され
る信号（例えば通信装置から送信しようとしている信号
（送信信号））がインピーダンス誤差検出器１を通った
後に整合回路５に備えられた一方のコンデンサＣ１に入
力され、当該信号が当該一方のコンデンサＣ１及び他方
のコンデンサＣ２を通った後に整合回路５から出力側の
回路へ出力される。

【０００７】次に、同図に示したデジタル自動インピー
ダンス整合装置により行われる動作（整合動作）の一例
を示す。すなわち、同図に示したデジタル自動インピー
ダンス整合装置では、インピーダンス誤差検出器１によ
り検出される各要素がデジタル化部２によりデジタル化
されてＭＰＵ３に入力され、ＭＰＵ３がデジタル化部２
から入力されるデジタル信号に基づいて可変素子駆動回
路４を介してコンデンサＣ１、Ｃ２の容量やコイルＬの
インダクタンス値を調整することにより整合回路５全体
としてのインピーダンスを調整して、これにより入力側
と出力側とをインピーダンス整合させる。

【０００８】具体的には、インピーダンス誤差検出器１
は入力側のインピーダンスＺａと出力側のインピーダン
スＺｂとのインピーダンス誤差を例えば抵抗分（Ｒ）と
位相分（φ）とに分離して検出する機能を有しており、
このようにして検出されるインピーダンス誤差がコンパ
レータによりデジタル信号へ変換されてＭＰＵ３に入力
される。

【０００９】また、ＭＰＵ３はコンパレータから入力さ
れるデジタル信号に基づいて、インピーダンス誤差の抵
抗分や位相分をゼロにする（或いはゼロに近づける）た
めの各整合用可変素子Ｚ１〜Ｚ３の制御方向（すなわ
ち、コンデンサＣ１、Ｃ２の容量の増減方向や、コイル
Ｌのインダクタンス値の増減方向）を決定し、決定した
制御方向の制御を行うための制御信号ａ、制御信号ｂ、
制御信号ｃを可変素子駆動回路４へ出力する。

【００１０】そして、可変素子駆動回路４はＭＰＵ３か
ら入力される制御信号ａ、制御信号ｂ、制御信号ｃを各
可変素子切替用リレーを駆動するための信号ａ’、信号
ｂ’、信号ｃ’へ変換して出力し、これにより２つのコ
ンデンサＣ１、Ｃ２の容量やコイルＬのインダクタンス
値をバイナリステップで制御してインピーダンス整合を
実現する。なお、同図では、可変素子駆動回路４から各
整合用可変素子Ｚ１〜Ｚ３への信号線については点線で
示して見易くしてある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなデジタル自動インピーダンス整合装置では、整合
回路に備えられる整合用可変素子としてコイルを用いる
ことが必須であるところ、上記したように整合回路に備
えられたコイルのインダクタンス値をバイナリステップ
で離散的に切り替えるものであるため、例えば当該コイ
ルのストレー容量（浮遊容量）に起因した自己共振周波
数に近づくほどに高い周波数で用いられる場合には特
に、整合動作において整合精度が悪くなってしまうとい
った不具合があった。

【００１２】以下で、上記した不具合について詳しく説
明する。すなわち、例えば上記図３に示したようなコイ
ルＬには必ずストレー容量が存在してしまい、このよう
なストレー容量は、例えば当該コイルＬをプリント基板
に実装して構成したような場合には当該プリント基板等
の影響によりコイル単体のときと比べて大きくなってし
まう。そして、このようなストレー容量とコイルＬのイ
ンダクタンスとの作用で並列共振（自己共振）が生じて
しまい、これにより、例えば共振周波数においては、コ
イルＬのインダクタンスは、プラス（＋）の極大（誘導
性）からマイナス（−）の極大（容量性）に変化する。

【００１３】この結果、例えば同一のコイルＬについて
は、当該コイルＬを高い周波数で使用するほど、コイル
の自己共振周波数に近づくために、当該コイルＬのイン
ダクタンス値が大きくなってしまう。従って、コイルＬ
のインダクタンス値をバイナリステップで切り替えるに
際して、当該コイルＬが高い周波数で用いられる場合に
は、段階的に切替可能なインダクタンス値の最小幅（最
小可変幅）が大きくなってしまうため、整合精度が悪く
なってしまう。

