JP2007282238A - 負荷のインピーダンス整合システム並びに整合方法、及びそれを適用したネットワーク分析器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】インピーダンス整合システムは、負荷を介して出力される電流と、負荷を介して入力される電流の少なくとも一部を抽出してそれぞれ出力信号と入力信号を生成する信号抽出部と、出力信号と入力信号の位相と振幅をそれぞれ比較する比較部と、比較部から提供された比較結果を用いて反射係数を求める係数算出部と、反射係数が予め設定された値を有するように、出力信号と入力信号の振幅及び位相を整合させる整合回路を制御する信号を発生する回路制御部とを含む。
【選択図】図1
Description
よって、負荷の性能を最適に維持するためには、インピーダンスが常に予め設定された値を維持するようにすることが重要である。しかし、インピーダンス値は、外部環境、線形性などによって簡単に変化する。たとえば、温度や湿度が極端に高かったり低かったりすると、アンテナの周辺に金属製物質がある場合、インピーダンス値が変化する。
一般的に整合回路は、インダクタとキャパシタなどの素子で形成されており、そのうちキャパシタは電圧に応じて容量が変化するバラクタで形成される。そのため、整合回路に提供される電圧を変化させると、インダクタンスとコンデンサの容量が変化するので、インピーダンスを変化させることができる。
一方、近年は携帯電話機の小型化に伴ってアンテナのサイズも小型になっており、更には携帯電話機内にアンテナが内蔵される場合もある。ところが、アンテナのサイズが小さくなるほど製造時にインピーダンス整合が難しくなり、動作時には一般サイズのアンテナより環境の影響を受けやすくなる。
前記信号抽出部は、受信回路の動作時、前記負荷を介して入力される電流を所定の割合で抽出して入力信号を生成し、前記受信回路で反射された電流を所定の割合で抽出して出力信号を生成する方向性カプラで構成することができる。
基底帯域周波数と前記一定周波数帯域差を有する周波数成分を発振し、前記ミキサーに提供する局部発振器を更に含むように構成できる。
前記各フィルタは、前記一定周波数帯域を中心に信号をフィルタリングする一対のBPFで構成することができる。
前記各フィルタは、前記一定周波数帯域以上の信号をフィルタリングする一対のLPFで構成することができる。
前記増幅器は、前記出力信号と入力信号の増幅割合を調節できるVGAとすることができる。前記増幅器は、前記出力信号と入力信号を同一の割合で増幅することが好ましい。
前記出力信号と入力信号をデジタル信号に変換するADコンバータを更に含むように構成できる。
前記比較部は、デジタル化された前記出力信号と入力信号の振幅を比較し、前記出力信号と入力信号の振幅をそれぞれ算出する振幅比較部を含むことが好ましい。
前記回路制御部は、前記係数算出部で算出された反射係数に応じて、前記整合回路を構成する素子のうち可変素子に加えられる電圧値を決定することが好ましい。
前記回路制御部は、前記整合回路によって負荷のインピーダンスが50Ωになるように前記電圧値を決定することが好ましい。
<実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に従ってアンテナに適用したインピーダンス整合システムの構成図である。
本実施形態のインピーダンス整合システムは、アンテナ1と送受信回路との間に設置され、方向性カプラ10、処理ブロック11、振幅比較部40、位相比較部45、係数算出部50、回路制御部55、整合回路60を含む。
処理ブロック11は、方向性カプラ10において抽出された入力信号と出力信号を位相と振幅の比較が可能な状態に処理し、局部発振器20、一対のミキサー15、一対のBPF(Band Pass Filter)25、一対のVGA(Variable Gain Amplifier)30、一対のADコンバータ35を含む。
局部発振器20は、既存の送受信回路で使用される局部発振器を用いることもできるが、この場合、局部発振器から出力された周波数を調節できる別の素子が必要となる。
このようなミキサー15において入力信号と出力信号を基底帯域にダウンさせると、入力信号と出力信号との位相を比較できないという理由から、基底帯域にダウンさせないようにしている。
一対のVGA30は、増幅係数を調節して利得を可変することができる増幅器であって、位相比較部45と振幅比較部40において入力信号と出力信号の位相と振幅を比較できる程度の大きさに入力信号と出力信号を増幅する。そのため、各VGA30の増幅係数は、入力信号と出力信号の大きさに応じて決定する。たとえば、入力信号と出力信号の大きさが小さい場合には増幅係数を大きくし、入力信号と出力信号の大きさが大きい場合には増幅係数を小さくする。そして、各VGA30の増幅係数は相互に同一に設定するが、これは同一の増幅係数で増幅しないと入力信号と出力信号の実際の振幅差が分からないからである。
