專利名稱：發(fā)射裝置和用于阻抗匹配的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)射裝置、發(fā)射裝置的應用和一種用于阻抗匹配的方法。
背景技術(shù)：
特別是移動無線通信裝置上的發(fā)射裝置通常具有后置于天線的功率晶體管。工作時實際天線的變化特性會使功率晶體管與天線的阻抗值失配。這些變化首先是由移動無線通信設(shè)備的用戶所引起的天線環(huán)境條件變化造成的。該設(shè)備例如可以處于手中、金屬底座上或者汽車中。
文獻US 2005/0020218 A1介紹了一種用于無線系統(tǒng)功率傳輸測量的電路。在功率放大器與天線之間連接四分之一波長耦合器(英語為Qurater-Wave-Coupler)，用于探測縮寫為VSWR的電壓駐波比。
文獻US 6,868,260 B2研究具有優(yōu)化阻抗的發(fā)射站。功率放大器在輸出側(cè)與可調(diào)阻抗和天線連接。所述阻抗由處理器調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，說明一種發(fā)射裝置以及一種用于阻抗匹配的方法，其中，對變化條件的阻抗匹配得到改善。
該目的利用獨立權(quán)利要求1和24的主題和依據(jù)獨立權(quán)利要求26的方法得以實現(xiàn)。改進方案和擴展方案為從屬權(quán)利要求的主題。
依據(jù)本發(fā)明，發(fā)射裝置設(shè)置有匹配電路、基準電路和比較器。匹配電路包括可調(diào)阻抗并可在輸出端上與天線連接。基準電路在輸入端上與匹配電路的輸入端連接?；鶞孰娐肪哂谢鶞首杩?。比較器在第一輸入端上與匹配電路相連接并在第二輸入端上與基準電路相連接。比較器在輸出端上通過匹配電路的控制輸入端與可調(diào)阻抗連接。
可以對匹配電路和基準電路輸入端施加發(fā)射信號。在基準電路上可分接額定信號，并在匹配電路上可分接實際信號。比較器用于額定信號與實際信號的比較。比較的結(jié)果以控制信號的方式被輸送給匹配電路的可調(diào)阻抗。在匹配電路的輸出端上可量取發(fā)射信號。
具有優(yōu)點的是可調(diào)阻抗可以被這樣調(diào)節(jié)，使得發(fā)射裝置可與變化的實際天線阻抗相匹配。這種發(fā)射裝置的優(yōu)點是，天線的失配即使在天線環(huán)境條件變化的情況下也得到避免。具有優(yōu)點的是，利用這種發(fā)射裝置可以降低電壓駐波比。
在一個改進方案中，比較器具有差動放大器。差動放大器在一個輸入端上與比較器的第一輸入端相連接，并在另一個輸入端上與比較器的第二輸入端相連接。差動放大器在輸出端上與比較器的輸出端連接。
在一種實施方式中，比較器被構(gòu)造為比較電路(Komparator)。
在一種改進方案中，發(fā)射裝置包括第一和第二幅度探測器。第一幅度探測器連接在匹配電路與比較器之間。它被設(shè)計用于確定匹配電路實際信號的幅度。第二幅度探測器連接在基準電路與比較器的第二輸入端之間，并用于確定額定信號的幅度。
在一種實施方式中，第一和第二幅度探測器分別具有二極管。第一和第二幅度探測器可以被構(gòu)造為可復位的峰值整流器。
在發(fā)射裝置的一個改進方案中，在比較器的輸出端與匹配電路的控制輸入端之間連接放大器。在該改進方案的第一實施方式中，放大器被實現(xiàn)為線性放大器，也稱為比例放大器、縮寫P放大器。在第二實施方式中，放大器被構(gòu)造為比例積分放大器、縮寫PI放大器。在第三實施方式中，放大器被構(gòu)造為比例積分差動放大器、縮寫PID放大器。
在一種實施方式中，發(fā)射裝置包括調(diào)節(jié)電路。調(diào)節(jié)電路的實際信號可在匹配電路上被分接并被輸送給比較器的第一輸入端。調(diào)節(jié)電路的額定信號可在基準電路上被分接并被輸送給比較器的第二輸入端。比較器被設(shè)計用于通過實際與額定信號的比較來確定調(diào)節(jié)偏差。調(diào)節(jié)偏差借助于放大器被放大并使匹配電路可調(diào)阻抗的調(diào)整產(chǎn)生變化，從而調(diào)節(jié)電路閉合。調(diào)節(jié)電路的優(yōu)點是它可在連續(xù)的發(fā)射運行中工作，以及可以根據(jù)匹配電路與基準電路在輸入側(cè)的連接從兩處施加發(fā)射信號。
可調(diào)阻抗被設(shè)計用于使阻抗與可連接在發(fā)射裝置上的天線的阻抗值匹配。
具有優(yōu)點的是，基準電路和可調(diào)阻抗具有相同的電路技術(shù)上的結(jié)構(gòu)。具有優(yōu)點的是，基準電路的阻抗頻譜和可調(diào)阻抗的阻抗頻譜直至恒定的乘數(shù)因子近似相同。優(yōu)選地，這一點是在為發(fā)射裝置所設(shè)置的那個頻率范圍內(nèi)的情況下。優(yōu)選地，乘數(shù)因子為實數(shù)。
在一種實施方式中，可調(diào)阻抗具有至少一個可調(diào)電容。
在一種改進方案中，可調(diào)電容包括由第一電容器與串聯(lián)電路組成的并聯(lián)電路，所述串聯(lián)電路由第二電容器和開關(guān)組成。如果開關(guān)處于接通工作狀態(tài)，那么可調(diào)電容具有高電容值。如果開關(guān)處于斷開工作狀態(tài)，那么可調(diào)電容具有低電容值，即第一電容器的電容值。