【００１４】ここで、図４には、コイルＬの自己共振の
影響による最小可変幅の変化の一例を示してある。同図
に示したグラフの横軸はコイルＬの可変素子切替用リレ
ーを制御するためのバイナリステップデータを示す一
方、縦軸は当該制御により実現されるコイルＬのインダ
クタンス値を示してあり、また、コイルＬが比較的低い
周波数で用いられた場合におけるインダクタンス値の変
化特性例を実線を用いて示す一方、コイルＬが比較的高
い周波数で用いられた場合におけるインダクタンス値の
変化特性例を点線を用いて示してある。同図に示される
ように、高い周波数で用いられるほどコイルＬの単位長
さ当たりのインダクタンス値が大きくなるため最小可変
幅が大きく粗くなってしまい、これにより、整合精度が
悪くなってしまう。

【００１５】本発明は、このような従来の課題を解決す
るためになされたもので、整合回路に備えられた整合用
コイルのインダクタンス値を調整して入力側と出力側と
をインピーダンス整合させるに際して、例えば高い周波
数で用いられる場合であっても、高い整合精度を得るこ
とができるインピーダンス整合装置を提供することを目
的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係るインピーダンス整合装置では、入力側
と出力側との間に設けられる整合回路に備えられる整合
用コイルとして、リレーによりインダクタンス値を段階
的に変化させることが可能なコイルと、１次コイル側の
抵抗値を変化させることにより２次コイルのインダクタ
ンス値を変化させることが可能なトランスの当該２次コ
イルとを直列に接続して備え、整合手段が整合用コイル
のインダクタンス値を調整することにより入力側と出力
側とをインピーダンス整合させる。

【００１７】このような構成を用いると、整合用コイル
として備えられた前記コイルによりインダクタンス値を
段階的に変化させることが可能であるとともに、整合用
コイルとして備えられた前記トランスの２次コイルによ
りインダクタンス値を変化させて微調整することが可能
であるため、例えば高い周波数で用いられる場合であっ
ても、高い整合精度を得ることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明に係るインピーダンス整合
装置の一実施例を図面を参照して説明する。図１には、
本発明の一実施例として、デジタル自動インピーダンス
整合装置の一例を示してあり、このデジタル自動インピ
ーダンス整合装置は、例えば上記従来例の図３に示した
デジタル自動インピーダンス整合装置と同様に、インピ
ーダンスＺａを有した入力側の回路とインピーダンスＺ
ｂを有した出力側の回路との間に設けられている。

【００１９】また、上記図１に示した本例のデジタル自
動インピーダンス整合装置の構成は、整合回路５ａにト
ランス１３の２次コイルを整合用コイルとして備えた等
といった点を除いては、例えば上記図３に示したデジタ
ル自動インピーダンス整合装置の構成と同様である。な
お、本例では、説明の便宜上から、上記図３に示したも
のと同様な構成部分、すなわち、インピーダンス誤差検
出器１と、デジタル化部２と、可変素子駆動回路４と、
第１の整合用可変素子（コンデンサＣ１）Ｚ１と、第２
の整合用可変素子（コイルＬ）Ｚ２と、第３の整合用可
変素子（コンデンサＣ２）については上記図３に示した
のと同じ符号を用いて示してある。また、上記図３の場
合と同様に、可変素子駆動回路４から各整合用可変素子
Ｚ１〜Ｚ３への信号線については点線で示して見易くし
てある。

【００２０】以下では、主として、本例のデジタル自動
インピーダンス整合装置の特徴部分であるトランス１３
等の構成について詳しく説明する。すなわち、本例の整
合回路５ａには、例えば上記図３に示した整合回路５と
同様に３つの整合用可変素子Ｚ１〜Ｚ３が備えられてい
るとともに、本例では、第２の整合用可変素子Ｚ２であ
るコイルＬと本例の特徴部分であるトランス１３の２次
コイルとが直列に接続されて、他の２つの整合用可変素
子Ｚ１、Ｚ３の接続点と接地電圧との間に整合用コイル
として備えられている。

【００２１】また、上記したトランス１３の１次コイル
には抵抗可変回路１２が接続されており、具体的には、
当該抵抗可変回路１２に備えられた可変抵抗２１が当該
１次コイルに接続されている。なお、可変抵抗２１は抵
抗値を可変に制御することが可能な抵抗であり、例えば
ＦＥＴやピンダイオード等の抵抗可変素子を用いること
ができる。

