TW200824271A - Broadband impedance matching circuit using high pass and low pass filter sections - Google Patents

Description

200824271 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於阻抗匹配。更具體地，本發明係關於利用 高通及低通濾波器之寬頻阻抗匹配。 【先前技術】 由一電源至其負載之最大功率轉移係發生在負載阻抗等 於電源阻抗之共軛複數時。更明確地，當負載阻抗等於電 源阻抗之共軛複數時，任何電源電抗與一相等但相反的負 載電抗共振，僅留下對電源阻抗及負載阻抗相等之電阻 值。因為電源電阻等於負載電阻，最大功率因而由電源 移至負載。 最簡單的用於匹配兩實數阻抗之匹配電路為由兩個以— 「L」網路相連之元件—一電感器及一電容器 '组成之網 路。當分流元件為電容器時，因為低頻流過串聯之電感器 而高頻為分流接地，L網路作用如一低通濾波器。當分^ 元件為電感器時，因為高頻流過電容器而低頻為：流： 地’ L網路作用如一高通濾波器。阻抗匹配因分流元件變 換-較大阻抗下至—具有與另一終端阻抗之實數部分相等 之實數部分之較小值而達成。串聯元件接著與任何電抗性 組件共振或對消，因而留下電源驅動一顯然 達到最佳功率轉移。 ' 簡單的L網路亦可用於匹配兩個包含電阻式及電容式電 抗性組件之複數阻抗，例如，傳輸線、混頻器、及天線。 用於匹配複數阻抗之-方法包含將任何雜散電抗吸收至阻 123909.doc 200824271 抗匹配網路本身中。吸收典型係藉由與雜散電容並聯放置 之電容器元件及與任何雜散電感串聯放置之電感器元件來 完成。

然而’不幸的Pi及τ網路為窄頻且因此不適合用於寬 '貝P抗匹配。另外，對一給定的設計準則來說，Pi及T網 路利用許多組件。 三元件式匹配網路通常稱為Pi網路及T網路，各自包含 :個級聯在-起之背對背的L網路’以提供用於匹配兩： 複數阻k之夕區域式低通或高通匹配網路。Η及了網路提 供優於L網路之優點在於能夠選擇獨立於電源阻抗及負載 阻抗之電路Q，只要所選擇的Q是大於L網路可用者即可。 不同於具有Pi或T網路形式之背對背的L網路，串聯連接 之L網路提供增加的頻寬。可藉由將額外的匕網路與介於各 網路間之虛擬電阻級聯而達成一甚至更寬的頻寬。舉例來 次，圖1為與介於各網路間之虛擬電阻級聯之三個網路之 不意圖。當每兩個接續的電阻之比相等時則獲得最佳頻 寬· R"RSmaner = H = R3/R2 ··· ：= Rlarger/Rn，其中 R_】！ 最小終電阻，Riarger =最大終端電阻，且Ri er 2、···、Rn =與欲匹配之兩個阻抗之幾何平均相等之虛 擬電阻（亦即，R = V(rsrl))。使用ADS之電腦程式促進選 擇用於特定插入損耗、頻寬、及回流損耗之網路元件。 目前，達到更寬的頻寬之阻抗匹配級聯L及其他網路存 在有許多變化。舉例來說，美國專利第4,〇〇3,〇〇5號揭示兩 個背對背級聯之L網路，其為具有插入其中之對稱全通網 123909.doc 200824271 路之低通滤波器形式，且其提供介於低通據波器區域間之 隔離，從而提供-值定的輸入/輪出阻抗以消除由據波器 所導致的阻抗變化；該揭示内容之全文以引用方式併入本 文。亦揭示一使用高通渡波器之類似的具體實施例。美國 專利第4,6⑴7遞揭示—低通濾波器、m皮器、及 -帶通遽波器’其係配置以提供平的輸人阻抗；該揭示内 容之全文以引用方式併入本文。最後，美國專利第 6,608,536號揭示一恆定阻抗遽波器，其為低通遽波器、高 通濾、波器或帶通遽波器的形式，且其對濾、波器通帶内及濾' 波器通帶外之兩種頻率皆保持—但定輸入阻抗；該揭示内 容之全文以引用方式併入本文。 不幸的是’上述的先前技術之阻抗匹配電路 雜’且需要許多明顯增加回流損耗反射之元件。。 【發明内容】 因此，本發明之一 置之上述的不完全， 顯著貢獻之改進。 目的為提供改進以克服先前技術之裝 並提供對寬頻阻抗匹配技術之進展有 發"明之^另_ 、 _ 目的為提供一寬頻阻抗匹配電路，其利用 父替級聯在—叔 4 ^ 向L及低通濾波器區域以最小化所需的 兀仵數，同時遠 ^ ^ ,, 成杈跨鬲至約2 GHz或更高之寬頻頻率之 改進的回流損耗。 千又 上文已概述太称Rn 僅用於說明戶§月之某些相關目的。這些目的應理解為 多复他 斤預期的發明之某些較突出之特性及應用。許 少/、他有利的社 ^ '〜果可藉由以不同方式應用所揭示之發明 123909.doc 200824271

