JP2001274651A - インピーダンス整合装置、インピーダンス整合用コンダクタンス検出回路、およびインピーダンス整合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 迅速かつ精度良くインピーダンス整合を行
う。 【解決手段】 整合部３０は、コンダクタンス検出回路
４４と、抵抗分検出回路４３とを備える。制御部６０
は、検出したコンダクタンスおよび抵抗分に基づいてイ
ンピーダンス可変要素（可変コイル５１、可変容量５
２，５３）の整合手順および調整量を算出し、これらを
制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は伝送線路、特に高周
波回路の伝送線路のインピーダンス整合に関する。

【０００２】

【従来の技術】伝送線路のインピーダンス整合は、信号
の伝送効率を高めるため重要な技術である。このような
インピーダンス整合を必要とするシステムとしては例え
ば無線通信システムがある。無線通信システムでは、空
中線側と通信機側とでインピーダンスを整合し、信号の
伝送効率の向上を図っている。ここで図を参照して従来
のインピーダンス整合部を備えた無線送信システムにつ
いて説明する。図９には従来の無線送信システムの概略
構成図を、図１０には従来のインピーダンス整合手順の
スミスチャートによる説明図を、それぞれ示す。

【０００３】この無線送信システム２は伝送線路１００
において、送信部１０、増幅部２０、整合部３０、およ
び空中線７０を直列に備える。送信部１０で生成された
送信信号は、増幅部２０で増幅され、整合部３０を介し
て空中線７０例えばアンテナより空中へ送信される。整
合部３０は、検出部４０、調整部５０、および制御部６
０を備え、調整部５０の入力端から出力側を見た時のイ
ンピーダンスＺ_L＝Ｒ_L＋ｊＸ_L（Ｚ_L：複素インピーダン
ス、Ｒ_L：レジスタンス［抵抗分］、Ｘ_L：リアクタン
ス、ｊ：虚数）を送信部１０側のインピーダンスに整合
する。検出部４０は、信号の定在波比を検出するＶＳＷ
Ｒ検出回路４１と信号の位相φを検出する位相検出回路
４２とを備える。調整部５０は、インピーダンス可変要
素として、伝送線路１００に直列に設けられた可変コイ
ル５１、該可変コイル５１の信号源側（送信部１０側）
において伝送線路１００に並列に設けられた可変容量５
２、および該可変コイル５１の負荷側（空中線７０側）
に並列に設けられた可変容量５３を備える。これらの要
素（５１〜５３）は、調整部５０において制御部６０か
らの信号に応じてそれぞれ可変駆動される。可変コイル
５１は伝送線路に直列なインダクタンス成分を、また可
変容量５２，５３は伝送線路に並列なキャパシタンス成
分を、それぞれ調整例えば増加することができる。各可
変素子の値が０の場合はインピーダンスＺＬは空中線７
０のインピーダンスに等しい制御部６０は、検出部４０
で検出された各検出信号に基づいて可変コイル５１およ
び可変容量５２，５３を調整制御し、伝送線路に直列な
インダクタンス成分および／または並列なキャパシタン
ス成分を調整することにより、インピーダンス整合を行
う。

【０００４】上記構成による従来のインピーダンス整合
方法について説明する。整合部３０は、まず調整部５０
のインピーダンス可変要素即ち可変コイル５１あるいは
可変容量５２，５３を調整し、位相検出回路４２により
検出される位相φが０になるまでインピーダンスＺ_Lを
変更する。次いで位相φをφ＝０に維持しながら可変要
素をさらに調整し、インピーダンスＺ_Lを目標値に整合
する。整合状態の判別はＶＳＷＲ検出回路４１により検
出した定在波比により行う。

【０００５】この従来の整合方法の具体例について、図
１０のスミスチャートを用いて説明する。このチャート
において、横軸は反射係数の実軸ｕ、縦軸は反射係数の
虚軸ｖを示す。また、最外円に対して右側で内接する円
は等抵抗線（実線の円）を示す。等抵抗線のうち、最外
円はＲ_L＝０を、右端の点はＲ_L＝∞を、そして虚軸ｖと
接する円はＲ_L＝Ｒ_oを、それぞれ示す。また最外円に対
して左側で内接する円は等コンダクタンス線（破線の
円）を示す。等コンダクタンス線のうち、最外円はＧ_L
＝０（Ｇ_L：コンダクタンス；Ｇ_L＝Ｒ_L／（Ｒ_L ²＋
Ｘ_L ²））を、左端の点はＧ_L＝∞を、そして虚軸ｖと接
する円はＧ_L＝１／Ｒ_oを、それぞれ示す。また、この図
において検出信号の位相φは、実軸ｕにおいて０、実軸
ｕより上側の領域（即ちｖ＞０）において正、また実軸
ｕより下側の領域（即ちｖ＜０）において負となる。ス
ミスチャート上では、伝送線路に並列なキャパシタンス
成分（以下単に並列キャパシタンス成分と記す）の増大
は、等コンダクタンス線上の時計回りの移動として、ま
た、伝送線路に直列なインダクタンス成分（以下単に直
列なインダクタンス成分と記す）の増大は、等抵抗線上
の時計回りの移動として、それぞれ示される。

