CN103546178A - 移动通信装置与其阻抗匹配方法 - Google Patents

Abstract

一种移动通信装置与其阻抗匹配方法，上述移动通信装置包括天线、功率放大器、可调匹配电路、功率检测电路、以及控制器。可调匹配电路决定功率放大器发送至天线的射频信号在进入可调匹配电路时所遭遇的输出阻抗。功率检测电路检测射频信号进入天线的入射功率和天线的反射功率。控制器根据移动通信装置目前使用的频率范围、上述入射功率和上述反射功率设定可调匹配电路，以使上述输出阻抗趋近功率放大器在上述频率范围所对应的负载拉移阻抗。

Description

移动通信装置与其阻抗匹配方法

技术领域

本发明涉及一种移动通信装置，且特别涉及上述移动通信装置的一种阻抗匹配(impedance matching)方法。

背景技术

阻抗匹配对于任何一种使用天线发射信号的移动通信装置都很重要。当移动通信装置的功率放大器(power amplifier)将射频信号发送到天线时，如果天线的阻抗匹配不佳，就会有一部分入射功率被天线反射，实质上降低了天线的发射功率。不同种类的天线有不同阻抗。当环境改变时，例如使用者的手靠近移动通信装置，或移动通信装置靠近桌面等物件时，天线的阻抗会改变，而且不同种类的天线，其阻抗的变化方式也不相同。这些现象使阻抗匹配的问题更加复杂。

传统的移动通信装置大多使用可调匹配电路(tunable matching circuit)，使射频信号遭遇的阻抗等于功率放大器所对应的负载拉移阻抗(load-pullimpedance)。上述的负载拉移阻抗是功率放大器输出射频信号时，射频信号可能遭遇的阻抗之中的最佳阻抗，可以使天线对射频信号的反射降到最低程度，甚至完全不反射。

这种可调匹配电路有一个或多个可调电容或可调电感，每一个可调电容和可调电感的阻抗都可以调整，藉此调整射频信号所遭遇的上述阻抗。每一个可调电容和可调电感都有一个涵盖多个设定值的可调范围，传统做法是尝试错误(trial and error，试错)，也就是逐一尝试每一个设定值，直到可调匹配电路能提供负载拉移阻抗。这种做法可能需要较长时间才能完成，因此间接降低了天线的效能。

发明内容

本发明提供一种移动通信装置以及一种阻抗匹配方法，可以避免传统做法的尝试错误，迅速达成最佳的阻抗匹配。

本发明提出一种移动通信装置，包括天线、功率放大器、可调匹配电路、功率检测电路(power detection circuit)、以及控制器。可调匹配电路耦接于天线和功率放大器之间，决定功率放大器发送至天线的射频信号在进入可调匹配电路时所遭遇的输出阻抗。功率检测电路亦耦接于天线和功率放大器之间，检测射频信号进入天线的入射功率和天线的反射功率。控制器耦接可调匹配电路和功率检测电路，根据移动通信装置目前使用的频率范围、上述入射功率和上述反射功率设定可调匹配电路，以使上述输出阻抗趋近功率放大器在上述频率范围所对应的负载拉移阻抗。

本发明还提出一种阻抗匹配方法，此方法适用于上述的移动通信装置，包括下列步骤。首先，检测射频信号进入天线的入射功率和天线的反射功率，然后根据移动通信装置目前使用的频率范围、上述入射功率和上述反射功率设定可调匹配电路，以使上述输出阻抗趋近功率放大器在上述频率范围所对应的负载拉移阻抗。

基于上述，本发明的功率检测电路和控制器构成一个控制回路，可使射频信号所遭遇的输出阻抗迅速趋近负载拉移阻抗，以迅速完成最佳的阻抗匹配。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是依照本发明一实施例的一种移动通信装置的示意图。

