JP3075097B2 - インピーダンス整合装置 - Google Patents

インピーダンス整合装置

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JP3075097B2 JP06231410A JP23141094A JP3075097B2 JP 3075097 B2 JP3075097 B2 JP 3075097B2 JP 06231410 A JP06231410 A JP 06231410A JP 23141094 A JP23141094 A JP 23141094A JP 3075097 B2 JP3075097 B2 JP 3075097B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、無線機の送信部から
アンテナへ効率よく電力を供給するためのインピーダン
ス整合装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図7は、特開昭61−274427号に
示される従来のアンテナ整合を実現するための整合装置
の構成図である。図において、1は出力インピーダンス
が変化し、その測定値がZの送信部、4はこの送信部よ
り送られた電力を空中へ放射するアンテナ、3は上記送
信部1とアンテナ4との整合をとる可変整合部(ネット
ワーク)、6は上記送信部1と可変整合部3を結ぶイン
ピーダンスZ0 の伝送路である。2は上記伝送路6の定
在波比を検出する定在波比検出部で、5は上記定在波比
検出部6の出力信号から上記可変整合部の素子値を変化
させる演算制御部(駆動器)である。図8は、一般的に
こうした可変整合部3と、演算制御部5の内部構成の例
を示したものである。3a及び3bは電圧によりその容
量が変化するバリキャップである。また、5aはバリキ
ャップ12に印加する電圧、5bはバリキャップ13に
印加する電圧とする。また、演算制御部5には、情報と
して5cの定在波比が与えられる。
【0003】次に、動作について説明する。送信部1に
よって出力された電力は、伝送路6を介し可変部3へ入
力される。この時、送信部1の出力インピーダンスと可
変整合部からアンテナ4側を見たインピーダンスに不整
合があると、送信出力の一部が反射され伝送路6に定在
波がたつ。上記定在波の進行波電圧と反射波の電圧の
比、即ち、電圧定在波比Sが定在波比検出部2によって
検出される。即ち、入力端の電流|Iin|と電圧|E
in|cosθと|Ein|sinθを検出し、この電
圧と位相から入力端インピーダンスRin,Xinを求
める。この際、送信部側の出力インピーダンスをその都
度測定しており、定在波比が少なくなるか否かをカット
・アンド・トライ方式で1ステップずつ動かす。即ち、
検出された定在波比Sは、演算制御部5に入力される。
演算制御部5は、上記定在波比Sがアンテナ側の受信端
で最小となるよう、可変整合部3の可変素子(L又は
C)をステップ的にRL とXL になるよう変化させる。
【0004】例えば、図8に示すような回路構成で可変
整合部3を実現した場合、バリキャップ12,13に対
し与える電圧5a,5bの組み合せをそれぞれ5段階の
電圧の組み合せで実現するとすれば、52 通りの組み合
せができ、その中から定在波比Sが最小となる組み合せ
を選ぶ。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来のアンテナ自動整
合方式は、以上のように構成されているので、最適な素
子値を選ぶのに多くの組み合せを行って素子値を決めな
ければならず、時間がかかるという課題があった。ま
た、組み合せを変えていく中で大きな不整合を生じさせ
るような場合もあり、送信部の破損を招きかねないとい
う課題もあった。
【0006】この発明は、上記のような課題を解消する
ためになされたもので、アンテナの周囲環境が急変して
も、すぐに追従して送信出力を効率よくアンテナに供給
するインピーダンス整合装置を得ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明に係るインピー
ダンス整合装置は、送信部からアンテナへの伝送路上の
複数の各部の電圧を測定して定在波比を検出する定在波
比検出部と、伝送路上の定在波から伝送路側から見たア
ンテナ側の現インピーダンスを知るインピーダンス計算
部と、送信部側のインピーダンスと計算した現インピー
ダンスとの差をなくす所定の整合用素子の設定値を一覧
表として記憶する設定整合テーブルと、伝送路から送信
電力を受けるアンテナの入力端にインピーダンス調整用
に設けた可変整合部と、現インピーダンスと上記設定整
合テーブルから上記可変整合部の整合素子が所定の値に
なるよう制御する演算制御部とを備えた。
【0008】また更に、送信部出力側に内部インピーダ
ンスを可変にする送信側可変整合部と、伝送路側から見
た送信部の出力インピーダンスが予め決められた出力イ
ンピーダンスとなるよう上記送信側可変整合部の内部イ
ンピーダンスを変える電力制御部を付加した。
【0009】また上記構成において、送信側可変整合部
はサーキュレータまたはアイソレータとし、電力制御部
をなくした。
【0010】また基本構成において更に、送信部出力側
にサーキュレータを備え、このサーキュレータから得ら
れる反射電力と、送信部から得られる出力進行波電力と
