TWI466504B - 行動通訊裝置與其阻抗匹配方法 - Google Patents

Description

行動通訊裝置與其阻抗匹配方法

本發明是有關於一種行動通訊裝置，且特別是有關於上述行動通訊裝置的一種阻抗匹配(impedance matching)方法。

阻抗匹配對於任何一種使用天線發射訊號的行動通訊裝置都很重要。當行動通訊裝置的功率放大器(power amplifier)將射頻訊號發送到天線時，若天線的阻抗匹配不佳，就會有一部分入射功率被天線反射，實質上降低了天線的發射功率。不同種類的天線有不同阻抗。當環境改變時，例如使用者的手靠近行動通訊裝置，或行動通訊裝置靠近桌面等物件時，天線的阻抗會改變，而且不同種類的天線，其阻抗的變化方式也不相同。這些現象使阻抗匹配的問題更加複雜。

傳統的行動通訊裝置大多使用可調匹配電路(tunable matching circuit)，使射頻訊號遭遇的阻抗等於功率放大器所對應的負載拉移阻抗(load-pull impedance)。上述的負載拉移阻抗是功率放大器輸出射頻訊號時，射頻訊號可能遭遇的阻抗之中的最佳阻抗，可以使天線對射頻訊號的反射降到最低程度，甚至完全不反射。

這種可調匹配電路有一個或多個可調電容或可調電感，每一個可調電容和可調電感的阻抗都可以調整，藉此 調整射頻訊號所遭遇的上述阻抗。每一個可調電容和可調電感都有一個涵蓋多個設定值的可調範圍，傳統做法是嘗試錯誤(trial and error)，也就是逐一嘗試每一個設定值，直到可調匹配電路能提供負載拉移阻抗。這種做法可能需要較長時間才能完成，因此間接降低了天線的效能。

本發明提供一種行動通訊裝置以及一種阻抗匹配方法，可以避免傳統做法的嘗試錯誤，迅速達成最佳的阻抗匹配。

本發明提出一種行動通訊裝置，包括天線、功率放大器、可調匹配電路、功率偵測電路(power detection circuit)、以及控制器。可調匹配電路耦接於天線和功率放大器之間，決定功率放大器發送至天線的射頻訊號在進入可調匹配電路時所遭遇的輸出阻抗。功率偵測電路亦耦接於天線和功率放大器之間，偵測射頻訊號進入天線的入射功率和天線的反射功率。控制器耦接可調匹配電路和功率偵測電路，根據行動通訊裝置目前使用的頻率範圍、上述入射功率和上述反射功率設定可調匹配電路，以使上述輸出阻抗趨近功率放大器在上述頻率範圍所對應的負載拉移阻抗。

本發明另提出一種阻抗匹配方法，此方法適用於上述的行動通訊裝置，包括下列步驟。首先，偵測射頻訊號進入天線的入射功率和天線的反射功率，然後根據行動通訊裝置目前使用的頻率範圍、上述入射功率和上述反射功率 設定可調匹配電路，以使上述輸出阻抗趨近功率放大器在上述頻率範圍所對應的負載拉移阻抗。

基於上述，本發明的功率偵測電路和控制器構成一個控制迴圈，可使射頻訊號所遭遇的輸出阻抗迅速趨近負載拉移阻抗，以迅速完成最佳的阻抗匹配。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是依照本發明一實施例的一種行動通訊裝置100的示意圖。行動通訊裝置100包括天線110、可調匹配電路120、功率偵測電路130、功率放大器140、以及控制器150。可調匹配電路120耦接於天線110和功率放大器140之間。功率偵測電路130亦耦接於天線110和功率放大器140之間。控制器150耦接可調匹配電路120和功率偵測電路130。

天線110可發射或接收射頻訊號，以達成行動通訊裝置100的通訊功能。功率放大器140提供天線110所發射的射頻訊號。可調匹配電路120決定功率放大器140發送至天線110的射頻訊號在進入可調匹配電路120時所遭遇的輸出阻抗。控制器150可以是行動通訊裝置100的中央處理單元(CPU：central processing unit)，或是行動通訊裝置100的一個處理器(processor)，或是行動通訊裝置100的一個內嵌式控制器(embedded controller)。

