TWI629875B - Wireless transmitter with dynamically adjusted impedance matching - Google Patents

Abstract

一種無線發射器包含：一發射一無線信號的發射模組；一信號產生模組，接收一指示一頻率設定值的控制信號，並據以產生一頻率等於該頻率設定值的放大信號；一阻抗匹配模組，用以使該信號產生模組的一輸出阻抗匹配於該發射模組的一輸入阻抗，且將該放大信號傳送到該發射模組並發射出作為該無線信號，該阻抗匹配模組還以一耦合方式輸出該放大信號及一反射信號；及一處理單元，調整該阻抗匹配模組中的一電容的一電容值，並接收該放大信號及該反射信號，且據以判斷該無線信號的一有效傳輸功率，以調整該頻率設定值並產生該控制信號。

Description

具有動態調整阻抗匹配功能的無線發射器

本發明是有關於一種無線發射器，特別是指一種具有動態調整阻抗匹配功能的無線發射器。

現有無線發射器的阻抗匹配都是固定的，無法動態調整，因此，依各種狀況適應性作阻抗匹配以動態調整發射功率，將是未來研究的方向。

因此，本發明之目的，即在提供一種具有動態調整阻抗匹配功能的無線發射器。

於是，本發明無線發射器包含一發射模組、一信號產生模組、一阻抗匹配模組，及一處理單元。

該發射模組用以發射出一無線信號。

該信號產生模組接收一指示一頻率設定值的控制信號，且根據該控制信號產生一放大信號，該放大信號的頻率等於該頻率設定值。

該阻抗匹配模組電連接在該發射模組與該信號產生模組間，用以使該信號產生模組的一輸出阻抗匹配於該發射模組的一輸入阻抗，且將來自該信號產生模組的該放大信號傳送到該發射模組，並由該發射模組發射出作為該無線信號，該阻抗匹配模組還以一耦合方式輸出該放大信號及一相關於該放大信號的反射信號。

該處理單元電連接該信號產生模組及該阻抗匹配模組，該處理單元調整該阻抗匹配模組中的一電容的一電容值，並接收來自該阻抗匹配模組所耦合輸出的該放大信號及該反射信號，且根據該放大信號及該反射信號來判斷該無線信號的一有效傳輸功率，以調整該頻率設定值並產生該控制信號。

本發明之功效在於：該無線信號的發射功率提升。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

＜第一實施例＞

參閱圖1及圖2，本發明具有動態調整阻抗匹配功能的無線發射器之一第一實施例，包含一發射模組1、一信號產生模組2、一阻抗匹配模組3及一處理單元4。

該發射模組1用以發射出一無線信號。進一步而言，該發射模組1包括一電磁場發射單元11，用以將一放大信號As以電磁波的形式發射出並作為該無線信號。

該信號產生模組2接收一指示一頻率設定值的控制信號，且根據該控制信號產生該放大信號As，該放大信號As的頻率等於該頻率設定值。該信號產生模組2包括一調頻振盪單元21及一放大單元22。

該調頻振盪單元21接收該控制信號，且根據該控制信號產生一弦波振盪信號Os。

該放大單元22電連接該調頻振盪單元21以接收該弦波振盪信號Os，並將該弦波振盪信號Os進行放大以產生該放大信號As。

該阻抗匹配模組3電連接在該發射模組1的該電磁場發射單元11與該信號產生模組2的該放大單元22間，用以使該信號產生模組2的一輸出阻抗Ro匹配於該發射模組1的一輸入阻抗Ri。該阻抗匹配模組3將來自該放大單元22的該放大信號As傳送到該發射模組1，並由該發射模組1發射出作為該無線信號。該阻抗匹配模組3還以一耦合方式輸出該放大信號As及一相關於該放大信號As的反射信號Rs。該阻抗匹配模組3包括一耦合單元31及一調諧單元32。

該耦合單元31電連接該處理單元4及該信號產生模組2的該放大單元22，接收並輸出來自該信號產生模組2之該放大單元22的該放大信號As，且還以該耦合方式將該放大信號As及該反射信號Rs輸出至該處理單元4。

