專利名稱：一種自適應(yīng)阻抗匹配模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于射頻無線通信系統(tǒng)中的信號(hào)傳輸調(diào)控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種自適應(yīng)阻抗匹配模塊的設(shè)計(jì)。
技術(shù)背景阻抗匹配是微波電子學(xué)里重要的一部分，主要用于信號(hào)或能量的傳輸，使所有微波信號(hào)皆能由信號(hào)源傳送到負(fù)載點(diǎn)，不會(huì)有信號(hào)或能量反射回來，從而提升傳輸效益。即匹配的目的是為了保證信號(hào)能量有效地從信號(hào)源傳送到負(fù)載。通信系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，常常會(huì)遇到各個(gè)級(jí)聯(lián)電路因各種因素導(dǎo)致阻抗匹配失調(diào)問題的發(fā)生，比如手機(jī)在信號(hào)的接收和發(fā)送中常常會(huì)因?yàn)橹車h(huán)境和使用者的人體接觸導(dǎo)致系統(tǒng)匹配失調(diào)，信源能量不能有效傳輸，自適應(yīng)阻抗匹配模塊能不斷的自動(dòng)調(diào)節(jié)匹配電路的匹配情況從而確保信號(hào)由信號(hào)源有效的傳送到負(fù)載天線。目前自適應(yīng)阻抗匹配主要有以下幾種實(shí)施方案在US Patent, No. 4，356，458和US Patent, No. 2007/0232249中提到利用檢測傳輸信號(hào)的反射系數(shù)；在文獻(xiàn)IDA Jun-ichiTAKADA Takeshi TODA Yasuyuki OISHI,An adaptive impedance matching systemand its application to mobile antennas， IEEE Transactions on Antennas andPropagation, 21-24 Nov. 2004，543-546 Vol. 3中提到利用檢測傳輸信號(hào)的入射/反射電壓；在US Patent，No. 2008/0266021提到利用負(fù)載的阻抗檢測。上述幾種自適應(yīng)阻抗匹配方案通常存在一下問題i.后續(xù)的參數(shù)處理要求比較高，需要復(fù)雜的參數(shù)編程計(jì)算，因此不利于自適應(yīng)阻抗匹配模塊的調(diào)節(jié)反應(yīng)速率；2.需要結(jié)合定向耦合器來檢測，造成了模塊面積較大。3.信號(hào)的采集對(duì)工藝要求較高，不利于提高參數(shù)的檢測精度。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有的自適應(yīng)阻抗匹配模塊存在的上述問題，提出了一種自適應(yīng)阻抗匹配模塊。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種自適應(yīng)阻抗匹配模塊，包括可調(diào)匹配單元、第一功率檢測器單元、第二功率檢測器單元和主控制單元，其中，所述的可調(diào)匹配單元的輸入端作為自適應(yīng)阻抗匹配模塊的輸入端，所述可調(diào)匹配單元的輸出端作為自適應(yīng)阻抗匹配模塊的輸出端；所述的第一功率檢測器單元的輸入端與可調(diào)匹配單元的輸入端相連；所述的第一功率檢測器單元的輸出端連接到所述的主控制單元將檢測到的第一功率信號(hào)輸入到所述的主控制單元；所述的第二功率檢測器單元的輸入端與可調(diào)匹配單元的輸出端相連；所述的第二功率檢測器單元的輸出端連接到所述的主控制單元將檢測到的第二功率信號(hào)輸入到所述的主控制單元；所述的主控制單元與可調(diào)匹配單元相連，根據(jù)檢測到的第一功率信號(hào)和第二功率信號(hào)調(diào)節(jié)可調(diào)匹配單元。進(jìn)一步的，所述可調(diào)匹配單元包括可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)和可控電源子單元，所述主控制單元與可控電源子單元相連，根據(jù)檢測到的第一功率信號(hào)和第二功率信號(hào)調(diào)節(jié)可控電源子單元的電壓，所述可控電源子單元與可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)的可調(diào)端子相連，用于調(diào)節(jié)可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)。進(jìn)一步的，所述的第一功率檢測器單元和第二功率檢測器單元具體通過射頻功率測量芯片實(shí)現(xiàn)。本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型的自適應(yīng)阻抗匹配模塊通過檢測傳輸信號(hào)的功率參數(shù)，對(duì)匹配網(wǎng)絡(luò)兩端的前后級(jí)電路進(jìn)行實(shí)時(shí)的匹配調(diào)節(jié)，即利用現(xiàn)有的射頻功率測量芯片檢測可調(diào)匹配單元兩端傳輸信號(hào)的功率大小，利用功率參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，由于可以采用現(xiàn)有的檢測芯片直接對(duì)功率進(jìn)行檢測因而提高了檢測精度；在檢測的過程中不需要定向耦合器的參與，因而縮小了模塊面積，并且可以直接利用所測參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，節(jié)省了后續(xù)的復(fù)雜的參數(shù)編程算法處理，從而提高了模塊的調(diào)節(jié)速率。