在一種替代的實施方式中，可調(diào)電容具有串聯(lián)電路，它包括第三電容器和具有第四電容器和開關(guān)的并聯(lián)電路。如果開關(guān)處于接通工作狀態(tài)，那么第四電容器短接并因此可調(diào)電容具有高電容值，即第三電容器的電容值。如果開關(guān)處于斷開工作狀態(tài)，那么可調(diào)電容的電容值通過第三電容器和第四電容器的電容值確定并小于第三電容器的電容值。
在一種實施方式中，可調(diào)電容被構(gòu)造為微型機械元件形式的電可調(diào)電容。在一種替代的實施方式中，可調(diào)電容包括變?nèi)荻O管。
在一種改進方案中，可調(diào)阻抗包括電感。電感可以被構(gòu)造為薄膜電感或者借助于微型系統(tǒng)技術(shù)實現(xiàn)的電感。
在一種替代的實施方式中電感被構(gòu)造為可調(diào)的。電感值的調(diào)節(jié)可以借助于接通或者斷開薄膜電感線圈的線圈線匝或者借助于微型系統(tǒng)技術(shù)實現(xiàn)的電感來實現(xiàn)。
在一種改進方案中，基準電路包括至少一個基準電容器。在一種實施方式中，基準阻抗包括至少一個電感。
在一種實施方式中，可調(diào)阻抗包括連接在可調(diào)阻抗的輸入端與輸出端之間的電感和連接在可調(diào)阻抗的輸出端與基準電位端子之間的電容。相應地基準電感包括連接在基準阻抗的輸入端與輸出端之間的電感和連接在基準阻抗的輸出端與基準電位端子之間的基準電容器。
在一種改進方案中，匹配電路包括至少一個晶體管并且基準電路包括至少一個基準晶體管。匹配電路的至少一個晶體管在控制輸入端上與匹配電路的輸入端相連接，在第一端子上通過可調(diào)阻抗與匹配電路的輸出端相連接，并與供電電壓端子相連接，以及在第二端子上與基準電位端子相連接。基準晶體管在控制輸入端上與基準電路的輸入端相連接，在第一端子上通過基準阻抗與終端阻抗相連接，以及與供電電壓端子相連接，并在第二端子上與基準電位端子相連接。具有優(yōu)點的是，關(guān)于晶體管在輸出側(cè)與可調(diào)阻抗相連接。具有優(yōu)點的是，借助于可調(diào)阻抗避免天線失配對晶體管的反作用。晶體管和晶體管的布線因此可以有利地為天線的理想相匹配情況而設(shè)計，因為根據(jù)中間連接的可調(diào)阻抗，天線特性中時間上的變化對晶體管僅產(chǎn)生微小的反作用。
在該改進方案的第一替代的實施方式中，可調(diào)阻抗連接在至少一個晶體管的第一端子與供電電壓端子之間，以及基準阻抗連接在基準晶體管的第一端子與供電電壓端子之間。
在第二替代的實施方式中，可調(diào)阻抗連接在至少一個晶體管的第二端子與基準電位端子之間，以及基準阻抗連接在基準晶體管的第二端子與基準電位端子之間。
在一種實施方式中，所述終端阻抗被構(gòu)造為特性阻抗。在一種有效的實施方式中，所述終端阻抗被構(gòu)造為實數(shù)的特性阻抗。
在一種改進方案中，匹配電路包括縮寫為MOSFET的金屬氧化物半導體場效應晶體管，并且基準電路包括縮寫為基準-MOSFET的基準金屬氧化物半導體場效應晶體管。匹配電路的MOSFET具有溝道寬度和溝道長度。同樣，基準-MOSFET具有溝道寬度和溝道長度。匹配電路的MOSFET可以具有與基準MOSFET相比更高的溝道寬度與溝道長度比，以便可以使匹配電路上的MOSFET具有與基準MOSFET相比更高的電流驅(qū)動能力。在一種優(yōu)選的實施方式中，匹配電路MOSFET的溝道寬度與溝道長度比除以基準MOSFET的溝道寬度與溝道長度比近似等于基準阻抗的阻抗值與可調(diào)阻抗的阻抗值之比。由此具有優(yōu)點的是，實際信號和額定信號處于近似相同的電壓水平上。
在一種替代的實施方式中，匹配電路包括晶體管和在輸入輸出側(cè)并聯(lián)的N-1個其他晶體管。因此第一數(shù)量N個晶體管在匹配電路上并聯(lián)?？烧{(diào)阻抗連接在第一數(shù)量N個晶體管的公共輸出端與匹配電路的輸出端之間?；鶞孰娐肪哂芯w管。具有優(yōu)點的是，基準阻抗的阻抗頻譜和可調(diào)阻抗的阻抗頻譜直至恒定的乘數(shù)因子、第一數(shù)量N近似相等，其中，基準阻抗的數(shù)值高于可調(diào)阻抗。
在一種實施方式中，匹配電路和基準電路包括pnp雙極性晶體管。優(yōu)選地，匹配電路和基準電路具有npn雙極性晶體管。
在所提出原理的一種替代的實施方式中設(shè)置一種發(fā)射裝置，其具有匹配電路、基準電路和比較器。匹配電路包括輸入端、在控制輸入端上與匹配電路的輸入端連接的晶體管、與晶體管連接的可調(diào)阻抗、和與晶體管的第一端子連接并可與天線連接的輸出端?；鶞孰娐钒ㄅc匹配電路的輸入端連接的輸入端、在控制輸入端上與基準電路的輸入端連接的基準晶體管、和與基準晶體管連接的基準阻抗。比較器在第一輸入端上與匹配電路的分接點通過匹配電路的輸出端連接，在第二輸入端上與基準電路的分接點通過基準電路的輸出端連接，并具有通過匹配電路的控制輸入端與可調(diào)阻抗的控制輸入端連接的輸出端。
在所提出原理的另一種替代的實施方式中設(shè)置一種發(fā)射裝置，其包括用于調(diào)節(jié)發(fā)射路徑上的發(fā)射信號的裝置和基準路徑上的基準裝置。用于調(diào)節(jié)發(fā)射信號的裝置在輸入端端與基準裝置并聯(lián)。發(fā)射裝置此外包括用于比較的裝置，其被設(shè)計用于比較可在發(fā)射路徑上分接的實際信號和可在基準路徑上分接的額定信號并將控制信號送到用于調(diào)節(jié)發(fā)射信號的裝置上。用于調(diào)節(jié)發(fā)射信號的裝置被構(gòu)造為可調(diào)的。由此具有優(yōu)點的是，該發(fā)射裝置能夠與可連接在發(fā)射路徑上的天線相匹配。
