TWI540831B - 可調式阻抗匹配電路 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種可調式阻抗匹配電路，且特別是有關於一種包括可調電感的可調式阻抗匹配電路。
像手機這一類能發射無線訊號的電子裝置必須注意阻抗匹配，在射頻(RF：radio frequency)訊號自功率放大器(power amplifier)傳送到天線途中，如果射頻訊號遭遇不匹配的阻抗，就會有部分的訊號能量被天線反射，使功率放大器輸出的訊號能量不能完全由天線發射。因此，阻抗匹配在無線通訊領域是很重要的問題。
手機之中通常有一個阻抗匹配電路負責匹配天線的阻抗，使功率放大器發射的能量能完全傳達到天線，達到最佳傳輸效能。天線的阻抗可能受附近的物體影響而改變，此外，現在的手機大多支援多頻段通訊。以全球行動通訊系統(GSM：Global System for Mobile Communications)為例，GSM 900、GSM 1800、以及GSM 1900各使用不同頻段，支援這三者的手機必須在多個不同頻段進行阻抗匹配。這些因素提高了阻抗匹配的複雜度，固定式的阻抗匹配電路已經不敷使用，可調式的阻抗匹配電路才有較廣的匹配範圍，才能適用於多頻段的複雜應用環境。
圖1是習知的一種可調式阻抗匹配電路100的示意圖，其中電壓源102提供直流偏壓(DC bias voltage)，訊號
源101提供射頻(RF：radio frequency)訊號至天線103，天線103發射此射頻訊號。可調電容104可依據控制信號改變其電容值，藉此改變射頻訊號所遭遇的阻抗，以匹配天線103的阻抗。可調式阻抗匹配電路100只有串聯路徑(series path)的阻抗可調整，並聯路徑(shunt path)的阻抗則無法調整，因此可調式阻抗匹配電路100的匹配範圍較小，可能不敷應用。
圖2是習知的另一種可調式阻抗匹配電路200的示意圖。可調式阻抗匹配電路200的串聯路徑包括可調電容202，並聯路徑包括可調電容201和203。可調式阻抗匹配電路200的串聯路徑和並聯路徑的阻抗都可以調整，所以有較佳的匹配範圍。不過這種阻抗匹配電路為了擴大匹配範圍，在設計時通常會給可調電容202比較大的可調阻抗範圍，例如從0.7pF到7pF，也就是1：10的可調阻抗範圍。這種可調範圍較大的電容會增加射頻訊號的損耗，降低天線的發射效能(over-the-air performance)。
本發明提供一種可調式阻抗匹配電路，不僅有寬廣的匹配範圍，而且不影響天線的發射效能。
本發明提出一種可調式阻抗匹配電路，用以為訊號源匹配天線的阻抗。上述可調式阻抗匹配電路包括兩個端點、一串聯路徑、以及兩個並聯路徑。其中第一端點用以耦接訊號源，第二端點用以耦接天線。串聯路徑耦接於第
一端點和第二端點之間，包括第一可調電容和至少一個可調電感。兩個並聯路徑其中之一耦接於第一端點和接地端之間，另一並聯路徑耦接於第二端點和接地端之間。每一上述並聯路徑包括第二可調電容。
在本發明之一實施例中，第一可調電容和上述可調電感串聯於第一端點和第二端點之間。
在本發明之一實施例中，上述之第二可調電容耦接第一端點或第二端點，而且每一上述並聯路徑更包括一電容和一二極體。上述電容耦接於第二可調電容和接地端之間。上述二極體的陽極耦接第二可調電容和上述電容，並接收一控制訊號。上述二極體的陰極接地。
在本發明之一實施例中，當訊號源發送第一射頻訊號至天線時，上述控制訊號使上述二極體導通；當訊號源發送第二射頻訊號至天線時，上述控制訊號使上述二極體截止。第一射頻訊號的頻率低於第二射頻訊號。
基於上述，本發明使用阻抗可調範圍較小的可調電容，並採用獨特的電路設計彌補可調電容較小的範圍，所以能兼顧阻抗匹配範圍和天線的發射效能。
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3是依照本發明一實施例的一種可調式阻抗匹配電路320的示意圖。圖3的電路可以是手機或其他可發射無
線訊號的電子裝置，訊號源310可以是功率放大器或其他可提供射頻訊號的電路。訊號源310輸出射頻訊號以供天線330發射，可調式阻抗匹配電路320耦接於訊號源310和天線320之間，為訊號源310匹配天線330的阻抗。
圖4是依照本發明一實施例的可調式阻抗匹配電路320的示意圖。可調式阻抗匹配電路320包括端點411和412、串聯路徑420、以及並聯路徑430和440。端點411用以耦接訊號源310，端點412用以耦接天線330。串聯路徑420耦接於端點411和端點412之間，串聯路徑420包括一個可調電容和至少一個可調電感。並聯路徑430耦接於端點411和接地端GND之間，並聯路徑440則耦接於端點412和接地端GND之間，每一個並聯路徑包括一個可調電容。可調式阻抗匹配電路320藉由上述的可調電感和可調電容匹配天線330的阻抗。