から定在波比を計算するようにした。
【0011】
【作用】この発明によるインピーダンス整合装置は、予
め送信部の出力インピーダンスを知り、定在波比検出部
が得た各部の電圧から現インピーダンスが判り、設定整
合テーブルから送信部の出力インピーダンスに対応する
所定の整合素子値が得られて、その値になるよう制御さ
れる。
【0012】また更に、送信部の出力インピーダンスが
変化する場合に対処して、別の独立の送信側可変整合部
により送信部の出力インピーダンスが予め決められた値
になるよう調整される。
【0013】また基本構成において、送信部と伝送路間
に設置されたサーキュレータまたはアイソレータによ
り、少なくとも伝送路側から見た送信部の出力インピー
ダンスは所定の一定値となり、この値に基づいて調整さ
れた状態ではサーキュレータまたはアイソレータ出力側
での反射はなくなる。
【0014】また、サーキュレータ出力と送信部出力と
から定在波比が得られ、これに基づいて可変整合部の整
合素子の取るべき値が得られる。
【0015】
【実施例】
実施例1.本発明では、送信部の伝送路側から見た出力
インピーダンスは一定値Z0 で既知であるというのが前
提である。以下、この発明の一実施例を図1について説
明する。11は送信部、12は可変整合部を含んで伝送
路からアンテナを見たインピーダンスZ1 を検出するイ
ンピーダンス検出部である。13は内部インピーダンス
行列がZの可変整合部、14は設定整合テーブル、15
は上記給電側インピーダンスZ1 と可変整合部のインピ
ーダンス行列Zからアンテナ側のインピーダンスZ2
算出し、送信部1とアンテナ4とが整合する最適な素子
値となるよう可変整合部を制御する演算制御部である。
インピーダンス検出部12は、更に以下の構成要素から
なる。即ち、21は送信部11と可変整合部13を結ぶ
インピーダンスZ0 の伝送路6に発生した定在波比検出
部であり、22は上記伝送路の電圧分布を測定し、上記
可変整合部13の入力端の電圧の位相を算出する電圧位
相検出部である。23は上記定在波比検出部21と電圧
位相検出部22の結果から、上記アンテナ側を見たイン
ピーダンスZ1 を算出するインピーダンス計算部であ
る。
【0016】設定整合テーブルには、送信部出力インピ
ーダンスZ0 と種々のアンテナ側のインピーダンスZ1
との差と、その差を解消する可変整合部の各整合素子の
設定数値との対応表が記憶されている。図2は、設定整
合テーブルの対応表の例を示す図である。図3は、伝送
路側から見た送信部出力インピーダンスZ0 と、この出
力インピーダンスと同じインピーダンスを持つ伝送路イ
ンピーダンスZ0 と、可変整合部を含むアンテナ側を見
たインピーダンスZ1 と、伝送路上に立つ定在波との関
係を説明する図である。なお、定在波比検出部21は、
ストリップラインである伝送路6上に設けた3点以上の
測定点から、カップラ等を通じてそれぞれの点の電圧を
収集する。
【0017】次に、上記構成のインピーダンス整合装置
の動作について説明する。アンテナ4の周囲の状況が変
化し、可変整合部3からアンテナ側を見たインピーダン
スZ2 が変わり、送信部1とアンテナ4の間で不整合が
発生したとする。インピーダンス検出器12は、その時
の可変整合部13を含んでアンテナを見たインピーダン
スZ1 を算出する。例えば、図3に示すように、電圧が
負荷である給電部側から最小となる距離lminとする
と、伝送路側から負荷側を見たインピーダンスZ1 は、
次式(1)で表されるとなるはずである。 Z1 =Z0 (1−jStanβlmin)/(S−jt
anβlmin) (1) β=2π/λであり、λは波長、Sは定在波比、Z0
伝送路のインピーダンスである。
【0018】このZ1 の値は、演算制御部15に入力さ
れる。演算制御部15では、現状の可変整合部の設定イ
ンピーダンス行列Zの値が判っている。一方、送信部出
力インピーダンス、伝送路インピーダンスがZ0 の場合
には、負荷側のインピーダンスZ1 をZ0 *に設定するの
が不整合損が最も少ないことは、よく知られている。従
って、負荷側インピーダンスZ1 がZ0 *と一定値以上異
なる場合は、Z1 と現状のZからアンテナ側インピーダ
ンスZ2 を求め、次にZ0 とZ2 の関係から負荷側イン
ピーダンスZ1 がZ0 *に最も近くなるように、予め求め
られているテーブル値を参照し、整合素子の設定値を選
択する。例えば、可変整合部の構成が図8で示すような
構成の場合、予めZ2 とバリキャップ3a,3bの最適
値をテーブル14に格納しておき、そのテーブルを引く
ことにより新たにバリキャップに電圧5a,5bを印加
する。こうして、ステップ毎にインピーダンスを変える
のではなく、一度に所定のZ、即ち、整合素子の変更値
が得られて、すみやかな追従が可能となる。
【0019】実施例2.上記実施例では、送信部の出力
インピーダンスを一定のZ0 としたが、送信部の出力制
御により出力インピーダンスがZ0 でなくなる場合に
は、伝送路との間に送信側可変整合部を設けてもよい。
図4に本実施例のインピーダンス整合装置の構成を示
す。図において、31は送信側可変整合部で送信部11
とインピーダンス検出部12の間にり、また、32は送
信側可変整合部31を調整して送信部11の出力インピ
ーダンスをZ0 に変換する送信部側可変整合部である。
本実施例の負荷側のインピーダンスZ1 を変化させる動
