一種自適應匹配電路的製作方法

2023-05-07 06:02:06

本實用新型屬於高頻收發電路的阻抗匹配領域，更具體地說，是一種自適應匹配電路。

背景技術：

高頻信號傳輸的時候當輸入輸出阻抗不匹配的時候，會發生反射效應導致輸出端的能量無法有效輸出到輸入端，故高頻線路前後級通常添加阻抗匹配電路。通常用於高頻匹配的元器件為定製的電容、電感或者開路微帶線、短路微帶線。

在信號源和負載阻抗均保持不變的情況下，用固定匹配可以滿足要求，但是在很多時候負載的阻抗會跟隨環境的變化而變化。比如天線單元，通常設計天線的時候都是按照自由空間環境設計，但是當天線靠近金屬、人體或者其它介電常數大於1的介質的時候，其阻抗特性將會發生變化。在這種情況下，如果電路中的匹配單元採用了恆定值，那麼原本自由空間下輸入、輸出之間阻抗匹配的單元將不再匹配，從而降低了能量傳輸效率。匹配電路本身的元器件隨著溫度的變化特性也發生變化，同樣有可能導致上述不匹配情況。

技術實現要素：

本實用新型的目的是克服現有技術的不足或缺陷，提供一種自適應匹配電路，該自適應匹配電路可自動檢測電路適配情況並調整匹配電路值。

為了實現上述目的，本實用新型採用了如下技術方案：

一種自適應匹配電路包括：射頻收發單元，其用於實現射頻信號的發送與接收；負載單元，其通過傳輸線與所述射頻收發單元連接，所述負載單元為能量接收載體；檢波單元，其設於所述射頻收發單元與負載單元之間，該檢波單元用於採集所述射頻收發單元與所述負載單元之間傳輸線上能量值，並發出一檢波輸出信號；阻抗變換單元，其設於所述檢波單元與所述負載單元之間，所述阻抗變換單元用於實現所述射頻收發單元與負載單元之間的阻抗匹配；控制單元，其輸入端連接所述檢波單元，其輸出端連接所述阻抗變換單元，所述控制單元接收所述檢波輸出信號並輸出控制信號改變所述阻抗變換單元以實現最佳匹配。

在電路匹配時，所述射頻收發單元輸出的高頻信號電壓峰值小於失配時候電壓峰值。

所述檢波單元由耦合器和檢波器組合而成。

所述阻抗變換單元為電容、電感、開路微帶線、短路微帶線的連接組合。

所述阻抗變換單元設有一變容二極體作為阻抗變換器件之一。

所述變容二極體上串聯有電感。

所述控制單元中預存有檢波單元輸出與實際傳輸效率的對應關係，該對應關係作為所述控制單元輸出最佳控制信號的依據。

由於採用了上述技術手段，本申請的自適應電路通過檢波單元自動檢測電路適配情況，並通過檢波單元、控制單元和阻抗變換單元的共同作用來調整匹配電路值，可有效地避免匹配電路無法匹配的情況，提高高頻信號能量的傳輸效率。

附圖說明

圖1為本申請的系統框圖；

圖2為本申請的一實施例的電路設計示意圖。

圖3為並聯電容電感在smith原圖上的阻抗變化趨勢圖；

圖4為串聯電容電感在smith原圖上的阻抗變化趨勢圖；

圖5為本申請自適應匹配電路的阻抗優化方法的流程示意圖。

圖中符號：

1.射頻收發單元；2.檢波單元；3.阻抗變換單元；4.負載單元；

5.控制單元。

具體實施方式

通過以下實施例並結合其附圖的描述，可以進一步理解其實用新型的目的、具體結構特徵和優點。

參見圖1所示，圖1為本申請的系統框圖。本申請的自適應匹配電路包括射頻收發單元1、檢波單元2、阻抗變換單元3、負載單元4以及控制單元5。其中：

射頻收發單元1是用於實現射頻信號的發送與接收。例如藍牙收發晶片，輸出功率一般不超過10mW。在電路匹配的時候，所述射頻收發單元輸出的高頻信號電壓峰值小於失配時候電壓峰值。

負載單元4是通過傳輸線與所述射頻收發單元連接，所述負載單元為能量接收載體。負載單元4可以為接收端或者發射天線。

檢波單元2設於所述射頻收發單元與負載單元之間，該檢波單元用於採集所述射頻收發單元與所述負載單元之間傳輸線上能量值，並發出一檢波輸出信號。檢波單元2不能對射頻收發單元發出的射頻信號的正常傳輸造成很大影響。舉例：檢波單元2可以是耦合器和檢波器的組合，耦合器採用20dB或更高耦合比的耦合器，這樣對於有效信號傳輸的影響將小於1％。檢波器可以是峰值檢波器，當射頻收發單元1與負載單元4之間失配的時候傳輸線路上存在駐波，從而導致檢波器檢測到的信號值與電路匹配時候不一致，控制單元5據此來調整阻抗匹配單元3。由於接收信號一般非常微弱，本實用新型中檢波的過程一般發生在射頻收發單元1發射的時候。利用匹配電路正向傳輸和反向傳輸特性相同的特點，在收發公共端發射的最佳匹配通常適用於接收通路。