图2、图3和图4是依照本发明不同实施例的阻抗匹配方法的流程图。

【主要元件符号说明】

100：移动通信装置

110：天线

120：可调匹配电路

130：功率检测电路

140：功率放大器

150：控制器

210~220、310~350、410~450：流程步骤

具体实施方式

图1是依照本发明一实施例的一种移动通信装置100的示意图。移动通信装置100包括天线110、可调匹配电路120、功率检测电路130、功率放大器140、以及控制器150。可调匹配电路120耦接于天线110和功率放大器140之间。功率检测电路130亦耦接于天线110和功率放大器140之间。控制器150耦接可调匹配电路120和功率检测电路130。

天线110可发射或接收射频信号，以达成移动通信装置100的通信功能。功率放大器140提供天线110所发射的射频信号。可调匹配电路120决定功率放大器140发送至天线110的射频信号在进入可调匹配电路120时所遭遇的输出阻抗。控制器150可以是移动通信装置100的中央处理单元(CPU:central processing unit)，或是移动通信装置100的一个处理器(processor)，或是移动通信装置100的一个内嵌式控制器(embedded controller)。

图2是依照本发明一实施例的一种阻抗匹配方法的流程图，此方法可由移动通信装置100执行。首先，在步骤210，功率检测电路130检测上述射频信号进入天线110的入射功率和天线110的反射功率。然后，在步骤220，控制器150根据移动通信装置100目前使用的频率范围、上述射频信号进入天线110的入射功率、以及天线110的反射功率设定可调匹配电路120，以使功率放大器140的上述输出阻抗趋近功率放大器140在此频率范围所对应的负载拉移阻抗。

本实施例中，控制器150是从一个查找表(lookup table)取得可调匹配电路120所需的设定值，图3绘示本实施例的查找表制作流程。图3流程可在移动通信装置100的制造厂商的实验室中进行。

移动通信装置100使用多个频率范围，这些频率范围的频率互不重叠，其中每一个频率范围可以是移动通信装置100所支持的一个通信协议所使用的一个频段(frequency band)，或移动通信装置100所支持的一个通信协议的一个频道(channel)。以全球移动通信***(GSM:Global System for MobileCommunications)为例，其中GSM 900和GSM 1800使用不同频段，GSM 900的频段分为124个频道，GSM 1800的频段分为374个频道。假如移动通信装置100支持GSM 900和GSM 1800，则可将GSM 900和GSM 1800的频段分别设定为两个频率范围，或将GSM 900和GSM 1800的所有频道分别设定为498个频率范围。

以下说明图3流程。在步骤310，测量移动通信装置100使用的每一个频率范围中，天线110的阻抗的可能变动范围。这个可能变动范围必须考虑各种可能发生的使用状况，例如移动通信装置100以各种距离靠近使用者的手或桌面等各种物体时的天线阻抗变化。在步骤320，测量移动通信装置100使用的每一个频率范围中，天线110的各种不同阻抗和功率放大器140的各种不同入射功率的组合所对应的天线110的反射功率。在步骤330，测量移动通信装置100使用的每一个频率范围中，功率放大器140所对应的负载拉移阻抗。如前所述，可调匹配电路120决定功率放大器140发送至天线110的射频信号在进入可调匹配电路120时所遭遇的输出阻抗。在每一个频率范围中，上述的负载拉移阻抗就是能使天线110对于上述射频信号的反射功率降到最低程度的最佳输出阻抗。

执行步骤320之后，可以获得每一个频率范围中，功率放大器140的入射功率、天线110的反射功率、以及天线110的阻抗之间的对应关系。执行步骤330之后，可以获得每一个频率范围所对应的负载拉移阻抗。然后在步骤340找出在每一个频率范围中，当天线110呈现各种不同的阻抗时，可调匹配电路120的最佳设定方式，以尽可能使射频信号在进入可调匹配电路120时所遭遇的输出阻抗趋近此频率范围所对应的负载拉移阻抗。最理想的趋近是使上述输出阻抗等于负载拉移阻抗，如果无法相等，至少应该将上述输出阻抗设定到最接近负载拉移阻抗的程度。

