專利名稱：可變匹配電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及能夠在無線電路中根據使用頻帶來改變匹配電路的特性的可變匹配電路。
背景技術：
近年來，在移動通信系統中，通常在各種區域中使用多個頻帶來進行通信。今后， 研究進一步增加利用頻帶。這時，攜帶終端所搭載的無線電路具有頻率特性，需要對每個頻帶調整的電路,因此擔心電路規模的大型化。作為避免電路規模的龐大化的對策,例如在專利文獻I (日本特許第4464919號公報)中公開了如下的對策在匹配電路內配置開關和匹配元件，通過切換開關的ON、OFF狀態來變更匹配電路內的阻抗，從而可應對多個頻帶。如圖19所示，在專利文獻I的可變匹配電路中，為了在N個頻帶中進行動作，除了需要將作為匹配元件的線路短截線SBl連接到線路Lll之外，進一步還需要分別將作為匹配元件的N-I個線路短截線SB2 SBN經由N-I個開關SWl SWN-I而連接到N-I個線路L12 L1N。例如，為了在2個頻帶中進行動作，需要I個開關(SWl)和2個匹配元件 (SBl, SB2)，為了在3個頻帶中進行動作，需要2個開關(SW1，SW2)和3個匹配元件(SB1， SB2，SB3)。例如，在3個頻帶中使用功率放大器的情況下，在功率放大器的輸入端和輸出端的各匹配電路中分別需要2個開關和3個匹配元件。基本上，通過I個開關和I個匹配元件來實現在I個期望頻帶中的匹配，根據該方法，在開關OFF時不帶來其他的頻帶的匹配的影響，因此具有能夠獨立地調整各頻率的匹配狀態的優點。但是，產生如下的問題如果所需的頻帶數目增加則所需的開關數目和匹配元件數目呈比例地增加，安裝面積變得龐大。

發明內容
本發明的目的在于，提供一種可變匹配電路，能夠削減所安裝的部件(開關、匹配元件)數目，縮小安裝面積，或者，在使用了與專利文獻I相同數目的部件的情況下對應更多的頻帶。根據本發明的第一觀點，一種可變匹配電路，包括傳輸線路、第一和第二開關、以及第一和第二匹配元件，其中，所述第一匹配元件、所述第一開關以及所述第二開關的一端以任意的長度間隔分別連接到所述傳輸線路，所述第一和第二開關的另一端連接到所述第二匹配元件，所述第一和第二匹配元件具有開路端或短路端，能夠通過所述第一和第二開關的ON、OFF的組合來選擇頻帶。根據本發明的第二觀點，一種可變匹配電路，包括傳輸線路、第一至第N開關 (N彡2)、以及第一至第M匹配元件(N彡M彡2)，其中，第一匹配元件、第一至第N開關的一端以期望的長度間隔分別連接到所述傳輸線路，第一至第N開關的另一端無剩余地連接到第二至第M匹配元件的其中一個，所述第一至第M匹配元件的另一端被開路或者短路。根據上述結構，在將某一無線電路與多個頻帶對應時，能夠通過與以往的方法 (專利文獻I)相比少的數目的電路元件來構成可變匹配電路，因此在對該無線電路進行模塊化時，能夠降低占有面積，削減成本。


圖I是表示在多頻帶功率放大裝置中使用的可變匹配電路的結構例的圖。
圖2是表示可變匹配電路12的功能結構例的圖。
圖3是表示可變匹配電路12的功能結構例的圖。
圖4是表示可變匹配電路12的功能結構例的圖。
圖5是表示可變匹配電路12的功能結構例的圖。
圖6是表示可變匹配電路結構例的圖。
圖7A是表示可變匹配電路21的結構例的圖。
圖7B是表示可變匹配電路21的其他結構例的圖。
圖8A是將開關連接到線路短截線的頂端的圖。
圖8B是表示圖8A的特性的圖。
圖9A是將開關連接到線路短截線的中央的圖。
圖9B是表示圖9A的特性的圖。
圖10是表示可變匹配電路31的功能結構例的圖。