振幅比較部40は、デジタル出力信号とデジタル入力信号との振幅を比較し、デジタル出力信号とデジタル入力信号の振幅A、A’の割合を算出する。
位相比較部45は、デジタル化された出力信号と入力信号との位相を比較し、出力信号と入力信号の位相差Δφを算出する。
一般的に整合回路60は、インダクタとキャパシタなどの素子からなっており、そのうちキャパシタは電圧に応じて容量が可変するバラクタで形成される。これにより、整合回路60に提供される電圧を変化させると、インダクタンスとコンデンサの容量が変化する。
このような回路制御部55は、ルックアップテーブルを用いて整合回路60に加えられる電圧値を決定することができる。すなわち、反射係数に応じて整合回路60に加えられる電圧値を決定してルックアップテーブルを形成しておき、係数算出部50からの反射係数が算出されると、回路制御部55はルックアップテーブルから電圧値を引き出して整合回路60に制御信号を提供することができる。
本実施形態のインピーダンス整合システムは、方向性カプラ110、処理ブロック111、振幅比較部140、位相比較部145、係数算出部150、回路制御部155、整合回路160を含むという点で、第1実施形態の構成とほぼ同様である。但し、処理ブロック111の構造が第1実施形態と多少相違している。
各ミキサー115は、局部発振器120から所定周波数帯域幅の局部発振信号を受信し、出力信号及び入力信号とかけ合わせて出力信号と入力信号とを所定周波数帯域にダウンさせる。
各VGA130は出力信号と入力信号とを増幅し、各ADコンバータ135は出力信号と入力信号とをデジタル化してデジタル出力信号とデジタル入力信号とを出力する。
一対のBPF137では、デジタル出力信号とデジタル入力信号とを、所定周波数帯域を基準にしてフィルタリングする。
本ネットワーク分析器は、方向性カプラ210、処理ブロック211、振幅比較部240、位相比較部245、係数算出部250を含み、1つのボードに形成されアンテナ201に直接取り付けられる。
方向性カプラ210は、アンテナ201から出力信号と入力信号を抽出し、処理ブロック211を介して出力信号と入力信号がデジタル化されると、振幅比較部240と位相比較部245において算出された結果に応じて、係数算出部250では反射係数を算出する。ここで、処理ブロック211は、図1に示された第1実施形態のように構成することもでき、図2に示された第2実施形態のように構成することもできることは言うまでもない。図3においては、第1実施形態に係る処理ブロックを適用したネットワーク分析器を示している。
このような構成による第1実施形態に係るインピーダンス整合システムのインピーダンス整合過程を図4に基づいて説明すると次の通りである。
抽出された出力信号と入力信号とは、各ミキサー15に伝達され所定周波数帯域にダウンされ、BPF25において所定周波数帯域を中心にフィルタリングされる。フィルタリングされた出力信号と入力信号は同一の増幅係数でVGA30において増幅された後、ADコンバータ35においてデジタル出力信号とデジタル入力信号に変換される。
回路制御部55においては、反射係数が0となるように整合回路60のインダクタとキャパシタに提供される電圧を決定して整合回路60に制御信号を出力する。このことにより、整合回路60のインダクタとキャパシタに提供される電圧が変化し、インピーダンスのマッチングが行われる。
一方、本ネットワーク分析器の場合、アンテナ1に直接取り付けられて反射係数を測定することにより、反射係数をより正確で簡単に測定することができる。
以上、本発明の好適な実施形態を図示及び説明してきたが、本発明の技術的範囲は前述の実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に基づいて定められ、特許請求の範囲において請求する本発明の要旨から外れることなく当該発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば誰もが多様な変形実施が可能であることは勿論のことであり、該変更した技術は特許請求の範囲に記載された発明の技術的範囲に属するものである。
10,110、210 方向性カプラ
11、111、211 処理ブロック
15、115 ミキサー
20、120 局部発振器
25、137 BPF
30、130 VGA
35、135 ADコンバータ
40、140、240 振幅比較部
45、145、245 位相比較部
50、150、250 係数算出部
55、155 回路制御部
60、160 整合回路
125 LPF
Claims (44)
- 負荷を介して出力される電流と、負荷を介して入力される電流の少なくとも一部を抽出してそれぞれ出力信号と入力信号を生成する信号抽出部と、
前記出力信号と入力信号の位相と振幅をそれぞれ比較する比較部と、
前記比較部から提供された比較結果を用いて反射係数を求める係数算出部と、