圖2是依照本發明一實施例的一種阻抗匹配方法的流程圖，此方法可由行動通訊裝置100執行。首先，在步驟210，功率偵測電路130偵測上述射頻訊號進入天線110的入射功率和天線110的反射功率。然後，在步驟220，控制器150根據行動通訊裝置100目前使用的頻率範圍、上述射頻訊號進入天線110的入射功率、以及天線110的反射功率設定可調匹配電路120，以使功率放大器140的上述輸出阻抗趨近功率放大器140在此頻率範圍所對應的負載拉移阻抗。

本實施例中，控制器150是從一個查找表(lookup table)取得可調匹配電路120所需的設定值，圖3繪示本實施例的查找表製作流程。圖3流程可在行動通訊裝置100的製造廠商的實驗室中進行。

行動通訊裝置100使用多個頻率範圍，這些頻率範圍的頻率互不重疊，其中每一個頻率範圍可以是行動通訊裝置100所支援的一個通訊協定所使用的一個頻段(frequency band)，或行動通訊裝置100所支援的一個通訊協定的一個頻道(channel)。以全球行動通訊系統(GSM：Global System for Mobile Communications)為例，其中GSM 900和GSM 1800使用不同頻段，GSM 900的頻段分為124個頻道，GSM 1800的頻段分為374個頻道。假如行動通訊裝置100支援GSM 900和GSM 1800，則可將GSM 900和GSM 1800的頻段分別設定為兩個頻率範圍，或將GSM 900和GSM 1800的所有頻道分別設定為498個頻率範圍。

以下說明圖3流程。在步驟310，量測行動通訊裝置100使用的每一個頻率範圍中，天線110的阻抗的可能變動範圍。這個可能變動範圍必須考慮各種可能發生的使用狀況，例如行動通訊裝置100以各種距離靠近使用者的手或桌面等各種物體時的天線阻抗變化。在步驟320，量測行動通訊裝置100使用的每一個頻率範圍中，天線110的各種不同阻抗和功率放大器140的各種不同入射功率的組合所對應的天線110的反射功率。在步驟330，量測行動通訊裝置100使用的每一個頻率範圍中，功率放大器140所對應的負載拉移阻抗。如前所述，可調匹配電路120決定功率放大器140發送至天線110的射頻訊號在進入可調匹配電路120時所遭遇的輸出阻抗。在每一個頻率範圍中，上述的負載拉移阻抗就是能使天線110對於上述射頻訊號的反射功率降到最低程度的最佳輸出阻抗。

執行步驟320之後，可以獲得每一個頻率範圍中，功率放大器140的入射功率、天線110的反射功率、以及天線110的阻抗之間的對應關係。執行步驟330之後，可以獲得每一個頻率範圍所對應的負載拉移阻抗。然後在步驟340找出在每一個頻率範圍中，當天線110呈現各種不同的阻抗時，可調匹配電路120的最佳設定方式，以盡可能使射頻訊號在進入可調匹配電路120時所遭遇的輸出阻抗趨近此頻率範圍所對應的負載拉移阻抗。最理想的趨近是使上述輸出阻抗等於負載拉移阻抗，若無法相等，至少應該將上述輸出阻抗設定到最接近負載拉移阻抗的程度。

可調匹配電路120可包括至少一個可調元件，每一個可調元件可以是可調電感或可調電容。上述的可調匹配電路120的最佳設定方式，就是找出每一個可調元件的最佳設定值，這有多種傳統方法可以做到。每一個可調元件的設定值決定該可調元件的阻抗，上述的輸出阻抗是由這些可調元件的阻抗共同決定。所有可調元件的設定值可構成一組設定值。在步驟340，必須為每一個頻率範圍和天線110的每一種阻抗的組合，決定可調匹配電路120所對應的一組設定值。

有上述資訊之後，只要知道目前使用的頻率範圍、功率放大器140的入射功率、以及天線110的反射功率，依據步驟320所測得的對應關係，就可以得知天線110目前的阻抗。然後就能取得對應目前的頻率範圍和天線阻抗的一組設定值。在步驟350，將不同頻率範圍、不同入射功率和不同反射功率的各種組合所對應的各組設定值存入一個查找表。這個查找表可存放在控制器150或行動通訊裝置100的某一個儲存裝置中。