圖I為本實(shí)用新型的自適應(yīng)阻抗匹配模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型的自適應(yīng)阻抗匹配模塊在負(fù)載天線中的應(yīng)用示意圖。圖3為實(shí)施例中可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為實(shí)施例中功率檢測器單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)闡述。本實(shí)用新型的自適應(yīng)阻抗匹配模塊的結(jié)構(gòu)示意圖如圖I所示，包括可調(diào)匹配單元、第一功率檢測器單元、第二功率檢測器單元和主控制單元，其中，所述的可調(diào)匹配單元的輸入端作為自適應(yīng)阻抗匹配模塊的輸入端，所述可調(diào)匹配單元的輸出端作為自適應(yīng)阻抗匹配模塊的輸出端；所述的第一功率檢測器單元的輸入端與可調(diào)匹配單元的輸入端相連；所述的第一功率檢測器單元的輸出端連接到所述的主控制單元將檢測到的第一功率信號(hào)輸入到所述的主控制單元；所述的第二功率檢測器單元的輸入端與可調(diào)匹配單元的輸出端相連；所述的第二功率檢測器單元的輸出端連接到所述的主控制單元將檢測到的第二功率信號(hào)輸入到所述的主控制單元；所述的主控制單元與可調(diào)匹配單元相連，根據(jù)檢測到的第一功率信號(hào)和第二功率信號(hào)調(diào)節(jié)可調(diào)匹配單元。如圖I所示，這里的可調(diào)匹配單元可以采用如下的一種方式，包括可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)和可控電源子單元，主控制單元與可控電源子單元相連，根據(jù)檢測到的第一功率信號(hào)和第二功率信號(hào)調(diào)節(jié)可控電源子單元的電壓，所述可控電源子單元與可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)的可調(diào)端子相連，用于調(diào)節(jié)可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)。這里的第一功率檢測器單元和第二功率檢測器單元具體通過射頻功率測量芯片實(shí)現(xiàn)。本實(shí)用新型的基本思想是利用第一功率檢測器單元和第二功率檢測器單元分別檢測可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)兩端信號(hào)功率的大小，依據(jù)所測的功率參數(shù)，經(jīng)主控制單元計(jì)算優(yōu)化，來實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)阻抗匹配模塊的實(shí)時(shí)匹配調(diào)節(jié)。具體的，可調(diào)匹配單元連接于自適應(yīng)阻抗匹配模塊的輸入端和輸出端之間，主要完成前后級(jí)電路之間的阻抗匹配；第一功率檢測器單元連接于信號(hào)接收/發(fā)送端和可調(diào)匹配單元之間，主要完成對(duì)可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)前端傳輸信號(hào)功率的檢測；第二功率檢測器單元連接于可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)和自適應(yīng)阻抗匹配模塊的輸出端之間，主要完成對(duì)可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)后端傳輸信號(hào)功率的檢測；主控制單元連接于第一功率檢測器單元、第二功率檢測器單元和可調(diào)匹配單元三者之間，主要完成對(duì)自適應(yīng)阻抗匹配模塊中各個(gè)單元的調(diào)控，以及對(duì)可調(diào)匹配單元前后端所測功率參數(shù)的處理，功率參數(shù)的處理主要基于快速優(yōu)化算法，例如梯度下降法?？煽仉娫醋訂卧B接于主控制單元和可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)之間，主要利用功率參數(shù)經(jīng)主控制單元的對(duì)可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)中的可變器件進(jìn)行阻抗調(diào)節(jié)，從而使可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)的前后級(jí)電路匹配，主控制單元通過不停的檢測兩端的功率從而達(dá)到了實(shí)時(shí)匹配調(diào)節(jié)的目的。 圖2為本實(shí)用新型的自適應(yīng)阻抗匹配模塊在負(fù)載天線中的應(yīng)用示意圖，自適應(yīng)阻抗匹配模塊位于信號(hào)接收/發(fā)送端和負(fù)載天線之間，主要功能是使可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)的前后級(jí)電路實(shí)時(shí)的保持匹配。