【０００６】このようなスミスチャートにおいて、整合
前のインピーダンスＺ_Lは例えば点Ｐｓとして示され
る。整合部３０は、この状態からまず可変容量５３のキ
ャパシタンスを増大させる。するとインピーダンスＺ_L
は点Ｐｓの状態から等コンダクタンス線上を時計回りに
移動して、実軸ｕ即ち位相φ＝０に近づく。位相φが０
となったこと（点Ｐｗ）を認識すると、制御部６０は、
並列キャパシタンス成分と直列インダクタンス成分とを
交互に少しずつ増大させる。より具体的には、まず位相
φ＝０の状態（点Ｐｗ）から可変容量５３により並列キ
ャパシタンス成分を微増させ（φ＜０となる）、次いで
直列インダクタンス成分を微増させて再び位相φ＝０と
し、この工程を繰り返す。この様子をスミスチャートで
示すと、インピーダンスＺ_Lは、点Ｐｗから実軸ｕに沿
って鋸歯状の軌跡を描いて中心点に近づく。そして制御
部６０は、ＶＳＷＲ検出回路４１により定在波比が所定
の値より小さくなった時点（Ｐｔ）でインピーダンス整
合がとれたと判断し、インピーダンス整合を終了する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述したように従来の
インピーダンス調整では、まずインピーダンス可変要素
を調整して、信号の位相φが０となる点を検出する。し
かしながらこのような調整では、インピーダンスＺ_Lの
状態によっては、例えば図１０においてそのインピーダ
ンスＺ_LがＰ_VやＰ_Xの位置として示される状態にある場
合には、φ＝０に移動するために必要な並列キャパシタ
ンス成分や直列インダクタンス成分の量が、実際に必要
な量よりも著しく大きくなる場合があり、調整に時間が
かかってしまうという問題があった。またφ＝０に整合
した時のインピーダンスＺ_L自体も整合目標から大きく
乖離し、φ＝０に沿った整合目標点Ｏへの調整にさらに
時間を要してしまうという問題があった。

【０００８】また前述したように、従来は、インピーダ
ンス調整を、位相をφ＝０の近傍に維持しつつ並列キャ
パシタンス成分の漸増と直列インダクタンス成分の漸増
とを交互に切り替えてこれを反復することにより行って
いた。このため、この可変要素の切り替えに要する時間
分、調整時間が増大してしまうという問題があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題に鑑み、本発明
のインピーダンス整合装置は、伝送線路の抵抗分を検出
する抵抗検出回路と、伝送線路のコンダクタンスを検出
するコンダクタンス検出回路とを備える。抵抗分あるい
はコンダクタンスの検出により、インピーダンスの状態
に応じた調整を行うことが可能となり、調整に要する時
間を短縮することが可能となるとともに、調整精度をよ
り向上することが可能となる。

【００１０】また本発明のインピーダンス整合装置は、
抵抗分あるいはコンダクタンスの検出値に応じたインピ
ーダンス可変要素の整合手順を記憶する記憶部を有し、
制御部は、検出値に基づいて記憶された整合手順を読み
出してインピーダンス整合を行う。このため、インピー
ダンスの状態あるいは整合装置の状態に応じて適切な手
順によりインピーダンスの調整を行うことができるた
め、より迅速かつより高精度にインピーダンス調整を行
うことが可能となる。

【００１１】また本発明のインピーダンス整合装置は、
抵抗分あるいはコンダクタンスの検出値に応じてインピ
ーダンス可変要素の調整量を算出し、これに基づいてイ
ンピーダンスの整合を行う。このため、より精度よくイ
ンピーダンス調整を行うことが可能となるとともに、調
整回数を低減し、インピーダンス調整に要する所要時間
を短縮することが可能となる。

【００１２】また本発明のインピーダンス整合用コンダ
クタンス検出回路は、電圧検出部と、信号電流を電圧と
して検出するカレントトランスとを有し、カレントトラ
ンスにおいて検出された電圧と、カレントトランスにお
いて検出された電圧と信号電圧との差分の電圧と、に基
づいてコンダクタンスを検出する。このような構成によ
り、コンダクタンスを判別することが可能となり、より
迅速かつより高精度にインピーダンス調整を行うことが
可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を無線送信システム
に適用した本発明の実施の形態について図面を参照しな
がら説明する。まず、図６を用いて、本実施形態におけ
るインピーダンス整合について概説する。図６は、本実
施形態におけるインピーダンス別の整合について示すス
ミスチャートである。