在本實施例中，該調諧單元32的實施如圖2所示。該調諧單元32包括一電容321，且該調諧單元32電連接該耦合單元31、該發射模組1的該電磁場發射單元11及該處理單元4，接收來自該耦合單元31的該放大信號As且將該放大信號As輸出至該電磁場發射單元11，並根據該放大信號As產生該反射信號Rs且將該反射信號Rs輸出至該耦合單元31。該電容321的一電容值受該處理單元4調整以進行阻抗匹配，以致該輸出阻抗Ro匹配於該輸入阻抗Ri。在本實施例中，該處理單元4每調整完一次該電容321的該電容值時，該調諧單元32就會根據該放大信號As對應產生該反射信號Rs，也就是說，若該處理單元4將該電容321的該電容值調整N次，則該調諧單元32就會根據該放大信號As對應產生N個該反射信號Rs，N為正整數。該調諧單元32進行阻抗匹配可使該電磁場發射單元11所發射出之該無線信號的功率最大化，且此時來自該耦合單元31之信號的功率近似零。

該處理單元4電連接該信號產生模組2的該調頻振盪單元21及該阻抗匹配模組3。該處理單元4調整該電容321的該電容值，並接收來自該阻抗匹配模組3的該耦合單元31所耦合輸出的該放大信號As及該反射信號Rs，且根據該放大信號As及該反射信號Rs來判斷該無線信號的一有效傳輸功率，以調整該頻率設定值並產生該控制信號給該調頻振盪單元21。

進一步而言，該處理單元4根據該放大信號As及該反射信號Rs來計算出，該控制信號的該頻率設定值所對應的一電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)以判斷該無線信號的該有效傳輸功率。舉例來說，當該電壓駐波比的比值越小，該無線信號的該有效傳輸功率越大。

以下說明該處理單元4如何調整該頻率設定值。操作時，該處理單元4根據一頻率調量將該頻率設定值由一預設初始頻率值增加至一目標頻率值，以致該頻率設定值為M個頻率設定值中的一者，並於第i個頻率設定值時，該處理單元4根據一電容值調量將該電容321的該電容值由一預設初始電容值減少至一目標電容值，並根據該放大信號As及各個不同電容值時該調諧單元32所對應產生的一反射信號，來分別計算出各個不同電容值所對應的一電壓駐波比，且從多個電壓駐波比中找出最小值的電壓駐波比來作為該第i個頻率設定值所對應的一目標電壓駐波比，M、i為正整數，1≦i≦M。接著，該處理單元4從M個目標電壓駐波比中找出最小值的目標電壓駐波比所對應的該頻率設定值來作為一選擇頻率。最後，該處理單元4將該控制信號的該頻率設定值設定為該選擇頻率。如此一來，在該預設初始頻率值至該目標頻率值間，將該選擇頻率作為該頻率設定值時，該處理單元4會得到最小的目標電壓駐波比，進而該無線信號的該有效傳輸功率最大。

在本實施例中，舉例來說，該頻率調量為每次增加1MHz。當該預設初始頻率值為902MHz時，該目標頻率值為928MHz，且M=27。當該預設初始頻率值為2.4GHz時，該目標頻率值為2.5GHz，且M=101。該電容值調量為每次減少 1pF，該預設初始電容值為18pF，該目標電容值為2pF。