圖3為可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖，包括，可調(diào)電容器Cl、C2，固定電感器LI、L2，可控電源子單元按照主控制單元的指示來調(diào)節(jié)可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)，可控電源子單元主要調(diào)節(jié)可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)中的可調(diào)電容器Cl和C2兩端所加偏壓的大小，以改變可調(diào)電容器Cl和C2的容值，從而改變了可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)前后級(jí)電路的匹配情況，具體的電容調(diào)節(jié)流程由主控制單元編程優(yōu)化算法決定，這里具體可以采用梯度下降法進(jìn)行，這里的編程優(yōu)化算法屬于本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)，在此不再詳細(xì)描述。這里，可調(diào)電容器的數(shù)量根據(jù)具體的應(yīng)用決定，可調(diào)電容器的數(shù)量也決定了可控電源子單元中可控電源的數(shù)量。通?？烧{(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)采用的是可變電容及電感型匹配網(wǎng)絡(luò)。型匹配網(wǎng)絡(luò)包含了所有的L-C匹配形式，圖3所示的可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)僅為自適應(yīng)阻抗匹配模塊的一個(gè)實(shí)施案例并非限于此，具體的網(wǎng)絡(luò)形式可依據(jù)不同的需要進(jìn)行合理的選擇。圖4為本實(shí)用新型所采用的第一功率檢測器單元和第二功率檢測器單元的結(jié)構(gòu)示意圖，具體采用凌力爾特公司推出的單片寬帶、高性能對(duì)數(shù)射頻功率檢波器LTC5505及其外圍電路實(shí)現(xiàn)，具體包括電容C3、C4，耦合電阻Rl和射頻功率測量芯片LTC5505，這里的LTC5505以單端射頻輸入工作，不需要外部射頻變壓器，而且體積小，因此簡化了設(shè)計(jì)，同時(shí)降低了成本，并且有利于縮小通信系統(tǒng)的整體面積。傳輸線上的射頻信號(hào)經(jīng)耦合電容C3和耦合電阻Rl耦合進(jìn)入射頻功率測量芯片LTC5505，主控制單元通過控制射頻功率測量芯片LTC5505的使能端的高低電平讓功率檢測芯片LTC5505處于工作狀態(tài)，射頻功率測量芯片LTC5505由第四引腳輸出檢測的結(jié)果，輸出為一個(gè)與所測功率大小成線性對(duì)數(shù)關(guān)系的直流電壓，所測電壓經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換和放大等處理后傳送給主控制單元來進(jìn)行計(jì)算和調(diào)節(jié)匹配網(wǎng)絡(luò)，其中，電容C4起濾波的作用。這里，利用了射頻功率測量芯片，因而不需要定向耦合器的參與，降低了模塊的體積，并且也提高了檢測的精度。這里的可控電源子單元、主控制單元(本例可以采用單片機(jī)STC89C52)等知識(shí)是本領(lǐng)域人員所熟知的，在此不做詳細(xì)介紹。以圖2所示的應(yīng)用為例來說明本實(shí)用新型的自適應(yīng)阻抗匹配模塊的工作過程當(dāng)通信系統(tǒng)工作在發(fā)送狀態(tài)，射頻信號(hào)由信號(hào)接收/發(fā)送端經(jīng)可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)向負(fù)載天線傳輸，第一功率檢測器單元首先檢測可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)前端的輸入功率大小P1，并將檢測結(jié)果經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換和放大處理后傳送給主控制單元，信號(hào)經(jīng)過可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)時(shí)由于失配導(dǎo)致信號(hào)不能完全傳輸，此時(shí)第二功率檢測器單元檢測可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)后端的輸出功率大小P2，并將檢測結(jié)果經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換和放大處理后傳送給主控制單元，完成兩個(gè)功率的處理后，主控制單元計(jì)算出兩功率的差值A(chǔ)=P1-P2，利用參數(shù)A基于編程優(yōu)化算法得出可調(diào)匹配網(wǎng) 絡(luò)2的調(diào)控信息，主控制單元依據(jù)調(diào)控信息控制可控電源子單元，可控電源子單元按照主控制單元的指示來調(diào)節(jié)可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)中的可變電容器。