【００１４】整合目標点Ｏは、Ｒ_L＝Ｒ_oの等抵抗線およ
びＧ_L＝１／Ｒ_oの等コンダクタンス線の接する点であ
る。本実施形態ではこれを利用して、まずＲ_L＝Ｒ_oもし
くはＧ _L＝１／Ｒ_oのいずれか一方に調整し、その後他方
に調整する。これを図６のスミスチャート上で見ると、
まずＲ_L＝Ｒ_oもしくはＧ_L＝１／Ｒ_oのうちいずれかの円
上に調整し、次にこの円にそって整合目標点Ｏまで移動
させることになる。この一例について示すと、抵抗分Ｒ
_LがＲ_L＞Ｒ_oである場合（例えば領域Ａの点Ｐｓａ）、
まず抵抗分Ｒ_LがＲ_oとなるまで並列キャパシタンス成分
を増加する（Ｐｒａ）。この動きは、等コンダクタンス
線上の時計回りの移動として示される。この状態即ち抵
抗分Ｒ_L＝Ｒ_oの状態からは、直列インダクタンス成分を
増加すれば、インピーダンスＺ_Lは等抵抗線Ｒ_L＝Ｒ_o上
を時計回りに移動して整合目標点Ｏに到達する（Ｐ
ｔ）。このようにすれば切り替え回数を低減することが
でき、かつ必要最低限の調整量で済むので、整合に要す
る時間を短縮することが可能となる。また本実施形態で
はこの調整に際し、抵抗分Ｒ_LおよびコンダクタンスＧ_L
の検出値に基づいてインピーダンス調整量（ここでは並
列キャパシタンス成分、および直列インダクタンス成分
の増大量）を算出する。これによりさらに整合時間を短
縮し整合精度を向上することができる。

【００１５】このようなインピーダンス調整を実現させ
るため、本実施形態では、コンダクタンス検出回路４
４、抵抗分検出回路４３、抵抗分あるいはコンダクタン
スに応じた整合手順を記憶する記憶部８０例えばメモ
リ、検出された抵抗分あるいはコンダクタンスに基づい
て整合手順を決定する整合手順決定部（制御部例えばＣ
ＰＵ６０）、およびインピーダンス調整量を算出するイ
ンピーダンス調整量算出部（制御部例えばＣＰＵ６０）
を備える。以下、これらについて詳細に説明する。ここ
で、図１には、無線送信システムの概略構成図を、図２
には、コンダクタンス検出回路のブロック図を、図３に
は、抵抗分検出回路のブロック図を、図４には、コンダ
クタンス検出回路の回路図を、また図５には、抵抗分検
出回路の回路図を、それぞれ示す。なお、本実施形態に
かかる無線送信システム１のうち、送信部１０、増幅部
２０、空中線７０、ＶＳＷＲ検出回路４１および位相検
出回路４２については前述した従来の無線送信システム
２と同様の構成であるためその詳細な説明を省略する。
また、本実施形態においても、伝送線路１００における
信号の電圧をＶ_L、電流をＩ_L、負荷（ここでは調整部５
０の入力端）側のインピーダンスをＺ_L＝Ｒ_L＋ｊＸ_L、
また負荷側のアドミッタンスをＹ_L＝Ｇ_L＋ｊＢ_Lとす
る。

【００１６】＜コンダクタンスの検出＞ コンダクタン
ス検出回路４４は、図２に示すように、電圧検出部４４
１、電流検出部４４２、および検波部４４４，４４５を
有する。電圧検出部４４１は、信号電圧Ｖ_Lを分圧Ｅ_V2
として検出し、電流検出部４４２は、信号電流Ｉ_Lを電
圧Ｅ_I2として検出する。これら検出された電圧Ｅ_V2およ
びＥ_I2よりこれらをベクトル的に減算した差分の電圧Ｅ
_V2−Ｅ_I2が算出される。検波部４４４，４４５は、前記
差分電圧の大きさ｜Ｅ_V2−Ｅ_I2｜、および電流検出部に
おける電圧の大きさ｜Ｅ_I2｜をそれぞれ検出する。これ
らの値が制御部６０へ送られる。

【００１７】このコンダクタンス検出回路４４の回路構
成の一例を図４に示す。この回路４４には、電圧検出部
４４１として、伝送線路１００と接地との間にコンデン
サＣ ₂₁およびＣ₂₂が直列に備えられる。これらコンデン
サ（Ｃ₂₁，Ｃ₂₂）の間の電圧がＥ_V2（Ｅ₂₁）に相当す
る。また、この回路４４は、電流検出部４４２として伝
送線路１００を１次巻線とする巻数の等しい二つのカレ
ントトランス（Ｎ₂₂，Ｎ ₂₃）を有する。このうち第一の
カレントトランスＮ₂₂には抵抗Ｒ₂₂が並列に接続され、
その一端は前記コンデンサＣ₂₁およびＣ₂₂の間に接続さ
れ、この他端の電圧Ｅ₂₂が検出される。電圧Ｅ₂₂は、電
圧Ｅ_V2（Ｅ₂₁）と電圧Ｅ_I2との差分の電圧（Ｅ_V2−
Ｅ_I2）に相当する。また第二のカレントトランスＮ₂₃は
抵抗Ｒ₂₃を並列に接続し、その一端側を接地する。また
この他端側の電圧Ｅ₂₃は電圧Ｅ_I2として検出される。そ
して電圧Ｅ₂₂（＝Ｅ_V2−Ｅ_I2）およびＥ₂₃（＝Ｅ_I2）が
検波部４４４，４４５に送られる。