【００２２】また、上記した可変抵抗２１にはＤ／Ａ
（デジタル−アナログ）変換器１１を介してＭＰＵ３ａ
が接続されており、本例のＭＰＵ３ａは、可変素子駆動
回路４を介して２つのコンデンサＣ１、Ｃ２の容量やコ
イルＬのインダクタンス値を可変に制御することが可能
な機能を有しているばかりでなく、Ｄ／Ａ変換器１１を
介して可変抵抗２１の抵抗値を可変に制御することによ
り上記したトランス１３の２次コイルのインダクタンス
値を可変に制御することが可能な機能を有している。な
お、具体的には、本例のＭＰＵ３ａから出力されるデジ
タル信号がＤ／Ａ変換器１１によりアナログ信号へ変換
されて、当該アナログ信号が可変抵抗２１に与えられる
ことにより、当該可変抵抗２１の抵抗値が制御される。

【００２３】ここで、上記のようなトランス１３の２次
コイルを用いたインダクタンス値の調整について詳しく
説明する。すなわち、例えば図２に示すようにトランス
１３の１次コイルの巻き数がＮ１であって２次コイルの
巻き数がＮ２である場合には、１次コイル側のインピー
ダンスＺｐの変化に応じて２次コイル側のインピーダン
スＺｓは式１に示す関係式に従って変化させられ、これ
により、当該２次コイルのインダクタンス値が変化させ
られる。

【００２４】

【数１】

【００２５】このため、本例では、ＭＰＵ３ａが可変抵
抗２１の抵抗値を制御してトランス１３の１次コイル側
のインピーダンスＺｐを変化させることにより、当該ト
ランス１３の２次コイルのインダクタンス値を調整する
ことができる。そして、本例のデジタル自動インピーダ
ンス整合装置による整合動作では、例えば上記図３に示
したデジタル自動インピーダンス整合装置による整合動
作と同様にＭＰＵ３ａが２つのコンデンサＣ１、Ｃ２の
容量やコイルＬのインダクタンス値を調整するに際し
て、当該ＭＰＵ３ａはトランス１３の２次コイルのイン
ダクタンス値を調整することも実行する。

【００２６】具体的には、本例のＭＰＵ３ａは、例えば
第２の整合用可変素子Ｚ２であるコイルＬのインダクタ
ンス値を段階的に制御して最適値に調整した後に、Ｄ／
Ａ変換器１１を介して可変抵抗２１の抵抗値を制御する
信号を出力することによりトランス１３の２次コイルの
インダクタンス値を連続的に制御して最適値に調整す
る。本例では、このようにトランス１３の２次コイルの
インダクタンス値を調整することにより整合用コイル全
体としてのインダクタンス値（本例では、コイルＬのイ
ンダクタンス値とトランス１３の２次コイルのインダク
タンス値との和）を微調整することができる。

【００２７】なお、本例のような仕方でトランス１３の
２次コイルのインダクタンス値を調整する場合には、調
整可能なインダクタンス値の最小幅（最小可変幅）はＤ
／Ａ変換器１１の分解能によって決まるが、通常では、
例えば１０ビット程度の分解能は容易に実現することが
可能であるため、実用上では当該２次コイルのインダク
タンス値は連続的に可変に調整することが可能なもので
あるとみなすことができる。すなわち、本例のような仕
方でトランス１３の２次コイルのインダクタンス値を調
整する場合には、当該インダクタンス値の最小可変幅が
コイルＬのインダクタンス値の最小可変幅と比べて小さ
くなる（上記のように実用上では連続可変になる）た
め、インダクタンス値の微調整が実現される。

【００２８】このため、本例のデジタル自動インピーダ
ンス整合装置では、例えば上記図３に示したような従来
のデジタル自動インピーダンス整合装置と比べて、整合
用コイル全体としてのインダクタンス値を細かく調整す
ることができ、これにより、整合回路５ａ全体としての
インピーダンスを最適な値に細かく調整することができ
ることから、入力側と出力側とを精度よくインピーダン
ス整合させることができる。

【００２９】従って、本例のデジタル自動インピーダン
ス整合装置では、例えば高い周波数の信号を処理する入
力側の回路と出力側の回路との間に設けられてコイルＬ
のインダクタンス値の最小可変幅が大きくなってしまう
ような場合であっても、当該コイルＬにより調整可能な
離散的なインダクタンス値の間をトランス１３の２次コ
イルのインダクタンス値により連続的に微調整すること
が可能であるため、高く良好な整合精度を得ることがで
きる。