可调匹配电路120可包括至少一个可调元件，每一个可调元件可以是可调电感或可调电容。上述的可调匹配电路120的最佳设定方式，就是找出每一个可调元件的最佳设定值，这有多种传统方法可以做到。每一个可调元件的设定值决定该可调元件的阻抗，上述的输出阻抗是由这些可调元件的阻抗共同决定。所有可调元件的设定值可构成一组设定值。在步骤340，必须为每一个频率范围和天线110的每一种阻抗的组合，决定可调匹配电路120所对应的一组设定值。

有上述信息之后，只要知道目前使用的频率范围、功率放大器140的入射功率、以及天线110的反射功率，依据步骤320所测得的对应关系，就可以得知天线110目前的阻抗。然后就能取得对应目前的频率范围和天线阻抗的一组设定值。在步骤350，将不同频率范围、不同入射功率和不同反射功率的各种组合所对应的各组设定值存入一个查找表。这个查找表可存放在控制器150或移动通信装置100的某一个存储装置中。

图4是依照本发明另一实施例的另一种阻抗匹配方法的流程图，此方法可由移动通信装置100执行。在步骤410，控制器150取得移动通信装置100目前使用的频率范围。传统的移动通信装置都能知道目前正使用的频段和频道，其细节就不赘述。在步骤420，功率检测电路130检测功率放大器140的入射功率和天线110的反射功率。在步骤430，控制器150根据目前使用的频率范围、以及上述的入射功率和反射功率，自上述查找表取得对应上述组合的一组设定值。在步骤440，控制器150使用该组设定值设定可调匹配电路120，以使功率放大器140的上述输出阻抗趋近负载拉移阻抗。

接下来，在步骤450，控制器150对可调匹配电路120进行微调，以使上述输出阻抗更趋近负载拉移阻抗。上述的微调已经有多种传统方法，其细节就不在此赘述。如果在步骤440设定可调匹配电路120之后，天线110的反射功率已经低于可容许的预设临界值，则可省略步骤450的微调。

功率检测电路130可持续检测上述的入射功率和反射功率，移动通信装置100可以在入射功率和反射功率其中之一有变动，或在入射功率和反射功率两者都有变动时，执行图2或图4的阻抗匹配方法。另一方面，移动通信装置100也可以在来自基地台的信号强度小于预设临界值时执行图2或图4的阻抗匹配方法。因为当基地台信号有足够强度时，可以降低对阻抗匹配的要求，此时不执行阻抗匹配方法可以节约电力。或者，可以结合以上两个条件，也就是说，移动通信装置100只在来自基地台的信号强度小于预设临界值，而且入射功率和反射功率其中至少一个有变动时，才执行图2或图4的阻抗匹配方法。

综上所述，本发明主动检测射频信号的入射功率和反射功率，据以设定可调匹配电路。由于本发明使用查找表存储事先决定的最佳设定值，不需要逐一尝试所有可能的设定值，所以能迅速设定可调匹配电路，大幅缩短阻抗匹配达到最佳化所需的时间。上述的时间缩短可节省移动通信装置的电力。本发明也可在符合特定条件时才进行阻抗匹配，以节省更多电力。

虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

Claims (16)

1.一种移动通信装置，包括：

一天线；

一功率放大器；

一可调匹配电路，耦接于该天线和该功率放大器之间，决定该功率放大器发送至该天线的射频信号在进入该可调匹配电路时所遭遇的输出阻抗；

一功率检测电路，耦接于该天线和该功率放大器之间，检测该射频信号进入该天线的入射功率和该天线的反射功率；以及

一控制器，耦接该可调匹配电路和该功率检测电路，根据该移动通信装置目前使用的频率范围、该入射功率和该反射功率设定该可调匹配电路，以使该输出阻抗趋近该功率放大器在该频率范围所对应的负载拉移阻抗。

2.如权利要求1所述的移动通信装置，其中，当该入射功率和/或该反射功率变动时，该控制器根据该频率范围、该入射功率和该反射功率设定该可调匹配电路，以使该输出阻抗趋近该负载拉移阻抗。