【００１８】このコンダクタンス検出回路４４における
コンダクタンスの検出原理について説明する。この回路
において、電圧Ｅ₂₂およびＥ₂₃はそれぞれ、

【数１】

【数２】 である。ここに、Ｋ₂₁＝Ｃ₂₁／（Ｃ₂₁＋Ｃ₂₂）、Ｃ₂₁，
Ｃ₂₂：コンデンサＣ₂₁，Ｃ₂₂の容量、Ｋ₂₂＝Ｒ₂₂／（Ｎ
₂₂・Ｒｏ）、Ｋ₂₃＝Ｒ₂₃／（Ｎ₂₃・Ｒｏ）、Ｒ₂₂，
Ｒ₂₃：抵抗Ｒ₂₂，Ｒ₂₃の抵抗値、Ｎ₂₂，Ｎ₂₃：カレント
トランスＮ₂₂，Ｎ₂₃の巻数。ここでＮ₂₂＝Ｎ₂₃，Ｒ₂₂＝
Ｒ₂₃とすれば、Ｋ₂₂＝Ｋ₂₃となる。さらにここで、｜Ｅ
₂₂｜＝｜Ｅ₂₃｜、即ち｜Ｅ_V2−Ｅ_I2｜＝｜Ｅ_I2｜とすれ
ば、

【数３】

【数４】

【数５】 従って、

【数６】 となる。本実施形態のコンダクタンス検出回路４４で
は、Ｋ₂₁＝２Ｋ₂₂＝２Ｋ₂₃となるよう、各回路要素が構
成されている。この場合、式（６）は、Ｇ_L＝Ｇ_o＝１／
Ｒ_oとなる。即ち本実施形態の回路４４では、｜Ｅ₂₂｜
＝｜Ｅ₂₃｜となった場合に、コンダクタンスＧ_Lは１／
Ｒ_oに等しくなる。このようにして電圧Ｅ_V2と電圧Ｅ_I2
との差分の電圧（即ちＥ₂₂）と、電圧Ｅ_I2（即ちＥ₂₃）
とに基づいて、これらの大きさにより、コンダクタンス
Ｇ_Lを判別することができる。

【００１９】＜抵抗分の検出＞ 抵抗分検出回路４３
は、図３に示すように、電圧検出部４３１、電流検出部
４３２、および検波部４３４，４３５を有する。電圧検
出部４３１は、分圧Ｅ_V1を検出し、電流検出部４３２
は、信号電流Ｉ_Lを電圧Ｅ_I1として検出する。これら検
出された電圧Ｅ_V1およびＥ_I1よりこれらをベクトル的に
減算した差分の電圧Ｅ_V1−Ｅ_I1が算出される。検波部４
３４，４３５は、電圧Ｅ_V1の大きさ｜Ｅ_V1｜、および前
記差分の電圧の大きさ｜Ｅ_V1−Ｅ_I1｜をそれぞれ検出す
る。これらの値が制御部６０へ送られる。

【００２０】この抵抗分検出回路４３の回路構成の一例
を図５に示す。この抵抗分検出回路４３には、電圧検出
部４３１として、伝送線路１００と接地との間にコンデ
ンサＣ₁₁およびＣ₁₂が直列に備えられる。これらコンデ
ンサ（Ｃ₁₁，Ｃ₁₂）間の電圧が電圧Ｅ₁₁として検出さ
れ、これが分圧Ｅ_V1に相当する。また、この回路４３は
電流検出部４３２として伝送線路１００を１次巻線とす
るカレントトランスＮ₁₂を有する。このカレントトラン
スＮ₁₂には抵抗Ｒ₁₂を並列に接続し、その一端側は前記
コンデンサＣ₁₁およびＣ₁₂の間に接続される。またこの
他端側の電圧Ｅ₁₂が検出される。電圧Ｅ₁₂は、電圧Ｅ_V1
と電圧Ｅ_I1との差分の電圧Ｅ_V1−Ｅ_I1に相当する。そし
て電圧Ｅ₁₁（＝Ｅ_V1）およびＥ₁₂（＝Ｅ_V1−Ｅ_I1）が検
波部４３４，４３５に送られる。

【００２１】この抵抗分検出回路における抵抗分の検出
原理について説明する。この回路において、電圧Ｅ₁₁お
よびＥ₁₂はそれぞれ、

【数７】

【数８】 となる。ここに、Ｃ₁₁，Ｃ₁₂：コンデンサＣ₁₁，Ｃ₁₂の
容量、Ｋ₁₁＝Ｃ₁₁／（Ｃ ₁₁＋Ｃ₁₂）、Ｋ₁₂＝Ｒ₁₂／（Ｎ
₁₂・Ｒｏ）、Ｒ₁₂：抵抗Ｒ₁₂の抵抗値、Ｎ₁₂：カレント
トランスＮ₁₂の巻数。ここで｜Ｅ₁₁｜＝｜Ｅ₁₂｜、即ち
｜Ｅ_V1｜＝｜Ｅ_V1−Ｅ_I1｜とすれば、