【００３０】ここで、本例では、整合回路５ａにより本
発明に言う入力側と出力側との間に設けられた整合回路
が構成されており、コイルＬにより本発明に言うリレー
によりインダクタンス値を段階的に変化させることが可
能なコイルが構成されており、トランス１３の２次コイ
ルにより本発明に言う１次コイル側の抵抗値を変化させ
ることにより２次コイルのインダクタンス値を変化させ
ることが可能なトランスの当該２次コイルが構成されて
おり、コイルＬとトランス１３の２次コイルとを直列に
接続したものにより本発明に言う整合回路に備えられた
整合用コイルが構成されている。

【００３１】また、本例では、ＭＰＵ３ａがインピーダ
ンス誤差検出器１からのインピーダンス誤差検出結果に
基づいてコイルＬのインダクタンス値やトランス１３の
２次コイルのインダクタンス値を調整して入力側と出力
側とをインピーダンス整合させる機能により、本発明に
言う整合用コイルのインダクタンス値を調整することに
より入力側と出力側とをインピーダンス整合させる整合
手段が構成されている。

【００３２】なお、本発明に係るインピーダンス整合装
置の構成としては、必ずしも上記実施例で示した構成に
限られることはなく、要は、リレーによりインダクタン
ス値を段階的に変化させることが可能なコイルと、１次
コイル側の抵抗値を変化させることにより２次コイルの
インダクタンス値を変化させることが可能なトランスの
当該２次コイルとを直列に接続して整合用コイルとした
ものであれば、種々な構成が用いられてもよい。

【００３３】また、本発明に係るインピーダンス整合装
置により入力側と出力側とをインピーダンス整合させる
ための処理としては、例えば上記実施例のようにプロセ
ッサやメモリ等を備えたハードウエア資源においてプロ
セッサが制御プログラムを実行することにより制御され
る構成であってもよく、また、例えば当該処理を実行す
るための各機能手段を独立したハードウエア回路として
構成することもできる。また、本発明は上記の制御プロ
グラムを格納したフロッピーディスクやＣＤ−ＲＯＭ等
のコンピュータにより読み取り可能な記録媒体として把
握することもでき、当該制御プログラムを記録媒体から
コンピュータに入力してプロセッサに実行させることに
より、本発明に係る処理を遂行させることができる。

【００３４】また、上記実施例では、一例として、本発
明の一実施例に係るデジタル自動インピーダンス整合装
置を通信装置に適用して当該通信装置からの送信信号
（例えば高い周波数の信号）を処理する入力側の回路と
出力側の回路とをインピーダンス整合させる場合を示し
たが、本発明に係るインピーダンス整合装置は、入力側
と出力側とをインピーダンス整合させることが必要な種
々な分野の装置に適用することが可能なものである。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るイン
ピーダンス整合装置によると、入力側と出力側との間に
設けられた整合回路に備えられた整合用コイルのインダ
クタンス値を調整することにより入力側と出力側とをイ
ンピーダンス整合させるに際して、リレーによりインダ
クタンス値を段階的に変化させることが可能なコイル
と、１次コイル側の抵抗値を変化させることにより２次
コイルのインダクタンス値を変化させることが可能なト
ランスの当該２次コイルとを直列に接続して整合用コイ
ルとして整合回路に備えるようにしたため、例えば高い
周波数で用いられる場合であっても、高い整合精度を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るデジタル自動インピー
ダンス整合装置の一例を示す図である。

【図２】トランスのインピーダンス関係の一例を説明す
るための図である。

【図３】従来例に係るデジタル自動インピーダンス整合
装置の一例を示す図である。

【図４】コイルのインダクタンス値の最小可変幅の変化
の一例を示す図である。

【符号の説明】

１・・インピーダンス誤差検出器、 ２・・デジタル化
部、３、３ａ・・ＭＰＵ、 ４・・可変素子駆動回路、
５、５ａ・・整合回路、Ｚ１〜Ｚ３・・整合用可変素
子、 １１・・Ｄ／Ａ変換器、１２・・抵抗可変回路、
１３・・トランス、 ２１・・可変抵抗、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力側と出力側との間に設けられた整合
   回路に備えられた整合用コイルのインダクタンス値を調
   整することにより入力側と出力側とをインピーダンス整
   合させるインピーダンス整合装置において、 リレーによりインダクタンス値を段階的に変化させるこ
   とが可能なコイルと、１次コイル側の抵抗値を変化させ
   ることにより２次コイルのインダクタンス値を変化させ
   ることが可能なトランスの当該２次コイルとを直列に接
   続して整合用コイルとして整合回路に備えるとともに、 整合用コイルのインダクタンス値を調整することにより
   入力側と出力側とをインピーダンス整合させる整合手段
   を備えたことを特徴とするインピーダンス整合装置。