匹配電路、基準電路和比較器可以在半導體本體上作為集成電路加以制造。在一種改進方案中，半導體本體和集成電路還包括第一和第二幅度探測裝置和放大器。在半導體本體上可以連接天線。
所述發(fā)射裝置可以在固定發(fā)射裝置上或者在移動無線電通信的設(shè)備上使用。
依據(jù)本發(fā)明，用于阻抗匹配的方法設(shè)置有以下步驟在基準電路上分接額定信號。在匹配電路上分接實際信號。將額定信號和實際信號相互比較。
取決于比較結(jié)果，調(diào)節(jié)匹配電路上的可調(diào)阻抗。匹配電路在輸出側(cè)輸出發(fā)射信號。
具有優(yōu)點的是，因此對天線阻抗實施阻抗匹配。
概括起來，所提出的原理具有以下優(yōu)點-發(fā)射裝置可以對天線的時間上變化的阻抗實施阻抗匹配。
-天線的失配阻抗對后置有天線的晶體管不產(chǎn)生反作用。
-匹配借助于調(diào)節(jié)電路非常精確進行，因為額定值作為基準值由基準電路提供。在確定額定值時，考慮到發(fā)射裝置所要發(fā)射信號的瞬時值。
-該電路針對匹配或基準電路上晶體管的不同發(fā)射頻率和不同功率級均靈活地發(fā)揮作用。


下面借助附圖圍繞多個實施例對本發(fā)明進行詳細說明。功能或作用相同的部件具有相同的附圖標記。只要電路部分在元件及其功能上相同，在后面附圖的說明中就不再重復說明。其中圖1A-1C示出依據(jù)所提出原理示范性的發(fā)射裝置；圖2A-2F示出可在依據(jù)圖1A-1C的發(fā)射裝置上使用的可調(diào)阻抗和基準阻抗示范性的實施方式；圖3A-3C示出可在依據(jù)圖2A、2C和2E的可調(diào)阻抗上使用的可調(diào)電容示范性的實施方式；圖4示出運行依據(jù)所提出原理的發(fā)射裝置的示范性的時間流程；圖5A-5D示出模擬依據(jù)所提出原理的發(fā)射裝置的結(jié)果；圖6A-6B示出不匹配的和匹配的發(fā)射裝置的Smith曲線圖。
具體實施例方式
圖1A示出依據(jù)所提出原理的發(fā)射裝置。該發(fā)射裝置包括匹配電路20′和基準電路60′。在匹配電路20′的輸出端28上連接天線5。匹配電路20′具有輸入端21。匹配電路20′的輸入端21通過由輸入耦合阻抗31和可調(diào)阻抗26構(gòu)成的串聯(lián)電路與匹配電路20′的輸出端28連接?；鶞孰娐?0′具有輸入端61，該輸入端通過輸入耦合阻抗71和基準阻抗66以及終端阻抗75與基準電位端子8連接。匹配電路的輸入端21與基準電路的輸入端61連接。輸入耦合阻抗31與可調(diào)阻抗26之間匹配電路20′上的分接點27與匹配電路20′的輸出端29連接。相應地處于輸入耦合阻抗71與基準阻抗66之間的基準電路60′上的分接點67與基準電路60′的輸出端69連接。比較器1在第一輸入端2上與匹配電路20′的輸出端29并在第二輸入端3上與基準電路60′的輸出端69連接。比較器1在輸出端4上與匹配電路20′的輸入端30連接。匹配電路20′的輸入端30與可調(diào)阻抗26的控制端子連接。
發(fā)射信號SP既被輸入到匹配電路20′的輸入端21也被輸入到基準電路60′的輸入端61。在基準電路60′分接點57上可分接的額定信號RS和在匹配電路20′分接點27上可分接的實際信號IS被輸入到比較器1。比較器1從中形成控制信號ST，利用其控制可調(diào)阻抗26。在匹配電路20′的輸出端28上可量取被傳送到天線5的發(fā)射信號SE。匹配電路20′的輸入耦合阻抗31和基準電路60′的輸入耦合阻抗71用于將兩個電路20′、60′彼此退耦。
具有優(yōu)點的是，借助于比較器1這樣調(diào)節(jié)可調(diào)阻抗26，使得避免發(fā)射裝置與天線5失配。
圖1B示出依據(jù)圖1A電路裝置的示范性的改進方案。取代圖1A匹配電路20′上的輸入耦合阻抗31，匹配電路20包括連接在匹配電路20的輸入端21與可調(diào)阻抗26之間的晶體管22。晶體管22在控制端子23上與輸入端21連接。晶體管22在第一端子24上通過第一端子阻抗32與用于輸送供電電壓VC的供電電壓端子9連接。晶體管22的第一端子24通過可調(diào)阻抗26與電路裝置20的輸出端28連接。晶體管22的第二端子與基準電位端子8連接。處于晶體管22第一端子24上的是與匹配電路20的輸出端29連接的分接點27。
取代圖1A基準電路60′上的輸入耦合阻抗71，基準電路60包括基準晶體管62?；鶞示w管62連接在輸入端61與基準阻抗66之間?；鶞示w管62在控制接線端63上與輸入端61連接。基準晶體管62在第一端子上通過第一端子阻抗72與用于輸送供電電壓VC的供電電壓端子9相連接，并通過由基準阻抗66和終端阻抗75構(gòu)成的串聯(lián)電路與基準電位端子8連接。處于基準晶體管62的第一端子64上的是與基準電路60的輸出端69連接的分接點67?；鶞示w管62在第二端子65上與基準電位接線點8連接。
匹配電路20和基準電路60現(xiàn)在有利地包括晶體管22和基準晶體管62，它們的作用是可以將天線5失配通過匹配電路20或基準電路60輸入端21和61的連接對基準電路60的反作用保持在很低程度上。具有優(yōu)點的是，基準電路60因此可以輸出不取決于天線5特性時間上變化并用于確定控制信號ST的額定信號RS。具有優(yōu)點的是，借助于匹配電路20可以將發(fā)射信號SE與天線5相匹配。