【数９】

【数１０】

【数１１】 従って、

【数１２】 となる。本実施形態の抵抗分検出回路４３では、Ｋ₁₂＝
２・Ｋ₁₁となるよう、各回路要素が構成されている。こ
の場合、式（１２）は、Ｒ_L＝Ｒ_oとなる。即ち、本実施
形態の回路４３では、｜Ｅ₁₁｜＝｜Ｅ₁₂｜となった場合
に、抵抗分Ｒ_Lは信号源側の抵抗分Ｒ_oに等しくなる。こ
のようにして、電圧Ｅ_V1（即ちＥ₁₁）と、電圧Ｅ_V1と電
圧Ｅ_I1との差分の電圧（即ちＥ₁₂）とに基づいて、これ
らの大きさにより抵抗分Ｒ_Lを判別することができる。

【００２２】制御部６０は、インピーダンス調整の際の
整合部３０の制御を司るとともに、インピーダンス整合
にかかる各種演算を行う。検出した電圧（Ｅ_V1、Ｅ_V1−
Ｅ_I1、Ｅ_V2−Ｅ_I2、およびＥ_I2）に基づいて、抵抗分Ｒ
_LおよびコンダクタンスＧ_Lを算出し、調整部５０のイン
ピーダンス可変要素を調整する。この調整については後
に詳しく述べる。また、制御部６０は、インピーダンス
可変要素の調整量算出を行う。この調整量の算出につい
て説明する。まず、検出した電圧に基づいて、抵抗分Ｒ
_LおよびコンダクタンスＧ_Lを求める。これらは以下の式
により求めることができる。

【数１３】 Ｋ₁₂＝２Ｋ₁₁より、

【数１４】 ただし、Ｅ₁₃は、別に設けた図示しないカレントトラン
スによる電流検出電圧であり、Ｅ₁₃＝Ｉ_L・Ｒ₁₃／Ｎ₁₃
＝Ｋ₁₃・Ｒｏ・Ｉ_L、Ｋ₁₃＝Ｒ₁₃／（Ｎ₁₃・Ｒｏ）、Ｋ
₁₃＝２Ｋ₁₁である。

【数１５】 Ｋ₂₁＝２Ｋ₂₂、およびＫ₂₂＝Ｋ₂₃より、

【数１６】 そして、これらの式より、インピーダンスＺ_Lが図６に
示すＢまたはＤの領域にある場合には、可変コイル５１
の調整量Ｌ_m1と可変容量５２の調整量Ｃ_m1はそれぞれ、

【数１７】

【数１８】 となる。また、インピーダンスＺ_Lが図６に示すＡまた
はＣの領域にある場合には、可変容量５３の調整量Ｃ_m2
と可変コイル５１の調整量Ｌ_m2はそれぞれ、

【数１９】

【数２０】 ここに、ｆ：信号周波数、Ｘ_L：リアクタンス。なお、
Ｘ_Lは、公知の方法により上記検出電圧等より求めるこ
とができる。これら算出した調整量に基づいて、制御部
６０はインピーダンス可変要素を調整する。

【００２３】記憶部８０には、抵抗分、コンダクタンス
および位相に応じた整合手順が例えばマップとして記憶
されている。図６ではそれぞれ、Ｒ_L＞Ｒ_oの領域をＡ、
Ｇ_L＞１／Ｒ_oの領域をＢ、位相φ＞０かつ前記領域Ａ，
Ｂ以外の領域をＣ、位相φ＜０かつ前記領域Ａ，Ｂ以外
の領域をＤとしている。そして記憶部８０には、領域Ａ
およびＣに対しては可変容量５３による並列キャパシタ
ンス成分の増大を、領域ＢおよびＤに対しては可変コイ
ル５１による直列インダクタンス成分の増大を、それぞ
れ先に行うよう、領域に応じた整合手順が例えばフラグ
Ｆにより記憶されている。フラグＦは、例えば前者に対
してはＦ＝０、後者に対してはＦ＝１と設定される。

【００２４】次に、本実施形態の無線通信システムにお
けるインピーダンス整合について説明する。図７は、イ
ンピーダンス整合手順を示すフローチャートである。

【００２５】まず、調整部５０の各可変要素を０とし、
検出部４０においてインピーダンスＺ_Lの特性を検出す
る（インピーダンス特性検出工程Ｓ１１）。このとき検
出されるインピーダンスＺ_Lは空中線７０のインピーダ
ンスに等しい。本実施形態では、インピーダンス特性と
して、例えば、抵抗分Ｒ_L、コンダクタンスＧ_L、位相
φ、およびＶＳＷＲを検出する。これらの検出は前述し
た各回路により行われる。そして、検出された特性値例
えばＶＳＷＲに基づいて調整が必要か否かを判断する
（調整要否判断工程Ｓ１２）。より具体的には、記憶部
８０には、各特性ごとに整合判別閾値が記憶されてお
り、制御部６０は、特性値例えばＶＳＷＲと目標値との
差分がこの整合判別閾値より少なかった場合には調整不
要と判断する。