圖5是依照本發明一實施例的串聯路徑420的示意圖。如圖5所示，串聯路徑420包括串聯於端點411和412之間的可調電感421和可調電容422。可調電容422的可調阻抗範圍可以小於傳統的可調式阻抗匹配電路，例如圖2的可調電容202的可調阻抗範圍是1：10，而可調電容422的可調阻抗範圍可以是1：3。雖然可調電容422的可調阻抗範圍比較小，但是有可調電感421彌補，可調式阻抗匹配電路320的整體匹配範圍並不遜於圖2的可調式阻抗匹配電路200。因此本實施例的串聯路徑中的可調電容不需要太大的可調範圍，可改善天線的發射效能，而且能兼顧
可調式阻抗匹配電路的整體匹配範圍。
本發明的串聯路徑420並不限定只能包括一個可調電感，在其他實施例中，串聯路徑420可以包括兩個或更多可調電感。例如圖6所示的串聯路徑420，依照本發明另一實施例，串聯路徑420包括串聯於端點411和412之間的可調電感426、427、以及可調電容428。藉由更多可調電感，可調式阻抗匹配電路320可提供更廣泛的匹配範圍。
圖7是依照本發明一實施例的可調電感421的示意圖，其他的可調電感例如426和427也可以採用同樣的設計，以下說明以可調電感421為例。圖7並非真實電路圖，而是繪示可調電感421的設計原理。可調電感421可包括端點711和712、電感721、722、以及二極體731和732。端點711和712用以串聯端點411、端點412、或串聯路徑420其中的可調電容或其餘的可調電感。電感721耦接於端點711和712之間。二極體731耦接於端點711和電感722之間。二極體732耦接於端點712和電感722之間。二極體731和732根據控制訊號740而導通或截止。當二極體731和732截止時，只有電感721發揮作用；當二極體731和732導通時，電感721和722並聯，因此可減少可調電感421的等效阻抗。
圖8是依照本發明一實施例的可調電感421的示意圖，此實施例的可調電感421更包括電容821和822、電感823和824、以及電阻825。二極體731的陰極耦接電感722，電容821耦接於端點711和二極體731的陽極之間，
二極體732的陽極耦接電感722，電容822耦接於二極體732的陰極和端點712之間。電感823耦接電容821和二極體731，電阻耦接於電感823和控制訊號740之間。電感824的一端耦接二極體732的陰極和電容822，另一端則耦接接地端GND。
二極體731的陽極經由電感823和電阻825接收控制訊號740。當控制訊號740處於預設的低電位，二極體731和732截止，此時電感721的阻抗就是可調電感421的等效阻抗。當控制訊號740上升到預設的高電位，可使二極體731和732導通，使電感721和722並聯，減少可調電感421的等效阻抗。
圖9是依照本發明另一實施例的可調電感421的示意圖，此實施例的可調電感421更包括電感925和926。二極體731的陰極耦接端點711，二極體731的陽極耦接電感722。電感925的一端耦接電感722和二極體732的陽極，另一端接收控制訊號740。電感926的一端耦接電感721、二極體732的陰極、以及端點712，另一端則耦接接地端GND。
當控制訊號740處於預設的低電位，二極體731和732截止，此時電感721的阻抗就是可調電感421的等效阻抗。當控制訊號740上升到預設的高電位，可使二極體731和732導通，使電感721和722並聯，減少可調電感421的等效阻抗。
圖10是依照本發明一實施例的可調式阻抗匹配電路
320的並聯路徑的示意圖。本實施例的並聯路徑430和440使用相同電路，以下說明僅以並聯路徑430為例，並聯路徑440就不予贅述。
並聯路徑430包括可調電容1010、電容1030、以及二極體1040。可調電容1010耦接端點411，若是並聯路徑440的可調電容1010，則耦接端點412。電容1030耦接於可調電容1010和接地端GND之間。二極體1040的陽極耦接可調電容1010和電容1030，並接收控制訊號1020，二極體1040的陰極耦接接地端GND。
一般而言，較低頻的訊號需要較大的電容，而較高頻的訊號則需要較小的電容。所以當訊號源310發送較低頻的射頻訊號至天線330時，控制訊號1020可升上預設的高電位，使二極體1040導通，進而使電容1030失去作用。當訊號源310發送較高頻的射頻訊號至天線330時，控制訊號1020可降至預設的低電位，使二極體1040截止，進而使電容1030和可調電容1010串聯，相當於降低可調電容1010的電容值。因為電容1030的存在，可調電容1010只需要較小的可調阻抗範圍，不致於妨礙天線330的發射效能。