圖1C示出依據(jù)所提出原理的圖1B的電路裝置的一種改進方案。
匹配電路20″包括晶體管22以及第一、第二和第三并聯(lián)晶體管40、41、42。四個晶體管22、40、41、42分別在控制端子上相互連接并與匹配電路20″的輸入端21連接。四個晶體管22、40、41、42同樣在第一端子上相互連接并通過第一端子阻抗32′與用于輸送供電電壓VC的供電電壓端子9連接。四個晶體管22、40、41、42在第二端子上相互連接并與基準電位接線端8連接。四個晶體管22、40、41、42在第一端子上分別與匹配電路的分接點27連接。分接點27通過可調(diào)阻抗26與匹配電路20″的輸出端28連接。匹配電路20″的分接點27與可調(diào)阻抗26的輸入端48連接，可調(diào)阻抗26的輸出端49與匹配電路20″的輸出端28連接?？烧{(diào)阻抗26包括第一和第二電感90、91以及第一和第二電容95、96?？烧{(diào)阻抗26的輸入端48通過包括第一電感90和第二電感91的串聯(lián)電路與可調(diào)阻抗26的輸出端49連接。第一電感90與第二電感91之間的分接點通過第一電容95與基準電位端子8連接?？烧{(diào)阻抗26的輸出端49通過第二電容96與基準電位端子8連接。
基準電路60″包括基準晶體管62，其在控制端子63上與基準電路60″的輸入端61并在第二端子65上與基準電位端子8連接。在第一端子64上，基準晶體管62通過第一端子阻抗72′與供電電壓端子9連接?；鶞示w管62的第一端子64構(gòu)成基準電路60″的分接點67。基準電路60″的分接點67通過包括基準阻抗66和終端阻抗75的串聯(lián)電路與基準電位端子8連接?；鶞首杩?6包括第一和第二基準電感93、94和第一和第二基準電容器97、98。分接點67通過包括第一和第二基準電感93、94的串聯(lián)電路與基準阻抗66的輸出端連接。第一基準電感93與第二基準電感94之間的節(jié)點通過第一基準電容器97與基準電位端子8連接?；鶞首杩?6的輸出端通過第二基準電容器98與基準電位端子8連接。
比較器1在第一輸入端2上通過第一幅度探測裝置13和耦合電容器15與匹配電路20″的輸出端29連接。比較器1在第二端子3上通過第二幅度探測裝置12并通過另一耦合電容器16與基準電路60″的輸出端69連接。比較器1在輸出端4上通過放大器17與匹配電路20″的輸入端30連接。匹配電路20″的輸入端30與第一電容95的控制輸入端并與第二電容96的控制輸入端連接。用于確定幅度的裝置11、12分別包括二極管13。
四個晶體管22、40、41、42和基準晶體管62被實施為npn雙極性晶體管。
發(fā)射信號SP既包括直流電壓部分也包括交流電壓部分。發(fā)射信號SP被輸送到晶體管22和第一、第二、第三并聯(lián)晶體管40、41、42以及基準晶體管62。基準晶體管62在與基準阻抗66和終端阻抗75的組合下產(chǎn)生在基準電路60″的輸出端69上可分接的額定信號RS。晶體管22和第一、第二、第三并聯(lián)晶體管40、41、42同樣在與可調(diào)阻抗26和天線5的組合下產(chǎn)生實際信號IS，該信號可在匹配電路20″的分接點27上被分接并通過匹配電路的輸出端29被轉(zhuǎn)送到比較器1。實際信號IS和額定信號RS通過耦合電容器15、16分別輸送到第一和第二幅度探測器11、12。幅度在第一和第二輸入端2、3上被輸送到比較器1。比較器1輸出端4上的信號由放大器17放大并作為控制信號ST通過匹配電路20″的輸入端30被輸送到第一電容和第二電容95、96的控制輸入端。
因此具有優(yōu)點的是，可以避免發(fā)射裝置與天線的失配。具有優(yōu)點的是，基準電路60″上相較于匹配電路20″的功率消耗僅需要很小的電功率。因為此外可調(diào)阻抗26和基準阻抗66具有相同的電路結(jié)構(gòu)，所以發(fā)射路徑通過基準路徑來模擬。由此具有優(yōu)點的是，非常精確地確定控制信號ST。具有優(yōu)點的是，因此可調(diào)阻抗26與天線5精確匹配。
圖2A、2C、2E示出可以在依據(jù)圖1A-1C的匹配電路20、20′、20″、20上使用的可調(diào)阻抗26的示范性的不同實施方式。圖2B、2D和2F示出可以在依據(jù)圖1A-1C的基準電路60、60′、60″、60上使用的基準阻抗66的不同實施方式。
圖2A示出具有第一電感90和第一電容95的可調(diào)阻抗。第一電感90連接在可調(diào)阻抗的輸入端48與輸出端49之間。第一電容95連接在輸出端49與基準電位端子8之間。
第一電容95被實施為可調(diào)節(jié)的并具有控制端子?？烧{(diào)阻抗因此表現(xiàn)出一種低通特性，其極限值可通過改變第一電容95的電容調(diào)節(jié)。
圖2B示出對應于可調(diào)阻抗所構(gòu)成的基準阻抗。基準阻抗具有第一基準電感93和第一基準電容器97。第一基準電感93連接在基準阻抗的輸入端78與輸出端79之間。第一基準電容器97將基準阻抗的輸出端79與基準電位端子8連接。
基準阻抗因此不具有可調(diào)數(shù)值。它具有與圖2A的可調(diào)阻抗相同的結(jié)構(gòu)。
圖2C示出圖2A可調(diào)阻抗的一種改進方案。與圖2A可調(diào)阻抗26的區(qū)別在于，在圖2C的可調(diào)阻抗26中可控制第一電感90并具有控制端子。