在不偏離揭示内交夕益阁A … 〜之靶圍的情況下修改本發明而達成。因 此，本發明之其他 们及更充刀的了解可藉由參照除了由 專利申請範圍定義之本發明 月之耗圍連同伴隨之圖式外，還 發明之總結及較佳具體實施例之詳細敛述而獲得。 為了總、”發明之㈣，本發明包含一寬頻阻抗匹配電 〃使用又替級聯在一起之高通及低通濾波器區域以匹 配在種種應用中橫跨_并 %頻羊靶圍（例如，50歐姆至25歐姆） 之不同阻抗，例如，將50歐姆匹配射頻功率放大器所需之 負載阻抗以產生所需輸出。如果電路之第—元件為分流元 件而阻抗為電阻，貝,丨電路由高阻抗變換為低阻抗，反之， 如果電路之第一元件為串聯元件，則變換將為由低阻抗至 較高阻抗。 具體地’一高通濾波器區域及跟隨在後之一低通濾波 r品或產生車乂兩個冋通濾波器區域或兩個低通濾波器區域 更f頻之匹配。此外’ #由交替高通濾波器區域與低通濾 波态區域’對一給定結果來說，顯然比非交替之先前技術 之級聯渡波器區域需要更少元件。因&，根據本發明之交 替之濾波器區域顯著改善在增加頻寬處之回流損耗。 上文已相當廣泛地概述本發明之較具相關性及重要的特 性，以更加了解接續在後之本發明之詳細敘述進而更充分 地了解本發明對此技術之貢獻。本發明之額外的特性將在 形成本發明之專利申請範圍之主題之下文中敘述之。熟悉 技術人士應明白，可方便地利用所揭示的概念及特定具體 實施例，作為修改或設計用以實施本發明之相同目的之其 123909.doc 200824271 ’此類等同構造 之精神及範疇。 他結構的基礎。熟悉技術人士還應認識到 並不背離所附申請專利範圍提出的本發明 【實施方式】 在數個圖式中，類似的參考符號指稱類似部件。

