JPH11112288A - 自動インピーダンス整合回路 - Google Patents

自動インピーダンス整合回路

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JPH11112288A
JPH11112288A JP27292297A JP27292297A JPH11112288A JP H11112288 A JPH11112288 A JP H11112288A JP 27292297 A JP27292297 A JP 27292297A JP 27292297 A JP27292297 A JP 27292297A JP H11112288 A JPH11112288 A JP H11112288A
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JP
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coil
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frequency
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JP27292297A
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Takao Sato
孝雄 佐藤
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Kokusai Electric Corp
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Kokusai Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 周波数によって異なる有効範囲をコイルが越
えないようにし、整合動作が正常に行われる自動インピ
ーダンス整合回路を提供する。 【解決手段】 この回路10は、インピーダンスZa,
Zbを整合させるために、整合部15の可変素子Z1の
複数のコンデンサ素子と可変素子Z2の複数のコイル素
子と可変素子Z3から適宜に選択組み合わせを行って整
合を実行する。プロセッサ13は、前記組み合わせに用
いられる可変素子Z2のコイル素子と、それが具備する
浮遊容量との共振周波数が前記整合部の取り扱う周波数
よりも充分に高くなるように、前記複数のコイル素子の
うち、前記取り扱う周波数に対応して、選択可能なコイ
ル素子の範囲を記憶している記憶装置を有し、前記コイ
ル素子を選択する際に、取り扱う周波数に対応して記憶
された前記選択可能なコイル素子の範囲内にあるコイル
素子のみを選択するようにプログラムされている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、一端が第1のイ
ンピーダンスに接続された弁別器と、一端が弁別器の他
端に、他端が第2のインピーダンスにそれぞれ接続され
た整合部と、前記弁別器が検出する前記第1,第2のイ
ンピーダンスの差分に基づいて、前記整合部の可変素子
を構成する複数のコイル素子から適宜に選択した所定の
コイル素子と複数のコンデンサ素子から適宜に選択した
所定のコンデンサ素子とを組み合わせて、前記第1,第
2のインピーダンスを自動的に整合させる制御手段とを
有する自動インピーダンス整合回路に関する。
【0002】
【従来の技術】図5は、従来の自動インピーダンス整合
回路を示すブロック図である。この自動インピーダンス
整合回路20において、整合部15は、整合用の可変素
子Z1,Z2,Z3から構成されており、自動インピー
ダンス整合回路20の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との整合を実現するように調
節される。この場合、可変素子Z1,Z2,Z3は、リ
レーによるバイナリステップ切り替えのコイルとコンデ
ンサとを使用するのが典型的である。
【0003】これら弁別器(DISC)21は、インピ
ーダンスZa,Zb間の差分を抵抗分と位相分とに分離
して検出し、抵抗分nR1と位相分nθ1としてそれぞ
れ出力する。コンパレータ22は、弁別器21から出力
された抵抗分nR1と位相分nθ1とを入力し、1およ
び0のデジタル信号に変換し、デジタルな抵抗分R1と
位相分θ1として出力する。プロセッサ(MPU)23
は、コンパレータ22から入力した抵抗分R1と位相分
θ1とからインピーダンスZa,Zb間の差分を認識
し、可変素子Z1,Z2,Z3の調整すべき増減判定
し、可変素子Z1,Z2,Z3に対応する制御用信号a
20,b20,c20を出力する。
【0004】可変素子駆動回路24は、入力したプロセ
ッサ23からの制御用信号a20,b20,c20に基
づいて、インピーダンスZa,Zb間の差分がゼロにな
るように可変素子Z1,Z2,Z3の値を切り替える制