詳細來說，當該頻率調量為每次增加1MHz，該預設初始頻率值為902MHz，該目標頻率值為928MHz時(即，該頻率設定值為二十七個頻率設定值(902MHz、903MHz、904MHz…、926MHz、927MHz、928MHz)中的一者)。該處理單元4先將該控制信號的該頻率設定值調整為該預設初始頻率值(即，第一個頻率設定值)，接著，該處理單元4根據該電容值調量將該電容321的該電容值由該預設初始電容值減少至該目標電容值，並根據該放大信號As及各個不同電容值時該調諧單元32所對應產生的該反射信號，來分別計算出各個不同電容值所對應的該電壓駐波比(若有十個不同的電容值，則該處理單元4會獲得十個不同的反射信號，進而計算出十個不同的電壓駐波比)。然後，該處理單元4從多個電壓駐波比中找出最小值的電壓駐波比來作為該第一個頻率設定值所對應的該目標電壓駐波比。之後，該處理單元4將該頻率設定值調整為第二個頻率設定值(即，903MHz)，接著重複將該電容321的該電容值由該預設初始電容值減少至該目標電容值，並計算出各個不同電容值所對應的該電壓駐波比，且從多個電壓駐波比中找出最小值的電壓駐波比來作為該第二個頻率設定值所對應的該目標電壓駐波比。該處理單元4重複執行上述相關步驟，將該頻率設定值增加1MHz，將該電容值由該預設初始電容值減少至該目標電容值，找出最小值的電壓駐波比來作為該第i個頻率設定值所對應的該目標電壓駐波比，直到該頻率設定值增加至該目標頻率值，並獲得該二十七個頻率設定值各自所對應的該二十七(即，M=27)個該目標電壓駐波比。該處理單元4從該二十七個目標電壓駐波比中找出最小值的目標電壓駐波比所對應的該頻率設定值來作為該選擇頻率。

需說明的是，該處理單元4包括一暫存器(圖未示)，該暫存器用以儲存該M個頻率設定值中的每一者所對應的該多個電壓駐波比及該目標電壓駐波比。

＜第二實施例＞

參閱圖3，本發明無線發射器之一第二實施例與該第一實施例相似，該第二實施例與該第一實施例的差異在於：該無線信號包括一第一無線信號輸出，及一第二無線信號輸出，且該發射模組1包括一信號分配單元12、一磁場發射單元13、一差動轉單端單元14及一電場發射單元15。

該信號分配單元12電連接該阻抗匹配模組3的該調諧單元32以接收該放大信號As，並根據該放大信號As產生一第一輸出信號S1及一差動輸出信號S2。該第一輸出信號S1的功率與該差動輸出信號S2的功率相同。

該磁場發射單元13電連接該信號分配單元12以接收該第一輸出信號S1，並將該第一輸出信號S1以磁波的形式發射出並作為該第一無線信號輸出。

該差動轉單端單元14電連接該信號分配單元12以接收該差動輸出信號S2，並根據該差動輸出信號S2，產生一第二輸出信號S3。

該電場發射單元15電連接該差動轉單端單元14以接收該第二輸出信號S3，並將該第二輸出信號S3以電波的形式發射出並作為該第二無線信號輸出。

綜上所述，本發明無線發射器在不同幅射環境下，可動態調整該無線信號的發射頻率(即，對應該頻率設定值)，並以動態調整阻抗匹配的技術來提升該無線信號的發射功率，進而能找出符合當時環境的最佳發射頻率。因此，當將本發明無線發射器應用於一冰箱時，因本發明無線發射器可動態調整該無線信號的發射頻率並提升其所發射出的該無線信號的發射功率，使得冰箱中的食材可達到較佳的保鮮效果，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧發射模組

11‧‧‧電磁場發射單元

12‧‧‧信號分配單元

13‧‧‧磁場發射單元

14‧‧‧差動轉單端單元

15‧‧‧電場發射單元

2‧‧‧信號產生模組

21‧‧‧調頻振盪單元

22‧‧‧放大單元

3‧‧‧阻抗匹配模組

31‧‧‧耦合單元

32‧‧‧調諧單元

321‧‧‧電容

4‧‧‧處理單元

As‧‧‧放大信號

Os‧‧‧弦波振盪信號

Ri‧‧‧輸入阻抗

Ro‧‧‧輸出阻抗

Rs‧‧‧反射信號

S1‧‧‧第一輸出信號

S2‧‧‧差動輸出信號

S3‧‧‧第二輸出信號

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一方塊圖，說明本發明具有動態調整阻抗匹配功能的無線發射器之一第一實施例； 圖2是一電路圖，說明該第一實施例之一調諧單元；及 圖3是一方塊圖，說明本發明具有動態調整阻抗匹配功能的無線發射器之一第二實施例。

Claims (7)