作は、実施例1と同様である。本実施例特有の動作とし
て、上記Z1 の変動動作とは別に、独立して送信部側可
変整合部側を見た時のインピーダンスがZ0 になるよう
に、電力制御部32が送信部側可変整合部31を制御す
る。
【0020】実施例3.図5に更に他の実施例を示す。
図において、33は送信部1とインピーダンス検出部1
2の間に挿入されたインピーダンスZ0 のアイソレー
タ、或は、サーキュレータである。送信部11のインピ
ーダンスがZ0 でなくても、インピーダンス検出部12
からアイソレータ、或は、サーキュレータ33を見た時
のインピーダンスはZ0 となり、実施例1と同様の動作
が期待できる。
【0021】実施例4.図6に更に他の実施例を示す。
33は送信部11とインピーダンス検出部12の間に挿
入されたインピーダンスZ0 のサーキュレータである。
本実施例では、サーキュレータから得られる反射電力の
値34と、送信部からの進行波電力の値35とから定在
波比が計算できる。以後、この値を用いて、演算制御部
15に実施例1と同様の動作をさせれば、より簡単に同
様の効果が得られる。
【0022】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、定在波
比検出部と、インピーダンス計算部と、設定整合テーブ
ルと、可変整合部と、整合素子を制御する演算制御部と
を設けたので、アンテナ側のインピーダンスが急変して
もすぐに追従して可変整合部の整合素子が変化して、送
信電力の不整合損の少ないインピーダンス整合装置が得
られる効果がある。
【0023】また更に、送信側可変整合部を設けたの
で、送信部の出力インピーダンスが変化しても伝送路側
から見た出力インピーダンスは一定値となり、総合的に
送信電力の不整合損の少ないインピーダンス整合装置が
得られる効果がある。
【0024】また更に、送信部出力側にサーキュレータ
またはアイソレータを設けたので、伝送路側から見た出
力インピーダンスは一定値となり、総合的に送信電力の
不整合損の少ないインピーダンス整合装置が得られる効
果がある。
【0025】また更に、送信部出力側にサーキュレータ
を設け、このサーキュレータ出力と送信部出力とから定
在波を求めるようにしたので、小さな規模で不整合損の
少ないインピーダンス整合装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施例1のインピーダンス整合装
置の構成を示すブロック図である。
【図2】 図1の可変整合部とテーブルの例を示す図で
ある。
【図3】 各部インピーダンスと定在波との関係を説明
する図である。
【図4】 この発明の実施例2のインピーダンス整合装
置の構成を示すブロック図である。
【図5】 この発明の実施例3のインピーダンス整合装
置の構成を示すブロック図である。
【図6】 この発明の実施例4のインピーダンス整合装
置の構成を示すブロック図である。
【図7】 従来のアンテナ・インピーダンス整合装置の
構成を示すブロック図である。
【図8】 可変整合部の例を示す構成図である。
【符号の説明】
11 送信部、12 インピーダンス検出部、13 可
変整合部、14設定整合テーブル、15 演算制御部、
21 定在波比検出部、22 電圧位相検出部、31
送信側可変整合部、32 電力制御部、33 サーキュ
レータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04B 1/04

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 送信部から給電部への伝送路上の複数の
    各部の電圧を測定して定在波比を検出する定在波比検出
    部と、 上記伝送路上の上記定在波から、伝送路側から見たアン
    テナ側の現インピーダンスを知るインピーダンス計算部
    と、 送信部側のインピーダンスと上記計算した現インピーダ
    ンスとの差をなくす所定の整合用素子の設定値を一覧表
    として記憶する設定整合テーブルと、 上記伝送路から送信電力を受けるアンテナの入力端にイ
    ンピーダンス調整用に設けた可変整合部と、 現インピーダンスと上記設定整合テーブルから上記可変
    整合部の整合素子が所定の値になるよう制御する演算制
    御部とを備えたインピーダンス整合装置。
  2. 【請求項2】 また更に、送信部出力側に内部インピー
    ダンスを可変にする送信側可変整合部と、伝送路側から
    見た送信部の出力インピーダンスが予め決められた出力
    インピーダンスとなるよう上記送信側可変整合部の内部
    インピーダンスを変える電力制御部を付加したことを特
    徴とする請求項1記載のインピーダンス整合装置。
  3. 【請求項3】 送信側可変整合部はサーキュレータまた
    はアイソレータとし、電力制御部をなくしたことを特徴
    とする請求項2記載のインピーダンス整合装置。
  4. 【請求項4】 また更に、送信部出力側にサーキュレー
    タを備え、該サーキュレータから得られる反射電力と、
    送信部から得られる出力進行波電力とから定在波比を計
    算することを特徴とする請求項1記載のインピーダンス
    整合装置。
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