圖4是依照本發明另一實施例的另一種阻抗匹配方法的流程圖，此方法可由行動通訊裝置100執行。在步驟410，控制器150取得行動通訊裝置100目前使用的頻率範圍。傳統的行動通訊裝置都能知道目前正使用的頻段和頻道，其細節就不贅述。在步驟420，功率偵測電路130偵測功率放大器140的入射功率和天線110的反射功率。在步驟430，控制器150根據目前使用的頻率範圍、以及上 述的入射功率和反射功率，自上述查找表取得對應上述組合的一組設定值。在步驟440，控制器150使用該組設定值設定可調匹配電路120，以使功率放大器140的上述輸出阻抗趨近負載拉移阻抗。

接下來，在步驟450，控制器150對可調匹配電路120進行微調，以使上述輸出阻抗更趨近負載拉移阻抗。上述的微調已經有多種傳統方法，其細節就不在此贅述。如果在步驟440設定可調匹配電路120之後，天線110的反射功率已經低於可容許的預設臨界值，則可省略步驟450的微調。

功率偵測電路130可持續偵測上述的入射功率和反射功率，行動通訊裝置100可以在入射功率和反射功率其中之一有變動，或在入射功率和反射功率兩者都有變動時，執行圖2或圖4的阻抗匹配方法。另一方面，行動通訊裝置100也可以在來自基地台的訊號強度小於預設臨界值時執行圖2或圖4的阻抗匹配方法。因為當基地台訊號有足夠強度時，可以降低對阻抗匹配的要求，此時不執行阻抗匹配方法可以節約電力。或者，可以結合以上兩個條件，也就是說，行動通訊裝置100只在來自基地台的訊號強度小於預設臨界值，而且入射功率和反射功率其中至少一者有變動時，才執行圖2或圖4的阻抗匹配方法。

綜上所述，本發明主動偵測射頻訊號的入射功率和反射功率，據以設定可調匹配電路。由於本發明使用查找表儲存事先決定的最佳設定值，不需要逐一嘗試所有可能的 設定值，所以能迅速設定可調匹配電路，大幅縮短阻抗匹配達到最佳化所需的時間。上述的時間縮短可節省行動通訊裝置的電力。本發明也可在符合特定條件時才進行阻抗匹配，以節省更多電力。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧行動通訊裝置

110‧‧‧天線

120‧‧‧可調匹配電路

130‧‧‧功率偵測電路

140‧‧‧功率放大器

150‧‧‧控制器

210~220、310~350、410~450‧‧‧流程步驟

圖1是依照本發明一實施例的一種行動通訊裝置的示意圖。

圖2、圖3和圖4是依照本發明不同實施例的阻抗匹配方法的流程圖。

100‧‧‧行動通訊裝置

110‧‧‧天線

120‧‧‧可調匹配電路

130‧‧‧功率偵測電路

140‧‧‧功率放大器

150‧‧‧控制器

Claims (16)