御信号a21,b21,c21を出力する。可変素子Z
1,Z2,Z3は、制御信号a21,b21,c21に
従って、それぞれに備えられたリレーが切り替えられ、
インピーダンスZa,Zb間の差分がゼロになるように
動作する。
【0005】このような自動インピーダンス整合回路2
0の可変素子Z1,Z2,Z3のいずれか、例えば、可
変素子Z2においては、コイルを必ず使用しなければな
らないが、このコイルには、以下に述べるような問題が
ある。すなわち、図6に示すようにコイルL0 には浮遊
容量が存在し、この浮遊容量は、コイルL0 がプリント
基板に実装されると、配線などの影響でさらに増大した
浮遊容量C0 となる。この場合、コイルL0 と浮遊容量
0 とは所定の共振周波数f0 において並列共振する
(f0 =1/2π・√L0 ・C0 )。
【0006】図7は、上述のコイルL0 と浮遊容量C0
とからなる共振回路の周波数に関するA−B間のインピ
ーダンス特性(Z0 =R±jXL:XL=ωL0 )を示
しており、特に、周波数f0 においては、上述の並列共
振が発生していることが分かる。この場合、共振周波数
0 においてA−B間のインピーダンスは、無限大にな
っており、共振周波数f0 よりも低い周波数においては
リアクタンス成分は、正極性の+jXLであり、共振周
波数f0 よりも高い周波数においてはリアクタンス成分
は、負極性の−jXLである。したがって、共振周波数
0 より高い周波数においては、この共振回路は、浮遊
容量C0 の影響で電気的にはコンデンサとなってしまう
ことが分かる。さらに、共振周波数f0 よりも低い周波
数において、リアクタンス成分+jXLは急激に増大す
ることも明らかである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の自動イ
ンピーダンス整合回路の使用される周波帯は、通常、2
〜30MHzほどのHF帯であり、整合部の可変素子と
して使用されるコイルの可変幅は、0.2〜30μHで
あることが必要である。この場合、コイルのインダクタ
ンスが大きくなるにしたがって、コイルの共振周波数f
0 がHF帯の帯域に近づきあるいは帯域内になり以下の
ような問題が生じる。
【0008】(a)コイルの共振周波数に近づくに従っ
て、コイルのインダクタンス値が見かけ上大きくなる。
したがって、コイルのインダクタンス値をリレーにより
バイナリステップで変化させる方式においては、1ステ
ップ当たりのインダクタンスの変化量が大きくなり、整
合精度の低下をもたらす。また、(b)共振周波数より
高くなると、コイルは見かけ上コンデンサの特性とな
り、整合動作をしなくなってしまう。すなわち、(c)
コイルには、周波数によって異なる有効使用範囲があ
り、この範囲外で使用すると、整合動作が正常に行われ
なくなる。
【0009】この発明は、上記の問題に鑑み、周波数に
よって異なる有効範囲をコイルが越えないようにし、整
合動作が正常に行われる自動インピーダンス整合回路を
提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ために、第1の発明は、一端が第1のインピーダンスに
接続された弁別器と、一端が前記弁別器の他端に、他端
が第2のインピーダンスにそれぞれ接続された整合部
と、前記弁別器が検出する前記第1,第2のインピーダ
ンスの差分に基づいて、前記整合部の可変素子を構成す
る複数のコイル素子から適宜に選択した所定のコイル素
子と複数のコンデンサ素子から適宜に選択した所定のコ
ンデンサ素子とを組み合わせて、前記第1,第2のイン
ピーダンスを自動的に整合させる制御手段とを有する自
動インピーダンス整合回路であって、前記組み合わせに
用いられるコイル素子と、それが具備する浮遊容量との
共振周波数が前記整合部の取り扱う周波数よりも充分に
高くなるように、前記複数のコイル素子のうち、前記取
り扱う周波数に対応して、選択可能なコイル素子の範囲
を記憶している記憶装置と、前記制御部が前記所定のコ
イル素子を選択する際に、取り扱う周波数に対応して前
記記憶装置に記憶された前記選択可能なコイル素子の範
囲内にあるコイル素子のみを選択させる選択指示手段と
を有することを特徴とする。
【0011】また、第2の発明においては、前記整合部
が、一端が前記弁別器の他端に接続された第1の可変素
子と、一端が前記第1の可変素子の他端に、他端がグラ
ンドにそれぞれ接続された第2の可変素子と、一端が前
記第1の他端に、他端が前記第2のインピーダンスにそ
れぞれ接続された第3の可変素子とから構成され、前記
第1の可変素子は、リレー接点によって選択可能な複数
のコンデンサ素子から構成され、前記第2の可変素子
は、リレー接点によって選択可能な複数の縦列コイル素
子から構成され、前記第3の可変素子は、導線または複
数のコンデンサのうちのいずれかから選択可能にされて
おり、前記記憶装置は、前記第2の可変素子の複数のコ
イル素子について前記選択可能なコイルの範囲を記憶し