圖2D示出與圖2B相同的基準阻抗并作為圖2C可調(diào)阻抗的基準阻抗。
圖2E示出圖2A可調(diào)阻抗的一種改進方案。圖2E的可調(diào)阻抗包括第一和第二電感90、91以及第一和第二電容95、96。包括第一和第二電感90、91的串聯(lián)電路連接可調(diào)阻抗的輸入端48和輸出端49。第一電感90與第二電感91之間的節(jié)點通過第一電容95與基準電位端子8連接，并且可調(diào)阻抗的輸出端49通過第二電容96與基準電位端子8連接。
第一和第二電容95、96被設(shè)計成可調(diào)節(jié)的并被施加控制信號。
因此具有優(yōu)點的是，圖2E的可調(diào)阻抗可以借助于兩種調(diào)節(jié)可能性進行改變。
圖2F示出以與圖2E的可調(diào)阻抗相應方式所構(gòu)成的基準阻抗?；鶞首杩?6包括第一和第二基準電感93、94以及第一和第二基準電容器97、98。輸入端78通過包括第一和第二基準電感93、94的串聯(lián)電路與基準阻抗66的輸出端79連接。第一和第二基準電感93、94之間的節(jié)點通過第一基準電容器97與基準電位端子8連接?；鶞首杩?6的輸出端79以相應的方式通過第二基準電容器98與基準電位端子8連接。
具有優(yōu)點的是，圖2F的基準阻抗具有與圖2E的可調(diào)阻抗相應的結(jié)構(gòu)。
圖3示出可調(diào)電容的示范性的實施方式，它可以作為第一電容95或者作為第二電容96在圖2A-2E的可調(diào)阻抗26上或者在其他實施方式的可調(diào)阻抗上使用。
圖3A的可調(diào)電容具有電容器100、101、102和開關(guān)120。包括電容100和第一電容102的串聯(lián)電路將圖3A可調(diào)電容的端子與圖3A可調(diào)電容的另一端子相連接。與第一電容器102并聯(lián)一個串聯(lián)電路，其中，該串聯(lián)電路包括第二電容器101和開關(guān)120。開關(guān)120被實施為N溝道金屬氧化物半導體的場效應晶體管。
向開關(guān)120輸送控制信號STC。如果開關(guān)120處于斷開的工作狀態(tài)，那么可調(diào)電容的電容值近似依據(jù)下列公式根據(jù)電容器100的電容值和第一電容器102的電容值來計算CE=C100·C102C100+C102,]]>其中，CE為可調(diào)電容的電容值，C100為電容器100的電容值和C102為第一電容器102的電容值。如果開關(guān)120處于接通的工作狀態(tài)，那么第二電容器101有效接通，并且可調(diào)電容的電容值近似地依據(jù)下列公式計算CE=C100·(C101+C102)C100+C101+C102,]]>其中，C101為第二電容101的電容值。
因此具有優(yōu)點的是可借助于開關(guān)120和控制信號STC增加和減少電容值。
圖3B示出包括五個分單元的可調(diào)電容。分單元分別并聯(lián)在可調(diào)電容的第一端子與第二端子之間。第一分單元包括第三電容器103、第四電容器104和開關(guān)121。包括第三電容器103和第四電容器104的串聯(lián)電路連接在可調(diào)電容的第一端子與可調(diào)電容的第二端子之間。開關(guān)121連接在第三電容器103和第四電容器104間的節(jié)點與可調(diào)電容的第二端子之間。第二分單元相應包括相應布線的另一個第三電容器105、另一個第四電容器106和開關(guān)122。相應地第三和第五分單元利用各兩個電容器107、108；109、110；111、112和各一個開關(guān)123、124、125來構(gòu)造。
如果開關(guān)121處于接通工作狀態(tài)，那么第三電容器103的電容值為可調(diào)電容的總電容值。如果開關(guān)121處于斷開工作狀態(tài)，那么包括第三電容器103和第四電容器104的串聯(lián)電路增加可調(diào)電容的電容值。類似地，這適用于第二至第五分單元。開關(guān)121、122、123、124、125可各自單獨借助于控制信號STC控制，該信號包括用于分開地控制五個開關(guān)121-125的多個分量。
具有優(yōu)點的是通過有針對性調(diào)節(jié)開關(guān)121-125可以達到可調(diào)電容的不同電容值。
圖3C示出可在圖2A、2C和2E上使用的可調(diào)電容。圖3C的可調(diào)電容包括第一和第二端子以及控制端子。圖3C的可調(diào)電容具有電容器113和電容器114以及電阻180-186、變?nèi)荻O管150-161和電容器115。