前記反射係数が予め設定された値を有するように、前記出力信号と入力信号の振幅及び位相を整合させる整合回路を制御する信号を発生する回路制御部と、
を含むことを特徴とする負荷のインピーダンス整合システム。 - 前記信号抽出部は、送信回路の動作時、前記負荷を介して出力される電流を所定の割合で抽出して出力信号を生成し、前記負荷で反射された電流を所定の割合で抽出して入力信号を生成する方向性カプラであることを特徴とする請求項1に記載の負荷のインピーダンス整合システム。
- 前記信号抽出部は、受信回路の動作時、前記負荷を介して入力される電流を所定の割合で抽出して入力信号を生成し、前記受信回路で反射された電流を所定の割合で抽出して出力信号を生成する方向性カプラであることを特徴とする請求項1に記載の負荷のインピーダンス整合システム。
- 前記出力信号と前記入力信号のそれぞれと所定の周波数とをミキシングし、前記出力信号と前記入力信号を一定周波数帯域にダウンさせる一対のミキサーを更に含むことを特徴とする請求項1に記載の負荷のインピーダンス整合システム。
- 基底帯域周波数と前記一定周波数帯域差を有する周波数成分を発振させ、前記ミキサーに提供する局部発振器を更に含むことを特徴とする請求項4に記載の負荷のインピーダンス整合システム。
- 前記出力信号と入力信号をフィルタリングする一対のフィルタを含むことを特徴とする請求項1に記載の負荷のインピーダンス整合システム。
- 前記各フィルタは、前記一定周波数帯域を中心に信号をフィルタリングする一対のBPFで構成されることを特徴とする請求項6に記載の負荷のインピーダンス整合システム。
- 前記各フィルタは、前記一定周波数帯域以上の信号をフィルタリングする一対のLPFで構成されることを特徴とする請求項6に記載の負荷のインピーダンス整合システム。
- 前記出力信号と入力信号を増幅させる一対の増幅器を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の負荷のインピーダンス整合システム。
- 前記増幅器は、前記出力信号と入力信号の増幅割合を調節できるVGAであることを特徴とする請求項9に記載の負荷のインピーダンス整合システム。
- 前記増幅器は、前記出力信号と入力信号を同一な割合で増幅させることを特徴とする請求項9に記載の負荷のインピーダンス整合システム。
- 前記出力信号と入力信号をデジタル信号に変換するADコンバータを更に含むことを特徴とする請求項1に記載の負荷のインピーダンス整合システム。
- 前記LPFでフィルタリングされ、前記ADコンバータでデジタル信号に変換された前記出力信号と入力信号を、一定帯域を基準にフィルタリングするBPFを更に含むことを特徴とする請求項12に記載の負荷のインピーダンス整合システム。
- 前記比較部は、デジタル化された前記出力信号と入力信号の振幅を比較し、前記出力信号と入力信号の振幅をそれぞれ算出する振幅比較部を含むことを特徴とする請求項1に記載の負荷のインピーダンス整合システム。
- 前記比較部は、デジタル化された前記出力信号と入力信号の位相を比較し、前記出力信号と入力信号の位相差を算出する位相比較部を含むことを特徴とする請求項1に記載の負荷のインピーダンス整合システム。
- 前記回路制御部は、前記係数算出部で算出された反射係数に応じて、前記整合回路を構成する素子のうち可変素子に加えられる電圧値を決定することを特徴とする請求項1に記載の負荷のインピーダンス整合システム。
- 前記回路制御部は、前記整合回路によって負荷のインピーダンスが50Ωになるように前記電圧値を決定することを特徴とする請求項16に記載の負荷のインピーダンス整合システム。
- 負荷を介して出力される電流と、負荷を介して入力される電流の少なくとも一部を抽出してそれぞれ出力信号と入力信号を生成する信号抽出部と、
前記出力信号と入力信号の位相と振幅をそれぞれ比較する比較部と、
前記位相比較部と振幅比較部から提供された比較結果を用いて反射係数を求める係数算出部と、
を含むことを特徴とする負荷のネットワーク分析器。 - 前記信号抽出部は、前記各方向の電流から前記出力信号と前記入力信号を所定の割合で抽出する方向性カプラであることを特徴とする請求項18に記載の負荷のネットワーク分析器。
- 前記出力信号と前記入力信号のそれぞれと所定の周波数とをミキシングし、前記出力信号と前記入力信号を一定周波数帯域にダウンさせる一対のミキサーを更に含むことを特徴とする請求項18に記載の負荷のネットワーク分析器。
- 基底帯域周波数と前記一定周波数帯域差を有する周波数成分を発振させ、前記ミキサーに提供する局部発振器を更に含むことを特徴とする請求項20に記載の負荷のネットワーク分析器。
- 前記出力信号と入力信号をフィルタリングする一対のフィルタを更に含むことを特徴とする請求項18に記載の負荷のネットワーク分析器。