【００２６】構成Ｓ１２において調整が必要と判断され
た場合には、検出したインピーダンス特性に基づいて整
合手順を決定する（整合手順決定工程Ｓ１３）。より具
体的には、制御部６０は、記憶部８０に記憶されるマッ
プから、抵抗分Ｒ_L、コンダクタンスＧ_L、および位相φ
に応じた整合手順を読み出して、整合手順を認識する。
なお、本実施形態においては整合手順は２通りに設定さ
れ、これらの手順はそれぞれ大きく２段階に分けられ
る。一つは、まず並列キャパシタンス成分を増大して抵
抗分Ｒ_LをＲ_oに合わせ、次いで直列インダクタンス成分
を増大して目標値に整合する場合、そしてもう一つは、
まず直列インダクタンス成分を増大してコンダクタンス
Ｇ_Lを１／Ｒ_oに合わせ、次いで並列キャパシタンス成分
を増大して目標値に整合する場合である。ここでは、こ
のうちどちらの手順により整合を行うかをインピーダン
スＺ_Lの特性値に基づいて決定する。前述したように本
実施形態においては、図６における領域ＡまたはＣにあ
る場合には前者を、また領域ＢまたはＤにある場合には
後者を選択する。

【００２７】次に、インピーダンス可変要素の調整量を
算出する（可変要素調整量決定工程Ｓ１４）。調整量の
算出は、インピーダンスＺ_Lの特性値に応じて行なう。
本実施形態では、制御部６０は、抵抗分Ｒ_Lに基づいて
前述した式（１７）〜（２０）に基づいて調整量を算出
する。この工程Ｓ１４は例えば以下のように行われる。
まず検出された特性値と調整目標値との差分を計算する
（目標値との差分の算出工程Ｓ１４ａ）。本実施形態で
は、式（１７）〜（２０）に基づいて、インダクタンス
成分の差分量Ｌ_m1，Ｌ_m2、あるいはキャパシタンス成分
の差分量Ｃ_m1，Ｃ_m2を算出する。次に、この差分量と、
予め記憶部８０に記憶された粗微調整判別の閾値とを比
較し（差分量判別工程Ｓ１４ｂ）、差分量が大きい場合
には粗調整と微調整との２段階に分けて行うこととし、
粗微調整判別の閾値より調整量が低い場合には、微調整
のみ行うこととする。次いで調整量を算出する（調整量
の算出工程Ｓ１４ｃ）。この工程Ｓ１４ｃでは、調整量
を例えば差分量に応じた異なる式により算出する。例え
ば粗調整を行う場合には、制御部６０は、差分量より所
定量分少ない量を実際の調整量とし、微調整を行う場合
には、算出した差分量を調整量とする。差分量が大きい
場合には、調整量に誤差が生じる場合がある。このた
め、差分量が大きい場合の調整量を差分量より少なく設
定することにより、調整誤差を吸収し、より精度よく調
整を行うことができる。また、前記所定量は、特性の種
別毎（例えばＬ，Ｃ毎）に、予め記憶部８０に記憶され
ている。

【００２８】次に、決定された調整量に基づいて可変要
素の調整を行う（可変要素の調整工程Ｓ１５）。本実施
形態ではこの工程Ｓ１５において、前記工程Ｓ１４ｃで
算出した調整量の分だけ、直列インダクタンス成分ある
いは並列キャパシタンス成分を調整例えば増加する。次
にインピーダンス特性を検出し（インピーダンス特性検
出工程Ｓ１６）、行った調整が微調整であった場合には
（調整種別判別工程Ｓ１７）、この検出結果に基づいて
工程Ｓ１２と同様の手法により更なる調整が必要か否か
を判断する（調整要否判断工程Ｓ１８）。さらに調整が
必要である場合には工程Ｓ１４を行い、不要であると判
断した場合には調整を終了する。なおここでさらに調整
が必要な場合とは、抵抗分あるいはコンダクタンスのう
ち片方即ち最初に行う調整しか行われていない場合、最
初の調整がまだ終了していない場合（即ち目標値との差
分量が整合判別閾値以内でない場合）等である。また工
程Ｓ１７において、行った調整が粗調整である場合に
は、引き続き微調整を行うため工程Ｓ１４に戻る。

【００２９】前述したインピーダンス調整の一例につい
て、図６を用いて説明する。工程Ｓ１１により検出され
たインピーダンスＺ_Lが、調整の必要な値であって（工
程Ｓ１２）、スミスチャート上の領域ＡあるいはＣにあ
る場合（Ｐｓａ，Ｐｓｃ）には、先に並列キャパシタン
ス成分の増大を行い、次いで直列インダクタンス成分の
増大を行うよう、整合手順を決定する（工程Ｓ１３）。
整合目標点Ｏとの差分量を算出し（工程Ｓ１４ａ）、並
列キャパシタンス成分の差分量が粗微調整判別の閾値よ
り大きい場合には粗調整により調整を行うこととし（工
程Ｓ１４ｂ）、並列キャパシタンス成分の調整量が差分
量より所定量の分だけ少ない量として算出される（工程
Ｓ１４ｃ）。工程Ｓ１５においては、まず算出された調
整量で並列キャパシタンス成分の粗調整が行われ（Ｐｐ
ａ，Ｐｐｃ）、次いで微調整が行われる（Ｐｒａ，Ｐｒ
ｃ）。引き続き同様の手順により直列インダクタンス成
分の調整が行われ（工程Ｓ１４〜Ｓ１７）、特性値例え
ばＶＳＷＲが整合判別閾値内におさまった時点（Ｐｔ）
で整合を終了する。