3.如权利要求1所述的移动通信装置，其中，当来自一基地台的信号强度小于一临界值时，该控制器根据该频率范围、该入射功率和该反射功率设定该可调匹配电路，以使该输出阻抗趋近该负载拉移阻抗。

4.如权利要求1所述的移动通信装置，其中，当来自一基地台的信号强度小于一临界值，而且该入射功率和/或该反射功率变动时，该控制器根据该频率范围、该入射功率和该反射功率设定该可调匹配电路，以使该输出阻抗趋近该负载拉移阻抗。

5.如权利要求1所述的移动通信装置，其中该控制器根据该频率范围、该入射功率和该反射功率，自一查找表取得一组设定值，并使用该组设定值设定该可调匹配电路，以使该输出阻抗趋近该负载拉移阻抗。

6.如权利要求5所述的移动通信装置，其中该移动通信装置使用多个频率范围，每一上述频率范围是该移动通信装置支持的一通信协议所使用的一频段或一频道，而且每一上述频率范围在该查找表中对应至少一组设定值。

7.如权利要求5所述的移动通信装置，其中该可调匹配电路包括至少一可调元件，每一上述可调元件为可调电感或可调电容，该组设定值包括每一上述可调元件的一设定值，每一上述可调元件的该设定值决定该可调元件的阻抗，上述至少一可调元件的阻抗决定该输出阻抗。

8.如权利要求1所述的移动通信装置，其中该控制器在设定该可调匹配电路之后对该可调匹配电路进行微调，以使该输出阻抗更趋近该负载拉移阻抗。

9.一种阻抗匹配方法，适用于一移动通信装置，该移动通信装置包括一天线、一可调匹配电路、以及一功率放大器，该可调匹配电路耦接于该天线和该功率放大器之间并决定该功率放大器发送至该天线的射频信号在进入该可调匹配电路时所遭遇的输出阻抗，该阻抗匹配方法包括：

检测该射频信号进入该天线的入射功率和该天线的反射功率；以及

根据该移动通信装置目前使用的频率范围、该入射功率和该反射功率设定该可调匹配电路，以使该输出阻抗趋近该功率放大器在该频率范围所对应的负载拉移阻抗。

10.如权利要求9所述的阻抗匹配方法，还包括：

当该入射功率和/或该反射功率变动时，根据该频率范围、该入射功率和该反射功率设定该可调匹配电路，以使该输出阻抗趋近该负载拉移阻抗。

11.如权利要求9所述的阻抗匹配方法，还包括：

当来自一基地台的信号强度小于一临界值时，根据该频率范围、该入射功率和该反射功率设定该可调匹配电路，以使该输出阻抗趋近该负载拉移阻抗。

12.如权利要求9所述的阻抗匹配方法，还包括：

当来自一基地台的信号强度小于一临界值，而且该入射功率和/或该反射功率变动时，根据该频率范围、该入射功率和该反射功率设定该可调匹配电路，以使该输出阻抗趋近该负载拉移阻抗。

13.如权利要求9所述的阻抗匹配方法，其中设定该可调匹配电路的步骤包括：

根据该频率范围、该入射功率和该反射功率，自一查找表取得一组设定值；以及

使用该组设定值设定该可调匹配电路，以使该输出阻抗趋近该负载拉移阻抗。

14.如权利要求13所述的阻抗匹配方法，其中该移动通信装置使用多个频率范围，每一上述频率范围是该移动通信装置支持的一通信协议所使用的一频段或一频道，而且每一上述频率范围在该查找表中对应至少一组设定值。

15.如权利要求13所述的阻抗匹配方法，其中该可调匹配电路包括至少一可调元件，每一上述可调元件为可调电感或可调电容，该组设定值包括每一上述可调元件的一设定值，每一上述可调元件的该设定值决定该可调元件的阻抗，上述至少一可调元件的阻抗决定该输出阻抗。

16.如权利要求9所述的阻抗匹配方法，在设定该可调匹配电路的步骤之后还包括：

对该可调匹配电路进行微调，以使该输出阻抗更趋近该负载拉移阻抗。

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