1. 一種具有動態調整阻抗匹配功能的無線發射器，包含：一發射模組，用以發射出一無線信號；一信號產生模組，接收一指示一頻率設定值的控制信號，且根據該控制信號產生一放大信號，該放大信號的頻率等於該頻率設定值；一阻抗匹配模組，電連接在該發射模組與該信號產生模組間，用以使該信號產生模組的一輸出阻抗匹配於該發射模組的一輸入阻抗，且將來自該信號產生模組的該放大信號傳送到該發射模組，並由該發射模組發射出作為該無線信號，該阻抗匹配模組還以一耦合方式輸出該放大信號及一相關於該放大信號的反射信號；及一處理單元，電連接該信號產生模組及該阻抗匹配模組，該處理單元調整該阻抗匹配模組中的一電容的一電容值，並接收來自該阻抗匹配模組所耦合輸出的該放大信號及該反射信號，且根據該放大信號及該反射信號來判斷該無線信號的一有效傳輸功率，以調整該頻率設定值並產生該控制信號；該處理單元根據一頻率調量將該頻率設定值由一預設初始頻率值增加至一目標頻率值，以致該頻率設定值為M個頻率設定值中的一者，並於第i個頻率設定值時，該處理單元根據一電容值調量將該電容值由一預設初始電容值減少至一目標電容值，並根據該放大信號及各個不同電容值所對應的一反射信號，來分別計算出各個不同電容值 所對應的一電壓駐波比，且從多個電壓駐波比中找出最小值的電壓駐波比來作為該第i個頻率設定值所對應的一目標電壓駐波比，M、i為正整數，1≦i≦M；該處理單元從M個目標電壓駐波比中找出最小值的目標電壓駐波比所對應的該頻率設定值來作為一選擇頻率；該處理單元將該控制信號的該頻率設定值設定為該選擇頻率。
2. 如請求項1所述的無線發射器，其中，該信號產生模組包括：一調頻振盪單元，電連接該處理單元以接收該控制信號，且根據該控制信號產生一弦波振盪信號；及一放大單元，電連接該調頻振盪單元以接收該弦波振盪信號，並將該弦波振盪信號進行放大以產生該放大信號。
3. 如請求項1所述的無線發射器，其中，該阻抗匹配模組包括：一耦合單元，電連接該處理單元及該信號產生模組，接收並輸出來自該信號產生模組的該放大信號，且還以該耦合方式將該放大信號及該反射信號輸出至該處理單元；及一調諧單元，包括該電容，且電連接該耦合單元、該發射模組及該處理單元，接收來自該耦合單元的該放大信號且將該放大信號輸出至該發射模組，並根據該放大信號 產生該反射信號且將該反射信號輸出至該耦合單元，該電容的該電容值受該處理單元調整以進行阻抗匹配，以致該輸出阻抗匹配於該輸入阻抗。
4. 如請求項1所述的無線發射器，其中，該發射模組包括：一電磁場發射單元，用以將該放大信號以電磁波的形式發射出並作為該無線信號。
5. 如請求項1所述的無線發射器，其中，該處理單元根據該放大信號及該反射信號來計算出，該控制信號的該頻率設定值所對應的一電壓駐波比，並根據該電壓駐波比來判斷該無線信號的該有效傳輸功率。
6. 如請求項1所述的無線發射器，其中，該處理單元包括一暫存器，該暫存器用以儲存該M個頻率設定值中的每一者所對應的該多個電壓駐波比及該目標電壓駐波比。
7. 如請求項1所述的無線發射器，其中，該無線信號包括一第一無線信號輸出，及一第二無線信號輸出，且該發射模組包括：一信號分配單元，電連接該阻抗匹配模組以接收該放大信號，並根據該放大信號產生一第一輸出信號及一差動輸出信號，該第一輸出信號的功率與該差動輸出信號的功率相同；一磁場發射單元，電連接該信號分配單元以接收該第一輸出信號，並將該第一輸出信號以磁波的形式發射出並作為該第一無線信號輸出； 一差動轉單端單元，電連接該信號分配單元以接收該差動輸出信號，並根據該差動輸出信號，產生一第二輸出信號；及一電場發射單元，電連接該差動轉單端單元以接收該第二輸出信號，並將該第二輸出信號以電波的形式發射出並作為該第二無線信號輸出。