ている。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて添付図面に基づいて説明する。図1は、この発明に
係わる自動インピーダンス整合回路を示すブロック図、
図2は、図1の自動インピーダンス整合回路の整合部に
用いられている整合用の可変素子を詳しく説明するため
の図である。この自動インピーダンス整合回路10は、
弁別器11と、コンパレータ12と、プロセッサ(MP
U)13と、可変素子駆動回路14と、整合部15とか
ら構成されている。
【0013】この自動インピーダンス整合回路10にお
いて、整合部5は、整合用の可変素子Z1,Z2,Z3
から構成されており、可変素子Z1,Z2,Z3は、自
動インピーダンス整合回路10の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との整合を実現す
るように調節される。この場合、可変素子Z1,Z2と
しては、図2に示されるようにリレーによるバイナリス
テップ切り替えのコイルとコンデンサとを使用するのが
普通である。
【0014】すなわち、図2(a)は、可変素子Z1の
例を示しており、リレー接点S11,S12,〜,S1
nがオンのとき、コンデンサC1,C2,〜,Cnがそ
れぞれ接続される。この場合、コンデンサC1,C2,
〜,Cnの容量は、1pF,2pF,4pF,・・・の
ようにバイナリステップで増加するようにされている。
また、図2(b)は、可変素子Z2の例を示しており、
リレー接点S21,S22,〜,S2mがオフのとき、
コイルL1,L2,〜,Lmがそれぞれアクティブに接
続される。この場合、コイルL1,L2,〜,Lmのイ
ンダクタンスは、0.01μH,0.02μH,0.0
4μH,・・・のようにバイナリステップで増加するよ
うにされている。
【0015】さらに、図2(c)は、可変素子Z3の例
を示しており、インピーダンスZb(例えば、アンテ
ナ)の値に対応してスイッチSpにより、3段階に切り
替えるようにされている。したがって、整合部5は、図
3のように表現することもできる。すなわち、この例に
おいては、可変素子Z3が設定された後は、可変素子Z
1,Z2が調節されてインピーダンス整合を実行するこ
ととなる。
【0016】弁別器(DISC)11は、インピーダン
スZa,Zb間の差分を抵抗分と位相分とに分離して検
出し、抵抗分nRと位相分nθとしてそれぞれ出力す
る。コンパレータ12は、弁別器11から出力された抵
抗分nRと位相分nθとを入力し、1および0のデジタ
ル信号に変換し、デジタルな抵抗分Rと位相分θとして
出力する。プロセッサ(MPU)13は、コンパレータ
12から入力した抵抗分Rと位相分θとからインピーダ
ンスZa,Zb間の差分を認識し、可変素子Z1,Z
2,Z3の調整すべき増減を判定し、可変素子Z1,Z
2,Z3に対応する制御用信号a10,b10,c10
を出力する。
【0017】この場合、プロセッサ13は、扱う周波数
に対応して、下記のテーブルのように可変素子Z2のコ
イルに関する可変範囲を記憶している(この例において
は、10ビットのバイナリコードで変化させるので、最
大の可変範囲は、0〜210−1=0〜1023であ
る)。したがって、扱う周波数に基づいて、選択できる
コイルの範囲を明確にすることができ(扱う周波数が高
くなるほど最大可変範囲は狭められている)、コイルが
処理する周波数の範囲を図7に示された範囲W内に自動
的に設定することが可能となる。
【0018】
【0019】可変素子駆動回路14は、入力したプロセ
ッサ13からの制御用信号a10,b10,c10に基
づいて、インピーダンスZa,Zb間の差分がゼロにな
るように可変素子Z1,Z2,Z3の値を切り替えるた
めの制御信号a11,b11,c11を出力する。可変
素子Z1,Z2,Z3は、制御信号a11,b11,c
11に従って、それぞれに備えられたリレーのリレー接
点S11,S12,〜,S1nを切り替えてインピーダ
ンスZa,Zb間の差分がゼロになるように動作する。
【0020】これらのプロセッサ13の動作を集約する
と、図4のようなフローチャートで表される。プロセッ
サ13は、コンパレータ12の出力R,θから、インピ
ーダンスZa,Zbが整合しているか否かを判断し(ス
テップS1)、整合していれば終了するが、もしも整合
していなければ、R成分は一致しているか否かを判断す
る(ステップS2)。ステップS2において、一致して
いなければ、可変素子Z2のコイルL1,L2,〜,L
mをテーブルの可変範囲内で、R成分が一致するように
変化させ(ステップS3)、ステップS2に戻る。
【0021】ステップS2において一致すると、θ成分
は一致しているか否かを判断し(ステップS4)、一致
していればステップS1に戻り、一致していなければ、
ずれは+側であるか、−側であるかを判断する(ステッ
プS5)。ずれが−側であれば、可変素子Z1のコンデ
ンサC1,C2,〜,Cnをθ成分が一致するように+