綜上所述，本發明的可調式阻抗匹配電路的串聯路徑和並聯路徑都有較廣的可調範圍，因此能提供寬廣的匹配範圍。本發明的可調式阻抗匹配電路可在多種不同頻段匹配多種不同的天線，使手機之類的行動電子裝置達到最佳輸出功率，以達到最佳發射效能。
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、200、320‧‧‧可調式阻抗匹配電路
101、310‧‧‧訊號源
102‧‧‧電壓源
103、330‧‧‧天線
104、201~203、422、428、1010‧‧‧可調電容
411、412、711、712‧‧‧電路端點
420‧‧‧串聯路徑
421、426、427‧‧‧可調電感
430、440‧‧‧並聯路徑
721、722、823、824、925、926‧‧‧電感
731、732、1040‧‧‧二極體
740、1020‧‧‧控制訊號
821、822、1030‧‧‧電容
825‧‧‧電阻
GND‧‧‧接地端
圖1和圖2是習知的可調式阻抗匹配電路的示意圖。
圖3和圖4是依照本發明一實施例的一種可調式阻抗匹配電路的示意圖。
圖5和圖6是依照本發明不同實施例的一種可調式阻抗匹配電路的串聯路徑的示意圖。
圖7、圖8和圖9是依照本發明某些實施例的一種可調電感的示意圖。
圖10是依照本發明一實施例的一種可調式阻抗匹配電路的並聯路徑的示意圖。
320‧‧‧可調式阻抗匹配電路
411、412‧‧‧電路端點
420‧‧‧串聯路徑
430、440‧‧‧並聯路徑
GND‧‧‧接地端
Claims (8)
- 一種可調式阻抗匹配電路，包括：一第一端點，用以耦接一訊號源；一第二端點，用以耦接一天線，其中該可調式阻抗匹配電路用以為該訊號源匹配該天線的阻抗；一串聯路徑，耦接於該第一端點和該第二端點之間，包括一第一可調電容和至少一可調電感；以及兩個並聯路徑，其中一並聯路徑耦接於該第一端點和一接地端之間，另一並聯路徑耦接於該第二端點和該接地端之間，每一上述並聯路徑包括一第二可調電容，其中上述可調電感其中之一包括：一第三端點，用以串聯該第一端點、該第二端點、該第一可調電容、或其餘的上述可調電感；一第四端點，用以串聯該第一端點、該第二端點、該第一可調電容、或其餘的上述可調電感；一第一電感，耦接於該第三端點和該第四端點之間；一第二電感；一第一二極體，耦接於該第三端點和該第二電感之間；以及一第二二極體，耦接於該第四端點和該第二電感之間，其中該第一二極體和該第二二極體根據一第一控制訊號而導通或截止，其中該第一二極體的陽極耦接該第三端點並接收該第一控制訊號，該第一二極體的陰極耦接該第二電感，該 第二二極體的陽極耦接該第二電感，該第二二極體的陰極耦接該第四端點和該接地端。
- 如申請專利範圍第1項所述之可調式阻抗匹配電路，其中該第一可調電容和上述至少一可調電感串聯於該第一端點和該第二端點之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之可調式阻抗匹配電路，其中該可調電感更包括：一第一電容，耦接於該第三端點和該第一二極體的陽極之間；以及一第二電容，耦接於該第二二極體的陰極和該第四端點之間。
- 如申請專利範圍第3項所述之可調式阻抗匹配電路，其中該可調電感更包括：一第三電感，耦接該第一電容和該第一二極體；一電阻，耦接於該第三電感和該第一控制訊號之間；以及一第四電感，耦接於該第二二極體、該第二電容、以及該接地端之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之可調式阻抗匹配電路，其中該第一二極體的陰極耦接該第三端點，該第一二極體的陽極耦接該第二電感，該第二二極體的陽極耦接該第二電感並接收該第一控制訊號，第二二極體的陰極耦接該第四端點。
- 如申請專利範圍第5項所述之可調式阻抗匹配電 路，其中該可調電感更包括：一第五電感，耦接於該第二電感、該第二二極體和該第一控制訊號之間；以及一第六電感，耦接於該第一電感、該第二二極體，該第四端點和該接地端之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之可調式阻抗匹配電路，其中該第二可調電容耦接該第一端點或該第二端點，而且每一上述並聯路徑更包括：一第三電容，耦接於該第二可調電容和該接地端之間；以及一第三二極體，該第三二極體的陽極耦接該第二可調電容和該第三電容並接收一第二控制訊號，該第三二極體的陰極耦接該接地端。
- 如申請專利範圍第7項所述之可調式阻抗匹配電路，其中當該訊號源發送一第一射頻訊號至該天線時，該第二控制訊號使該第三二極體導通，當該訊號源發送一第二射頻訊號至該天線時，該第二控制訊號使該第三二極體截止，該第一射頻訊號的頻率低於該第二射頻訊號。
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