該過程不斷的重復(fù)進(jìn)行，從而完成了匹配的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。這里，檢測到的參數(shù)A可以直接利用，不像阻抗檢測等其它的匹配方案，需要對(duì)檢測到的參數(shù)做進(jìn)一步的復(fù)雜的后續(xù)處理才能加以利用，從而提高了模塊的調(diào)節(jié)速率。綜上，可以看出，本實(shí)用新型的自適應(yīng)阻抗匹配模塊通過檢測傳輸信號(hào)的功率參數(shù)，對(duì)匹配網(wǎng)絡(luò)兩端的前后級(jí)電路進(jìn)行實(shí)時(shí)的匹配調(diào)節(jié)，即利用現(xiàn)有的射頻功率測量芯片檢測可調(diào)匹配單元兩端傳輸信號(hào)的功率大小，利用功率參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，由于可以采用現(xiàn)有的檢測芯片直接對(duì)功率進(jìn)行檢測因而提高了檢測精度；在檢測的過程中不需要定向耦合器的參與，因而縮小了模塊面積，并且可以直接利用所測參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，節(jié)省了后續(xù)的復(fù)雜的參數(shù)編程算法處理，從而提高了模塊的調(diào)節(jié)速率。以上所述，凡在本實(shí)用新型精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型所要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種自適應(yīng)阻抗匹配模塊，包括可調(diào)匹配單元和主控制單元，其特征在于，還包括，第一功率檢測器單元和第二功率檢測器單元，其中， 所述的可調(diào)匹配單元的輸入端作為自適應(yīng)阻抗匹配模塊的輸入端，所述可調(diào)匹配單元的輸出端作為自適應(yīng)阻抗匹配模塊的輸出端； 所述的第一功率檢測器單元的輸入端與可調(diào)匹配單元的輸入端相連； 所述的第一功率檢測器單元的輸出端連接到所述的主控制單元將檢測到的第一功率信號(hào)輸入到所述的主控制單元； 所述的第二功率檢測器單元的輸入端與可調(diào)匹配單元的輸出端相連； 所述的第二功率檢測器單元的輸出端連接到所述的主控制單元將檢測到的第二功率信號(hào)輸入到所述的主控制單元； 所述的主控制單元與可調(diào)匹配單元相連，根據(jù)檢測到的第一功率信號(hào)和第二功率信號(hào)調(diào)節(jié)可調(diào)匹配單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自適應(yīng)阻抗匹配模塊，其特征在于，所述可調(diào)匹配單元包括可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)和可控電源子單元，所述主控制單元與可控電源子單元相連，根據(jù)檢測到的第一功率信號(hào)和第二功率信號(hào)調(diào)節(jié)可控電源子單元的電壓，所述可控電源子單元與可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)的可調(diào)端子相連，用于調(diào)節(jié)可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的自適應(yīng)阻抗匹配模塊，其特征在于，所述的第一功率檢測器單元和第二功率檢測器單元具體通過射頻功率測量芯片實(shí)現(xiàn)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種自適應(yīng)阻抗匹配模塊，包括可調(diào)匹配單元和主控制單元，其特征在于，還包括，第一功率檢測器單元和第二功率檢測器單元，所述可調(diào)匹配單元包括可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)和可控電源子單元。本實(shí)用新型的匹配模塊通過檢測傳輸信號(hào)的功率參數(shù)，對(duì)匹配網(wǎng)絡(luò)兩端的前后級(jí)電路進(jìn)行實(shí)時(shí)的匹配調(diào)節(jié)，即利用現(xiàn)有的射頻功率測量芯片檢測可調(diào)匹配單元兩端傳輸信號(hào)的功率大小，利用功率參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，由于可以采用現(xiàn)有的檢測芯片直接對(duì)功率進(jìn)行檢測因而提高了檢測精度；在檢測的過程中不需要定向耦合器的參與，因而縮小了模塊面積，并且可以直接利用所測參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，節(jié)省了后續(xù)的復(fù)雜的參數(shù)編程算法處理，提高了模塊的調(diào)節(jié)速率。
文檔編號(hào)H03H7/40GK202586884SQ20122013856
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月5日
發(fā)明者蔣書文, 張光強(qiáng), 李言榮 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)