圖3C的可調(diào)電容包括具有電容器113、變?nèi)荻O管150、152、154、156、158、160和電容器115的串聯(lián)電路。變?nèi)荻O管150并聯(lián)變?nèi)荻O管151。變?nèi)荻O管153、155、157、159、161同樣并聯(lián)變?nèi)荻O管152、154、156、158、160。電容器113與變?nèi)荻O管150之間的節(jié)點通過電阻180與可調(diào)電容的控制端子連接。變?nèi)荻O管152與154之間的節(jié)點同樣通過電阻182與控制端子連接。此外，變?nèi)荻O管156與158之間的節(jié)點通過電阻184與控制端子連接。變?nèi)荻O管160與電容器115之間的節(jié)點通過電阻186與控制端子連接。變?nèi)荻O管150與變?nèi)荻O管152之間的節(jié)點通過電阻181與可調(diào)電容的第二端子連接。變?nèi)荻O管154與變?nèi)荻O管156之間的節(jié)點以及變?nèi)荻O管158與變?nèi)荻O管160之間的節(jié)點同樣通過電阻185與可調(diào)電容的第二端子連接?？烧{(diào)電容的第一端子通過電容器114與可調(diào)電容的第二端子連接。變?nèi)荻O管150-161這樣連接，使得陽極分別與電阻181、183、185相連接而且使得陰極分別與電阻180、182、186相連接。
通過電阻180、182、184和186傳輸?shù)阶內(nèi)荻O管150-161的控制信號STV可以調(diào)節(jié)變?nèi)荻O管的電容值，從而可以調(diào)節(jié)圖3C的可調(diào)電容的總電容值。
圖4示出運行依據(jù)所提出原理的發(fā)射裝置的示范性的時間流程。在此，在時間t上示出進行發(fā)射的時隙(英語slots)。此外，在時間t上示出第一電容95的電容值C1和第二電容96的電容值C2。
在時隙1-5期間，所要發(fā)射的信號SE處于天線5上。在時隙1-5期間，由比較器1將實際信號IS與額定信號RS進行比較并形成控制信號ST。依據(jù)圖4在時間點t1、t3、t5、t7和t9上進行比較。
該方法規(guī)定將匹配電路26在發(fā)射運行開始時調(diào)節(jié)到起動狀態(tài)。在圖4所示該方法的實施例中，可調(diào)阻抗首先大致調(diào)節(jié)并在其他步驟中越來越精確地調(diào)節(jié)。
開始時，也就是在時隙S1期間，第一電容95和第二電容96分別具有起動電容值C1S或C2S。時隙2開始時調(diào)節(jié)第一電容95。時間點t2上便是這種情況。在時間點t4上時隙3開始時、在時間點t6上時隙4開始時、并在時間點t8上時隙5開始時，調(diào)節(jié)第二電容96的電容值C2。
在具有兩個電容值的第一電容95中，一個時隙足夠用于調(diào)節(jié)第一電容95。在包括五個比特調(diào)節(jié)可能性的第二電容96中，需要高達25個時隙、也就是32個時隙用于調(diào)節(jié)。
如果匹配電路的晶體管22從一個功率級連接到另一個功率級上，那么具有優(yōu)點的是可調(diào)電容95、96并由此可調(diào)阻抗26被調(diào)節(jié)到起動值上。隨后開始圖4中所示的調(diào)節(jié)過程。
圖5A-5D示出利用依據(jù)本發(fā)明原理的發(fā)射裝置進行模擬的結(jié)果。在此，模擬的結(jié)果為采用P1-P8標注的不同失配和50Ohm的匹配。為模擬失配在匹配電路20與作為50Ohm特性阻抗考慮的天線5之間連接由兩個電感和兩個電容器組成的網(wǎng)絡(luò)。
圖5A示出匹配電路晶體管22的輸出功率Pout，在50Ohm下的匹配運行狀態(tài)和失配的八個點P1-P8上示出。圖5A中的不同曲線示出匹配電路的不同調(diào)節(jié)或者實施方式，如通過非常精確調(diào)節(jié)電容值C1、C2達到的額定值E1和最佳值E2。數(shù)值E 3在僅可調(diào)到兩個電容值C1上的第一電容95和可精確調(diào)節(jié)的第二電容96的情況下產(chǎn)生。數(shù)值E4利用可借助于開關(guān)調(diào)節(jié)的第一電容95和第二電容96的兩個電容值C1采用三個電容器和一個CMOS技術(shù)的開關(guān)達到。數(shù)值E5利用可借助于開關(guān)調(diào)節(jié)的第一和第二電容95、96的電容值C1、C2產(chǎn)生，其中，第一電容95具有5比特的調(diào)節(jié)可能性。數(shù)值E6可以利用可借助于開關(guān)調(diào)節(jié)的第一電容95和可借助于變?nèi)荻O管調(diào)節(jié)的第二電容96的電容值C1、C2達到。
額定值E1與最佳值E2不同并明顯更低。
圖5B針對匹配電路的不同調(diào)節(jié)或者實施方式示出晶體管輸出功率的改善，其形成數(shù)值B、C、D、E、F。
圖5C針對不同適配方法示出晶體管效率PAE。
圖5D示出優(yōu)化前后的電壓駐波比。在此，示出額定值E1、優(yōu)化值E2和利用借助于開關(guān)可調(diào)節(jié)的第一電容96可達到的數(shù)值E4。從圖5D可以看出，優(yōu)化值E2和利用第一電容95可達到的數(shù)值E4明顯好于額定值E1。數(shù)值E4處于與優(yōu)化值E2相同的數(shù)量級上。
圖6A示出不匹配發(fā)射裝置的Smith曲線圖。實際天線5與前置晶體管相比具有復數(shù)阻抗，所述復數(shù)阻抗可以被考慮為具有幾個寄生分量的50Ohm電阻。
在圖6A中可以看到晶體管和匹配電路以及不匹配天線的Smith曲線圖。在此，晶體管輸出端上出現(xiàn)3∶1的電壓駐波比。額定的晶體管負荷元件使在晶體管集電極上出現(xiàn)的Smith曲線圖中點1上的低阻抗與50Ohm、Smith曲線圖中的點5相匹配。由于天線電路中的寄生分量，點5轉(zhuǎn)移到電壓駐波比為3∶1的點7上。