阻抗變換單元3設於所述檢波單元2與所述負載單元4之間，所述阻抗變換單元3用於實現所述射頻收發單元1與負載單元4之間的阻抗匹配。阻抗變換單元3可以是電容、電感、開路微帶線、短路微帶線的合理連接組合。本實用新型中引入變容二極體作為阻抗變換器件之一，控制單元5通過加在變容二極體上電壓值的變化來實現阻抗匹配單元根據負載的變化動態優化調整自身阻抗值。

控制單元5的輸入端連接所述檢波單元2，其輸出端連接所述阻抗變換單元3。所述控制單元5接收所述檢波輸出信號並輸出控制信號改變所述阻抗變換單元3以實現最佳匹配。所述控制單元5中預存有檢波單元輸出與實際傳輸效率的對應關係，該對應關係作為所述控制單元5輸出最佳控制信號的依據。

參見圖2所示，圖2為本申請的一實施例的電路設計示意圖。在電路設計的過程中，考慮到並聯電容只能沿著smith原圖中導納原圖向下變換而無法匹配某些區域，可以在變容二極體上串聯一顆合適值的電感來調節。

如圖2所示，第二電容C2與第五電容C5為隔直電容，第一電容C1與第三電容C3為變容二極體，其電容值隨著加載在其兩端的電壓值變化而變化，具體控制電壓大小由控制單元5輸出第一控制信號CTR1和第二控制信號CTR2來控制。第一電容C1、第一電感L1、第三電容C3、第二電感L2、第四電容C4共同構成阻抗變換單元。如圖2所示，電路板U3和電路板U5一起構成檢波單元2，其輸出信號輸入控制單元5。控制單元5根據檢波單元2輸入的信號判斷當前是否負載單元4阻抗發生變化，如果變化則通過第一控制信號CTR1和第二控制信號CTR2來調整電路中第一電容C1與第三電容C3的大小。在改變控制信號的過程中檢查檢波單元2輸入，選擇與出廠記錄的最佳匹配時候的輸入值最小的第一控制信號CTR1和第二控制信號CTR2作為當前控制電壓使用。第一電感L1和第二電感L2的作用是為了解決並聯電容只能沿著smith導納原圖向下阻抗變換，串聯電容只能沿著smith阻抗原圖向下阻抗變換問題。關於並聯電容電感和串聯電容電感在smith原圖上的阻抗變化趨勢，可參照圖3和圖4。假設負載初始阻抗在途中1點位置，則先串聯電感阻抗將由1點往2點變化，後調隨著第一電容C1和第三電容C3的增大有2點向3點變化。變化的範圍根據選擇的變容二極體可變電容範圍而定。

本實用新型的自適應匹配電路的阻抗優化方法，參見圖5所示，該方法包括以下步驟：

步驟1：所述控制單元5預存最佳匹配時對應的檢波電路(U3和U5)輸出值與控制信號電壓值，並將所述該最佳匹配時對應的檢波電路輸出值與控制信號電壓值記為設定值。

步驟2：檢波單元2檢測所述射頻收發單元1與所述負載單元4之間傳輸線上能量值，並輸出一檢波輸出信號。所述控制單元5檢測所述檢波輸出信號是否始終處於接近所述設定值附近。如果小於設定值則保持控制電壓不變，進行步驟5；如果大於設定值則，進行步驟3。

步驟3：在可控電壓範圍內連續改變輸出控制信號電壓值，並記錄對應電壓值的檢波電路輸出。

步驟4：根據步驟3的檢波器輸出記錄結果，與步驟1中記錄的最佳匹配時候檢波電路輸出值比較，選擇差值最小的值為當前最佳匹配值，固定用該控制電壓控制所述阻抗變換單元。

步驟5：等待所述檢測單元下一次檢測開啟。

以藍牙天線匹配電路設計為例，具體實現阻抗匹配動態調整過程如下：

(1).產品生產階段，記錄最佳匹配時候對應的檢波電路輸出值與控制信號電壓值；

(2).控制單元檢測檢波電路輸出，是否始終處於接近最佳匹配時候輸出值附近，如果是則保持控制電壓不變，如果不是，進行(3)；

(3).在可控電壓範圍內連續改變輸出控制信號電壓值，並記錄對應電壓值的檢波電路輸出；

(4).根據(3)的檢波器輸出記錄結果，與(1)中記錄的最佳匹配時候檢波電路輸出值比較，差值最小的值為當前最佳匹配值，固定用此控制電壓控制匹配電路中的變容二極體；

(5).間隔設定時間後，重複上述(2)～(4)，以防止天線周圍環境變化導致再一次不匹配情況。

本實用新型最大優勢是在一定範圍內可以根據設備天線的安裝環境調整匹配電路，優化高頻信號能量傳輸效率，減少信號線上的反射效應，增加信號傳輸距離。

應理解，這些實施方式僅用於說明本申請而不用於限制本申請的範圍。此外應理解，在閱讀了本申請講授的內容之後，本領域技術人員可以對本申請作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。