- 前記各フィルタは、前記一定周波数帯域を中心に信号をフィルタリングする一対のBPFで構成されることを特徴とする請求項22に記載の負荷のネットワーク分析器。
- 前記各フィルタは、前記一定周波数帯域以下の信号をフィルタリングする一対のLPFで構成されることを特徴とする請求項22に記載の負荷のネットワーク分析器。
- 増幅割合の可変が可能であり、前記出力信号と入力信号とを同一の割合で増幅させるVGAを更に含むことを特徴とする請求項18に記載の負荷のネットワーク分析器。
- 前記出力信号と入力信号をデジタル信号に変換するADコンバータを更に含むことを特徴とする請求項18に記載の負荷のネットワーク分析器。
- 前記LPFでフィルタリングされ、前記ADコンバータでデジタル信号に変換された前記出力信号と入力信号を、一定帯域を基準にフィルタリングするBPFを更に含むことを特徴とする請求項26に記載の負荷のネットワーク分析器。
- 前記比較部は、前記処理ブロックで処理されデジタル化された出力信号と入力信号の振幅を比較し、前記出力信号と入力信号の振幅をそれぞれ算出する振幅比較部を含むことを特徴とする請求項18に記載の負荷のネットワーク分析器。
- 前記比較部は、前記処理ブロックで処理されデジタル化された出力信号と入力信号の位相を比較し、前記出力信号と入力信号の位相差を算出する位相比較部を含むことを特徴とする請求項18に記載の負荷のネットワーク分析器。
- 負荷を介して出力される電流と、負荷を介して入力される電流の少なくとも一部を抽出して出力信号と入力信号を生成する生成ステップと、
前記出力信号と入力信号の位相と振幅をそれぞれ比較する比較ステップと、
前記比較結果を用いて反射係数を算出する算出ステップと、
前記反射係数が予め設定された値を有するように、整合回路に提供される電圧値を決定する決定ステップと、
を含むことを特徴とする負荷のインピーダンス整合方法。 - 前記生成ステップは、送信回路から前記負荷を介して出力される電流を所定の割合で抽出して出力信号を生成し、前記負荷で反射された電流を所定の割合で抽出して入力信号を生成するステップであることを特徴とする請求項30に記載の負荷のインピーダンス整合方法。
- 前記生成ステップは、受信回路から前記負荷を介して入力される電流を所定の割合で抽出して入力信号を生成し、前記受信回路で反射された電流を所定の割合で抽出して出力信号を生成するステップであることを特徴とする請求項30に記載の負荷のインピーダンス整合方法。
- 前記抽出ステップにおいて抽出された前記出力信号と前記入力信号のそれぞれと所定の周波数とをミキシングし、前記出力信号と前記入力信号を一定周波数帯域にダウンさせるステップを更に含むことを特徴とする請求項32に記載の負荷のインピーダンス整合方法。
- 前記出力信号と入力信号をフィルタリングするステップを更に含むことを特徴とする請求項30に記載の負荷のインピーダンス整合方法。
- 前記フィルタリングステップは、BPFを用いて一定周波数帯域を中心とする所定帯域幅をフィルタリングするステップであることを特徴とする請求項34に記載の負荷のインピーダンス整合方法。
- 前記フィルタリングステップは、LPFを用いて一定周波数帯域以下の信号をフィルタリングするステップであることを特徴とする請求項34に記載の負荷のインピーダンス整合方法。
- 前記出力信号と入力信号を所定の割合で増幅させるステップを更に含むことを特徴とする請求項30に記載の負荷のインピーダンス整合方法。
- 前記増幅ステップは、前記出力信号と入力信号を同一な増幅割合で増幅させるステップであることを特徴とする請求項37に記載の負荷のインピーダンス整合方法。
- 前記出力信号と入力信号をデジタル信号に変換するステップを更に含むことを特徴とする請求項30に記載の負荷のインピーダンス整合方法。
- 前記LPFでフィルタリングされた後、デジタル信号に変換された前記出力信号と入力信号を、BPFを用いて一定周波数帯域を基準にフィルタリングするステップを更に含むことを特徴とする請求項39に記載の負荷のインピーダンス整合方法。
- 前記比較ステップは、前記出力信号と入力信号の振幅割合を算出するステップを含むことを特徴とする請求項30に記載の負荷のインピーダンス整合方法。
- 前記比較ステップは、前記出力信号と入力信号の位相差を算出するステップを含むことを特徴とする請求項30に記載の負荷のインピーダンス整合方法。
- 前記決定ステップは、前記反射係数に応じて、整合回路を構成する素子のうち可変素子に加えられる電圧値を決定するステップを含むことを特徴とする請求項30に記載の負荷のインピーダンス整合方法。
- 前記決定ステップは、負荷のインピーダンスが50Ωになるように前記整合回路を構成する素子のうち可変素子に加えられる電圧値を決定するステップであることを特徴とする請求項43に記載の負荷のインピーダンス整合方法。
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