圖6B示出匹配發(fā)射裝置的Smith曲線圖。匹配電路上兩個電容的調(diào)節(jié)使圖6B中的點7比在圖6A的Smith曲線圖中更靠近Smith曲線圖中心上的50Ohm點。
附圖標記列表1 比較器2 第一輸入端3 第二輸入端4 輸出端5 天線8 基準電位端子9 供電電壓端子10 差動放大器11 第一幅度探測器12 第二幅度探測器13、14 二極管15、16 耦合電容器17 放大器18 比較電路20、20′、20″ 匹配電路21 輸入端22 晶體管23 控制輸入端24 第一端子25 第二端子26 可調(diào)阻抗27 分接點28 輸出端29 輸出端30 控制輸入端31 輸入耦合阻抗32 第一端子阻抗33 第二端子阻抗34 輸出耦合阻抗40 第一并聯(lián)晶體管
41 第二并聯(lián)晶體管42 第三并聯(lián)晶體管46 放大器47 反饋電阻48 輸入端49 輸出端60、60′、60″ 基準電路61 輸入端62 基準晶體管63 控制輸入端64 第一端子65 第二端子66 基準阻抗67 分接點69 輸出端71 輸入耦合阻抗72 第一端子阻抗73 第二端子阻抗74 輸出耦合阻抗75 終端阻抗76 基準放大器77 反饋電阻78 輸入端79 輸出端90 第一電感91 第二電感93 第一基準電感94 第二基準電感95 第一電容96 第二電容97 第一基準電容器98 第二基準電容器
100電容器101第二電容器102第一電容器103、105、107、109、111第三電容器104、106、108、110、112第四電容器113、114、115 電容器120-125開關(guān)150-161變?nèi)荻O管180-186電阻200用于調(diào)節(jié)發(fā)射信號的裝置201基準裝置202用于比較的裝置203發(fā)射路徑204基準路徑C1、C2、C100、C101、C102 電容值C1S、C2S 起動電容值Delta Pout 輸出功率的差值E1、E2、E3、E4、E5、E6 匹配電路的調(diào)節(jié)IS、IS′ 實際信號PAE效率Pout 輸出功率SE、SE′、SP 發(fā)射信號ST、ST′、STC、STV 控制信號RS、RS′ 額定信號t 時間t1-t8 時間點VC 供電電壓
權(quán)利要求
1.發(fā)射裝置，包括-在輸出側(cè)可與天線(5)連接、具有可調(diào)阻抗(26)的匹配電路(20)，-在輸入端(61)上與匹配電路(20)的輸入端(21)連接、具有基準阻抗(66)的基準電路(60)，以及-比較器(1)，所述比較器(1)在第一輸入端(2)上與匹配電路(20)相連接、在第二輸入端(3)上與基準電路(60)相連接、并且在輸出端(4)上通過匹配電路(20)的控制輸入端(30)與可調(diào)阻抗(26)相連接。
2.按權(quán)利要求1所述的發(fā)射裝置，其特征在于，所述比較器(1)包括差動放大器(10)，所述差動放大器(10)在輸入側(cè)與比較器(1)的第一輸入端(2)并與比較器(1)的第二輸入端(3)相連接以及在輸出側(cè)與比較器(1)的輸出端(4)相連接。
3.按權(quán)利要求1所述的發(fā)射裝置，其特征在于，所述發(fā)射裝置包括前置于比較器(1)第一輸入端(2)的第一幅度探測器(11)和前置于比較器(1)第二輸入端(3)的第二幅度探測器(12)。
4.按權(quán)利要求3所述的發(fā)射裝置，其特征在于，第一幅度探測器(11)包括第一二極管(13)，并且第二幅度探測器(12)包括第二二極管(14)。
5.按權(quán)利要求1所述的發(fā)射裝置，其特征在于，所述發(fā)射裝置包括放大器(17)，所述放大器(17)連接在比較器(1)的輸出端(4)與匹配電路(20″)的控制輸入端(30)之間。
6.按權(quán)利要求1所述的發(fā)射裝置，其特征在于，可調(diào)阻抗(26)可以被調(diào)節(jié)，以便將發(fā)射裝置匹配于可連接在發(fā)射裝置上的天線(5)的阻抗值。
7.按權(quán)利要求1所述的發(fā)射裝置，其特征在于，對處于可預先規(guī)定頻率范圍內(nèi)的所有頻率來說，基準阻抗(66)的量與可調(diào)阻抗(26)的量之比近似恒定。
8.按權(quán)利要求1所述的發(fā)射裝置，其特征在于，所述可調(diào)阻抗(26)包括至少一個可調(diào)電容(95、96)。
9.按權(quán)利要求8所述的發(fā)射裝置，其特征在于，所述可調(diào)電容(95、96)包括-至少一個第一電容器(102)和-至少一個由第二電容器(101)和開關(guān)(120)組成的串聯(lián)電路的并聯(lián)電路。
10.按權(quán)利要求8所述的發(fā)射裝置，其特征在于，所述可調(diào)電容(95、96)包括-至少一個第三電容器(103、105、107、109、111)和-至少一個由第四電容器(104、106、108、110、112)和開關(guān)(121、122、123、124、125)組成的并聯(lián)電路的串聯(lián)電路。
11.按權(quán)利要求8所述的發(fā)射裝置，其特征在于，所述可調(diào)電容(95、96)包括至少一個變?nèi)荻O管(150-161)。
12.按權(quán)利要求1所述的發(fā)射裝置，其特征在于，所述可調(diào)阻抗(26)包括至少一個電感(90、91)。
13.按權(quán)利要求1所述的發(fā)射裝置，其特征在于，所述基準阻抗(66)包括至少一個基準電容器(97、98)。