1. 一種行動通訊裝置，包括：一天線；一功率放大器；一可調匹配電路，耦接於該天線和該功率放大器之間，決定該功率放大器發送至該天線的射頻訊號在進入該可調匹配電路時所遭遇的輸出阻抗；一功率偵測電路，耦接於該天線和該功率放大器之間，偵測該射頻訊號進入該天線的入射功率和該天線的反射功率；以及一控制器，耦接該可調匹配電路和該功率偵測電路，根據該行動通訊裝置目前使用的頻率範圍、該入射功率和該反射功率設定該可調匹配電路，以使該輸出阻抗趨近該功率放大器在該頻率範圍所對應的負載拉移阻抗。
2. 如申請專利範圍第1項所述之行動通訊裝置，其中，當該入射功率且/或該反射功率變動時，該控制器根據該頻率範圍、該入射功率和該反射功率設定該可調匹配電路，以使該輸出阻抗趨近該負載拉移阻抗。
3. 如申請專利範圍第1項所述之行動通訊裝置，其中，當來自一基地台的訊號強度小於一臨界值時，該控制器根據該頻率範圍、該入射功率和該反射功率設定該可調匹配電路，以使該輸出阻抗趨近該負載拉移阻抗。
4. 如申請專利範圍第1項所述之行動通訊裝置，其中，當來自一基地台的訊號強度小於一臨界值，而且該入 射功率且/或該反射功率變動時，該控制器根據該頻率範圍、該入射功率和該反射功率設定該可調匹配電路，以使該輸出阻抗趨近該負載拉移阻抗。
5. 如申請專利範圍第1項所述之行動通訊裝置，其中該控制器根據該頻率範圍、該入射功率和該反射功率，自一查找表取得一組設定值，並使用該組設定值設定該可調匹配電路，以使該輸出阻抗趨近該負載拉移阻抗。
6. 如申請專利範圍第5項所述之行動通訊裝置，其中該行動通訊裝置使用多個頻率範圍，每一上述頻率範圍是該行動通訊裝置支援的一通訊協定所使用的一頻段或一頻道，而且每一上述頻率範圍在該查找表中對應至少一組設定值。
7. 如申請專利範圍第5項所述之行動通訊裝置，其中該可調匹配電路包括至少一可調元件，每一上述可調元件為可調電感或可調電容，該組設定值包括每一上述可調元件的一設定值，每一上述可調元件的該設定值決定該可調元件的阻抗，上述至少一可調元件的阻抗決定該輸出阻抗。
8. 如申請專利範圍第1項所述之行動通訊裝置，其中該控制器在設定該可調匹配電路之後對該可調匹配電路進行微調，以使該輸出阻抗更趨近該負載拉移阻抗。
9. 一種阻抗匹配方法，適用於一行動通訊裝置，該行動通訊裝置包括一天線、一可調匹配電路、以及一功率放大器，該可調匹配電路耦接於該天線和該功率放大器之間並決定該功率放大器發送至該天線的射頻訊號在進入該可 調匹配電路時所遭遇的輸出阻抗，該阻抗匹配方法包括：偵測該射頻訊號進入該天線的入射功率和該天線的反射功率；以及根據該行動通訊裝置目前使用的頻率範圍、該入射功率和該反射功率設定該可調匹配電路，以使該輸出阻抗趨近該功率放大器在該頻率範圍所對應的負載拉移阻抗。
10. 如申請專利範圍第9項所述之阻抗匹配方法，更包括：當該入射功率且/或該反射功率變動時，根據該頻率範圍、該入射功率和該反射功率設定該可調匹配電路，以使該輸出阻抗趨近該負載拉移阻抗。
11. 如申請專利範圍第9項所述之阻抗匹配方法，更包括：當來自一基地台的訊號強度小於一臨界值時，根據該頻率範圍、該入射功率和該反射功率設定該可調匹配電路，以使該輸出阻抗趨近該負載拉移阻抗。
12. 如申請專利範圍第9項所述之阻抗匹配方法，更包括：當來自一基地台的訊號強度小於一臨界值，而且該入射功率且/或該反射功率變動時，根據該頻率範圍、該入射功率和該反射功率設定該可調匹配電路，以使該輸出阻抗趨近該負載拉移阻抗。
13. 如申請專利範圍第9項所述之阻抗匹配方法，其中設定該可調匹配電路的步驟包括： 根據該頻率範圍、該入射功率和該反射功率，自一查找表取得一組設定值；以及使用該組設定值設定該可調匹配電路，以使該輸出阻抗趨近該負載拉移阻抗。
14. 如申請專利範圍第13項所述之阻抗匹配方法，其中該行動通訊裝置使用多個頻率範圍，每一上述頻率範圍是該行動通訊裝置支援的一通訊協定所使用的一頻段或一頻道，而且每一上述頻率範圍在該查找表中對應至少一組設定值。
15. 如申請專利範圍第13項所述之阻抗匹配方法，其中該可調匹配電路包括至少一可調元件，每一上述可調元件為可調電感或可調電容，該組設定值包括每一上述可調元件的一設定值，每一上述可調元件的該設定值決定該可調元件的阻抗，上述至少一可調元件的阻抗決定該輸出阻抗。
16. 如申請專利範圍第9項所述之阻抗匹配方法，在設定該可調匹配電路的步驟之後更包括：對該可調匹配電路進行微調，以使該輸出阻抗更趨近該負載拉移阻抗。