側に変化させ(ステップS6)、ステップS1に戻る。
また、ずれが+側であれば、可変素子Z1のコンデンサ
C1,C2,〜,Cnをθ成分が一致するように−側に
変化させ(ステップS6)、ステップS1に戻る。
【0022】
【発明の効果】以上に詳述したように、この発明に係わ
る自動インピーダンス整合回路は、第1,第2のインピ
ーダンスの間に挿入され、第1,第2のインピーダンス
を整合させるための弁別器と整合部と制御手段とを有
し、整合部の可変素子の複数のコンデンサ素子とコイル
素子とから適宜に選択組み合わせを行って整合を実行す
るために、前記組み合わせに用いられるコイル素子と、
それが具備する浮遊容量との共振周波数が前記整合部の
取り扱う周波数よりも充分に高くなるように、前記複数
のコイル素子のうち、前記取り扱う周波数に対応して、
選択可能なコイル素子の範囲を記憶している記憶装置
と、前記制御部が前記所定のコイル素子を選択する際
に、取り扱う周波数に対応して前記記憶装置に記憶され
た前記選択可能なコイル素子の範囲内にあるコイル素子
のみを選択させる選択指示手段とを有することにより、
前記整合部のコイル素子を如何なる周波数においても有
効使用範囲内でのみ使用することができ、整合動作にお
ける整合精度の低下あるいは動作不良の発生を防止でき
るという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係わる自動インピーダンス整合回路
の実施の形態の一例を示すブロック図である。
【図2】図1の自動インピーダンス整合回路の整合部に
用いられている整合用の可変素子を詳しく説明するため
の図である。
【図3】図2に基づいて示された図1の整合部の等価回
路である。
【図4】図1で示されるプロセッサの動作を説明するた
めのフローチャートである。
【図5】従来の自動インピーダンス整合回路を示すブロ
ック図である。
【図6】図5において用いられるコイルの浮遊容量によ
る共振回路を説明する図である。
【図7】図6の共振回路の周波数特性を示す図である。
【符号の説明】 10 自動インピーダンス整合回路 11 弁別器 12 コンパレータ 13 プロセッサ 14 可変素子駆動回路 15 整合部 Za,Zb インピーダンス Z1,Z2,Z3 可変素子 S1〜S7 ステップ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一端が第1のインピーダンスに接続され
    た弁別器と、一端が前記弁別器の他端に、他端が第2の
    インピーダンスにそれぞれ接続された整合部と、前記弁
    別器が検出する前記第1,第2のインピーダンスの差分
    に基づいて、前記整合部の可変素子を構成する複数のコ
    イル素子から適宜に選択した所定のコイル素子と複数の
    コンデンサ素子から適宜に選択した所定のコンデンサ素
    子とを組み合わせて、前記第1,第2のインピーダンス
    を自動的に整合させる制御手段とを有する自動インピー
    ダンス整合回路であって、 前記組み合わせに用いられるコイル素子と、それが具備
    する浮遊容量との共振周波数が前記整合部の取り扱う周
    波数よりも充分に高くなるように、前記複数のコイル素
    子のうち、前記取り扱う周波数に対応して、選択可能な
    コイル素子の範囲を記憶している記憶装置と、 前記制御部が前記所定のコイル素子を選択する際に、取
    り扱う周波数に対応して前記記憶装置に記憶された前記
    選択可能なコイル素子の範囲内にあるコイル素子のみを
    選択させる選択指示手段とを有することを特徴とする自
    動インピーダンス整合回路。
  2. 【請求項2】 前記整合部は、一端が前記弁別器の他端
    に接続された第1の可変素子と、一端が前記第1の可変
    素子の他端に、他端がグランドにそれぞれ接続された第
    2の可変素子と、一端が前記第1の他端に、他端が前記
    第2のインピーダンスにそれぞれ接続された第3の可変
    素子とから構成され、前記第1の可変素子は、リレー接
    点によって断続可能な複数のコンデンサ素子から構成さ
    れ、前記第2の可変素子は、リレー接点によって断続可
    能な複数のコイル素子から構成され、前記第3の可変素
    子は、導線または複数のコンデンサのうちのいずれかか
    ら選択可能にされており、前記記憶装置は、前記第2の
    可変素子の複数のコイル素子について前記選択可能なコ
    イルの範囲を記憶している請求項1記載の自動インピー
    ダンス整合回路。
JP27292297A 1997-10-06 1997-10-06 自動インピーダンス整合回路 Withdrawn JPH11112288A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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