14.按權(quán)利要求1所述的發(fā)射裝置，其特征在于，所述基準阻抗(66)包括至少一個電感(93、94)。
15.按權(quán)利要求8所述的發(fā)射裝置，其特征在于，-所述可調(diào)阻抗(26)包括連接在第一阻抗(26)的輸入端(48)與輸出端(49)之間的電感(90、91)和連接在第一阻抗(26)的輸出端(49)與基準電位端子(8)之間的可調(diào)電容(96)，以及-所述基準阻抗(66)包括連接在基準阻抗(66)的輸入端(78)與輸出端(79)之間的電感(93、94)和連接在基準阻抗(26)的輸出端(79)與基準電位端子(8)之間的電容器(98)。
16.按權(quán)利要求12或15所述的發(fā)射裝置，其特征在于，可調(diào)阻抗(26)的至少一個電感(90、91)被構(gòu)造為可調(diào)的。
17.按權(quán)利要求1所述的發(fā)射裝置，其特征在于，-所述匹配電路(20)包括至少一個晶體管(22)，其在控制輸入端(23)上與匹配電路(20)的輸入端(21)相連接、在第一端子(24)上與供電電壓端子(9)并通過可調(diào)阻抗(26)與匹配電路(20)的輸出端(28)相連接、以及在第二端子(25)上與基準電位端子(8)相連接，并且-所述基準電路(60)包括基準晶體管(62)，其在控制輸入端(63)上與基準電路(60)的輸入端(61)相連接、在第一端子(64)上與供電電壓端子(9)并通過基準阻抗(66)與終端阻抗(75)相連接、以及在第二端子(65)上與基準電位端子(8)連接。
18.按權(quán)利要求17所述的發(fā)射裝置，其特征在于，所述終端阻抗(75)在一個端子上與基準電位端子(8)相連接。
19.按權(quán)利要求17所述的發(fā)射裝置，其特征在于，所述終端阻抗(75)被構(gòu)造為實數(shù)特性阻抗。
20.按權(quán)利要求17所述的發(fā)射裝置，其特征在于，所述匹配電路(20″)包括與所述晶體管(22)并聯(lián)的至少一個其他晶體管(40、41、42)，其中，所述晶體管(22)和至少一個其他晶體管(40、41、42)分別具有與基準晶體管(62)近似相同的輸入和輸出特性，以及所述基準阻抗(66)具有近似N倍的可調(diào)阻抗(26)的阻抗值并且所述終端阻抗(5)具有近似N倍的天線(5)的阻抗值，其中，N為并聯(lián)晶體管(22、40、41、42)的第一數(shù)量。
21.按權(quán)利要求20所述的發(fā)射裝置，其特征在于，所述可調(diào)阻抗(26)近似與50Ohm電阻相匹配，所述基準阻抗(66)近似與50Ohm電阻的N倍相匹配，并且所述終端阻抗(5)近似與50Ohm電阻的N倍相匹配。
22.發(fā)射裝置，包括-匹配電路(20)，具有-輸入端(21)，-在控制輸入端(23)上與匹配電路(20)的輸入端(21)連接的晶體管(22)，-與晶體管(22)連接的可調(diào)阻抗(26)，以及-通過可調(diào)阻抗(26)與晶體管(22)的第一端子(24)連接并可與天線(5)連接的輸出端(28)，-基準電路(60)，具有-與匹配電路(20)的輸入端(21)連接的輸入端(61)，-在控制輸入端(63)上與基準電路(60)的輸入端(61)連接的基準晶體管(62、62′)，以及-與基準晶體管(62)連接的基準阻抗(66)，和-比較器(1)，具有-與匹配電路(20)的分接點(27)連接的第一輸入端(2)，-與基準電路(60)的分接點(67)連接的第二輸入端(3)，以及-通過匹配電路(20)的控制輸入端(30)與可調(diào)阻抗(26)的控制輸入端連接的輸出端(4)。
23.按權(quán)利要求1至22之一所述的發(fā)射裝置在固定發(fā)射裝置上或者在移動無線電通信的設(shè)備上用于信號處理的使用。
24.用于阻抗匹配的方法，包括以下步驟-將發(fā)射信號(SP)輸送到基準電路(60)和匹配電路(20)，-分接基準電路(60)中的額定信號(RS)，-分接匹配電路(20)中的實際信號(IS)，-比較所述額定信號(RS)和所述實際信號(IS)，以及-取決于比較結(jié)果，對匹配電路(20)上的可調(diào)阻抗(26)進行調(diào)節(jié)，在取決于所述調(diào)節(jié)的情況下在輸出側(cè)輸出阻抗匹配的發(fā)射信號(SE)。
25.按權(quán)利要求24的方法，其特征在于，將實際信號(IS)的幅度與額定信號(RS)的幅度進行比較并取決于比較結(jié)果對可調(diào)阻抗(26)進行調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)射裝置，包括匹配電路(20)、基準電路(60)和比較器(1)。匹配電路(20)在輸出側(cè)可與天線(5)連接并包括可調(diào)阻抗(26)?；鶞孰娐?60)在輸入端(61)上與匹配電路(20)的輸入端(21)連接并包括基準阻抗(66)。比較器(1)在輸入側(cè)與匹配電路(20)和基準電路(60)以及在輸出側(cè)通過匹配電路(20)的控制輸入端(30)與可調(diào)阻抗(26)連接。
文檔編號H03H11/02GK1941639SQ20061014950
公開日2007年4月4日 申請日期2006年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月30日
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