【００３０】また、インピーダンスＺ_Lがスミスチャー
ト上の領域ＢあるいはＤにある場合（Ｐｓｂ，Ｐｓｄ）
にも、実施する工程自体は同じであるが、領域Ａあるい
はＣにある場合とは逆に、先に直列インダクタンス成分
の増大を行い（Ｐｇｂ，Ｐｇｄ）、次いで並列キャパシ
タンス成分の増大を行って整合をとる（Ｐｔ）。また、
点Ｐｓｂに示すように、インピーダンス特性が目標値
（この場合はＧ_L＝１／Ｒ_o）に近く、算出した差分量が
粗微調整判別の閾値より低い場合には（Ｐｓｂ）、粗調
整は行われず、微調整のみが行われる。

【００３１】なお、本発明は前述した実施の形態には限
られない。例えば、抵抗分検出回路とコンダクタンス検
出回路とを、統合した回路として構成することができ
る。図８にこの例を示す。この統合回路４５は、伝送線
路１００と接地との間にコンデンサＣ₃₁，Ｃ₃₂を直列に
接続してこれらの間の分圧Ｅ_v3を検出する電圧検出部を
備える。伝送線路１００を１次巻線とするカレントトラ
ンスＮ₃₂は、その一端側を分圧検出点に接続し、この他
端からは電圧Ｅ_32Rが検出される。またカレントトラン
スＮ₃₂に対して、二つの直列な抵抗Ｒ_32GおよびＲ_32Rが
並列に接続され、これら抵抗（Ｒ_32G，Ｒ_32R）間の電圧
Ｅ_32Gが検出される。一方、伝送線路１００を１次巻線
とするカレントトランスＮ₃₃は、一端側を接地されてい
る。またカレントトランスＮ₃₃に対して、抵抗Ｒ₃₃が並
列に接続され、一方が接地され、他方の端子から電圧Ｅ
₃₃が検出される。このような構成の回路４５において、
各要素は、 Ｎ₃₂＝Ｎ₃₃ Ｒ_32G＝Ｒ₃₃ Ｃ₃₁／（Ｃ₃₁＋Ｃ₃₂）＝Ｋ₃₁ ・・・ （２１） Ｒ₃₂／（Ｎ₃₂・Ｒ_o）＝Ｋ₃₂ ・・・（２２） とする。さらに、 Ｒ_32G／（Ｎ₃₂・Ｒ_o）＝Ｋ_32G ・・・ （２３） Ｒ₃₃／（Ｎ₃₃・Ｒ_o）＝Ｋ₃₃ ・・・ （２４） ここに、Ｎ₃₂，Ｎ₃₃：トランスＮ₃₂，₃₃の各巻数（な
お、この巻数は必ずしも等しくする必要はないが、等し
くする方が製造上は好適である。）、Ｒ_32G，Ｒ_32R，Ｒ
₃₂＝Ｒ_32R＋Ｒ_32G，Ｒ₃₃：抵抗Ｒ_32G，Ｒ_32R，Ｒ₃₂，Ｒ
₃₃の各抵抗値、Ｃ₃₁，Ｃ₃₂：コンデンサＣ₃₁，Ｃ₃₂の各
容量値。図４の回路４４および図５の回路４３の各係数
の関係から Ｋ₃₂＝２Ｋ₃₁ ・・・ （２５） Ｋ₃₃＝Ｋ₃₁／２＝Ｋ_32G ・・・ （２６） となる。ここで、Ｒ_32G＝αＲ₃₂とおくと、式（２
２），（２３）より、 Ｋ_32G＝αＲ₃₂／Ｎ₃₂・Ｒ_o＝α・Ｋ₃₂ ・・・（２７） 式（２５），（２６），および（２７）より、 Ｋ₃₁／２＝Ｋ_32G＝α・Ｋ₃₂＝α・２Ｋ₃₁ ・・・（２８） したがって、 α＝０．２５とすることにより、式（２
５）および（２６）を両立可能である。即ち、Ｒ_32Gと
Ｒ_32Rとの抵抗値の比を１：３として、前述の式（２
５），（２６）を満たすよう各回路要素を構成すること
により、 Ｅ₃₁（Ｅ_V3）：伝送線路の信号電圧 Ｅ_32R（Ｅ_V3−Ｅ_I3R）：信号電圧とカレントトランス検
出電圧との差分電圧 Ｅ₃₃（Ｅ_I3G）：カレントトランス検出電圧 Ｅ_32G（Ｅ_V3−Ｅ_I3G）：信号電圧とカレントトランス検
出電圧との差分電圧 とし、電圧Ｅ₃₁およびＥ_32Rより抵抗分Ｒ_Lを、電圧Ｅ₃₃
およびＥ_32GよりコンダクタンスＧ_Lを、それぞれ検出す
ることが可能となる。統合回路４５は、信号電圧とカレ
ントトランスによる検出電圧との差分電圧を、一つのカ
レントトランスＮ₃₁から、抵抗分とコンダクタンス分と
で異なる位置で検出する。これにより、カレントトラン
スを共用することが可能となり、システムをより小型に
かつ軽量に構成することができる。