參考圖2’寬頻阻抗匹配電路1〇之較佳實施例包含複數 個低通濾波器12及複數個高通濾波器14，兩者在電源$及 負載L間交替地級聯在一起，其中電源s之阻抗係欲與負載 L之阻抗相匹配。交替級聯之序列可始於或終止於一低通 濾波器或-高通濾波器(圖2A顯示序列始於一低通區域， 並由-高通區域接續’而圖2B顯示序列始於—高通區域， 並由一低通區域接續）。 更具體地，在圖2A中，第一低通濾波器仏之輸出係連 接至第一高通渡波器12b之輸入。接著，第一高通渡波器 12a連接至第二低通濾波器12b之輸入，而第二低通濾波器 12b之輸出連接至第二高通濾波器14b之輸入。同樣地，第 二高通濾波器14b之輸出連接至第三低通濾波器12〇之輸 入，而第三低通濾波器12c之輸出連接至第三高通濾波器 14c之輸入。此交替序列本身對各對低通濾波器i2n及高通 濾波器1心重複。 在圖2B中，第一高通濾波器14a之輸出連接至第一低通 濾波器12a之輸入。接著，第一低通濾波器12a之輸出連接 至第二高通濾波器14b之輸入，而第二高通濾波器Mb之輸 出連接至第二低通濾波器12b之輸入。同樣地，第二低通 濾波器12b之輸出連接至第三高通濾波器14c之輸入，而第 123909.doc 200824271 三高通濾波器14c之輸出連接至第三低通濾波器i2c之輸 入u序列本身對各對高通濾波器12n及低通遽波器 14N重複。 低通濾波器12及高通濾波器14較佳地包含最小化各自所 需兀件數目之網路布局。這類最小化可由在第_例中具有 較少兀件之網路布局及/或與鄰接網路共用元件之網路布 局來產生。 為了說明而非限制之目的，對由〇·2 GHzS 2 GHz之匹配 50歐姆至25歐姆之具有大於2〇犯之回流損耗之八個元件 之電路ίο來說，低通濾波器12及高通濾波器14可包含下列 八個元件： C1 分流-1.42 pfs L1 串聯-4.99 nh L2分流-36.28 nh C2 串聯-14.44 pfs C3 分流-3.3 9 pfs L3 串聯-2.35 nh L4 分流-16.11 nh C4 串聯-32.82 pfs 在不偏離本發明之精神及範圍的情況下，電源s及負載L 可包含各種裝置，例如，傳輸線、混頻器、及天線。此 外，由於其寬頻寬之故，本發明之匹配網路尤其適於組合 功率放大器中之數階。 本揭示内容包含附加之專利申請範圍中所包含者和上列 123909.doc -10- 200824271 :述者。雖然此發明已經以其較佳形式偕同特定程度之特 戶、、敘述’須了解較佳形式之本揭示内容僅由範例組 成’且為數眾多之構造之細節變化及部件安排之組合可在 不偏離本發明之精神及範圍的情況下訴諸實行。 【圖式簡單說明】 為了更充分了解本發明之性質及目的，須參照下列最佳 具體實施例之詳細敘述連同伴隨之圖式，其中： 圖1為由級聯L網路組成之先前技術之阻抗匹配電路之示 意圖；及 圖2A及2B為根據本發明，由交替的低通及高通濾波器 組成之寬頻阻抗匹配電路之方塊圖。 【主要元件符號說明】 12a〜12n 低通濾波器 14a〜14η 高通濾波器 S 電源 L 負載 123909.doc

Claims (1)

1. 200824271 十、申請專利範圍： 1 · 一種寬頻阻抗匹配電路，其組合包含· 複數個低通濾波器； 複數個高通濾波器； 该等低通遽波器及該等高通渡波器以一交替級聯序列 串聯連接於-電源與一負載之間，其中該電源之阻抗係 欲與該負載之阻抗相匹配。 2·如請求項!之寬頻阻抗匹配電路’其中該交替級聯序列 包含連接-第-低通濾 '波器之輸出至—第—高通遽波号 之輸入，其中該第一高通遽波器之輸出連接至一第二低 ^慮“之輸人’而該第二低通毅器之輪出連接至I 弟-兩通濾波器之輸入’且其中該第二高通濾波器之輪 3. _至-第三低通滤波器之輸入，而該第三低通遽波 益之輸出連接至一第三高通濾波器之輸入。 如請求項2之寬頻阻抗匹配電路，其中對關序列重 替級聯序列。 ί 4. 如請求们之寬頻阻抗匹配電路，其中該交替級聯序列 包含連接—第—高通渡波器之輸出至-第-低通濾波器 輸入，其中该第一低通濾波器之輸出連接至一第二高 ，濾波器之輸入’而該第二高通濾波器之輸出連接至一 第二低通滤波器之輸入，且其中該第二低通濾波器之輸 5. 。。接至第一同通濾波器之輸入，而該第三高通濾波 為之輸出連接至一第三低通濾波器之輸入。 如明求項4之寬頻阻抗匹配電路，其中對Ν個序列重複交 替級聯序列。 123909.doc