【００３２】また各回路構成は、電圧検出部を直列な抵
抗により構成する等、同一機能を果たす等価な回路構成
とすることができる。本実施形態では、コンダクタンス
検出回路または抵抗分は電圧値を制御部６０へ出力し、
コンダクタンスあるいは抵抗分の算出を制御部６０にお
いて行う構成であったが、これに限られるものではな
く、コンダクタンスあるいは抵抗分の検出回路に、これ
ら検出電圧を比較する比較器を備え、この比較結果を出
力するような回路構成としてもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
抵抗分あるいはコンダクタンスを検出することができる
ので、より迅速にかつ精度よくインピーダンスの整合を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態にかかる無線送信システム
の構成図である。

【図２】 本発明の実施形態にかかるコンダクタンス検
出回路のブロック図である。

【図３】 本発明の実施形態にかかる抵抗分検出回路の
ブロック図である。

【図４】 本発明の実施形態にかかるコンダクタンス検
出回路の一例を示す図である。

【図５】 本発明の実施形態にかかる抵抗分検出回路の
一例を示す図である。

【図６】 本発明の実施形態にかかるインピーダンス整
合方法の説明図（スミスチャート）である。

【図７】 本発明の実施形態にかかるインピーダンス整
合方法のフローチャートである。

【図８】 本発明の実施形態にかかるコンダクタンスお
よび抵抗分の検出を統合した回路の一例を示す図であ
る。

【図９】 従来の無線通信システムの概略構成図であ
る。

【図１０】 従来のインピーダンス整合方法を示す説明
図（スミスチャート）である。

【符号の説明】

１ 無線送信システム、４３ 抵抗分検出回路、４４
コンダクタンス検出回路、５１，５２，５３ インピー
ダンス可変要素、６０ 制御部、８０ 記憶部、４４１
電圧検出部、Ｎ₂₂，Ｎ₃₂ カレントトランス。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インピーダンス整合装置であって、 伝送線路の抵抗分を検出する抵抗検出回路と、 伝送線路のコンダクタンスを検出するコンダクタンス検
   出回路と、 伝送線路に設けられたインピーダンス可変要素と、 前記検出された抵抗分またはコンダクタンスに基づいて
   前記インピーダンス可変要素を調整する制御部と、 を有するインピーダンス整合装置。
2. 【請求項２】 抵抗分およびコンダクタンスに応じたイ
   ンピーダンス整合手順を予め記憶する記憶部を有し、 前記制御部は、前記記憶部から前記検出した抵抗分また
   はコンダクタンスに応じた前記整合手順を読み出して可
   変要素を調整することを特徴とする請求項１に記載のイ
   ンピーダンス整合装置。
3. 【請求項３】 前記制御部は、前記検出した抵抗分また
   はコンダクタンスに基づいて前記インピーダンス可変要
   素の調整量を算出することを特徴とする請求項１または
   ２に記載のインピーダンス整合装置。
4. 【請求項４】 伝送線路の信号電圧を検出する電圧検出
   部と、 伝送線路の信号電流を電圧として検出するカレントトラ
   ンスと、を有し、 前記カレントトランスにおいて検出された電圧と、前記
   カレントトランスにおいて検出された電圧と信号電圧と
   の差分の電圧とからコンダクタンスを検出するインピー
   ダンス整合用コンダクタンス検出回路。
5. 【請求項５】 さらに、信号電圧と、前記カレントトラ
   ンスにおいて検出された電圧と信号電圧との差分の電圧
   とから抵抗分を検出する請求項４に記載のインピーダン
   ス整合用コンダクタンス検出回路。
6. 【請求項６】 インピーダンスの整合方法であって、 伝送線路の抵抗分を検出する工程と、 伝送線路のコンダクタンスを検出する工程と、 前記検出した抵抗分またはコンダクタンスに基づいてイ
   ンピーダンスを調整する工程と、 を有するインピーダンス整合方法。
7. 【請求項７】 さらに、前記検出した抵抗分またはコン
   ダクタンスに基づいてインピーダンスの整合手順を決定
   する工程を有することを特徴とする請求項６に記載のイ
   ンピーダンス整合方法。
8. 【請求項８】 さらに、前記検出した抵抗分またはコン
   ダクタンスに基づいてインピーダンスの調整量を決定す
   る工程を有することを特徴とする請求項６または７に記
   載のインピーダンス整合方法。