圖IlA是表示可變匹配電路31的開關的狀態的例子的圖。
圖IlB是表示開關的狀態的其他例子的圖。
圖12是表示實施例3的結構的圖。
圖13是表示實施例3的所有的開關為OFF時的特性的圖。
圖14是表示實施例3的SWla和SWlb為ON時的特性的圖。
圖15是表示實施例3的所有的開關為ON時的特性的圖。
圖16是表示實施例3的SW2a和SW2b為ON時的特性的圖。
圖17是表示實施例4的結構的圖。
圖18是表示實施例5的結構的圖。
圖19是表示以往的可變匹配電路的結構的圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖來說明本發明的實施例。實施例I圖I表示如下的例子將本發明的2個可變匹配電路I la、I Ib作為功率放大器AMP 的輸入側的匹配電路和輸出側的匹配電路來使用，作為整體構成了多頻帶功率放大裝置。 以下，將具有機械性的動作機構的設備作為開關(SW)來進行說明。可變匹配電路IlaUlb 是RF電路元件的一例，由可變匹配電路lla、llb和單頻帶功率放大器(以下，簡單稱為功率放大器)AMP構成多頻帶功率放大裝置100。輸入側可變匹配電路Ila由預先決定的特性阻抗的傳輸線路llLa、一端分別連接到傳輸線路IlLa的不同位置的開關SWla、SW2a、長度 Lsla的線路短截線SBla、以及一端連接有開關SWla和SW2a的另一端的長度Ls2a的線路短截線SB2a構成。線路短截線SBla、開關SWla、SW2a對于傳輸線路IlLa的連接位置是， 從功率放大器AMP的輸入端起依次隔開間隔Lla、L2a、L3a的位置。
同樣，輸出側匹配電路Ilb由傳輸線路llLb、一端分別連接到傳輸線路IlLb的不同位置的開關SWlb、SW2b、長度Lslb的線路短截線SBlb、以及一端連接有開關SWlb和SW2b 的另一端的長度Ls2b的線路短截線SB2b構成。線路短截線SBlb、開關SWlb、SW2b對于傳輸線路IlLb的連接位置是，從功率放大器AMP的輸出端起依次隔開間隔Llb、L2b、L3b的位置。可變匹配電路IlaUlb能夠分別通過開關SWla、SW2a、SWlb、SW2b的ON、OFF的狀態控制來變更頻率特性。這里，線路短截線SBla、SB2a、線路短截線SBlb、SB2b作為匹配元件來使用。此外，不經由開關而直接連接到傳輸線路IlLaUlLb的匹配元件即線路短截線 SBla、SBlb被配置在最靠近功率放大器AMP側，但無需如此，既可以連接在最遠離功率放大器AMP的位置，也可以以任意的順序連接。下面，參照圖2 圖5來說明可變匹配電路的動作。以輸出側的可變匹配電路Ilb 為例來進行說明，在以下的說明中省略用于表示各參照標號的輸出側的符號b。在圖2所示的開關SW1、SW2都處于OFF狀態的情況下，傳輸線路區間LI和線路短截線SBl貢獻于匹配，分別決定傳輸線路區間LI和線路短截線SBl的長度Lsl，使得在頻率fl (表示以頻率 Π為中心頻率的頻帶，以下相同)中進行匹配動作。如圖3所示，在開關SWl處于ON狀態并且SW2處于OFF狀態的情況下，傳輸線路區間L1、L2、線路短截線SB1、線路短截線SB2貢獻于匹配，決定傳輸線路區間L2的長度和線路短截線SB2的長度Ls2，使得在頻率f2中進行匹配動作。如圖4所示，在開關SW2處于ON狀態并且SWl處于OFF狀態的情況下，傳輸線路區間LI、L2、L3、線路短截線SB1、SB2貢獻于匹配，決定傳輸線路區間L3的長度，使得在頻率f3中進行匹配動作。進一步，如圖5所示，開關SWl、SW2都處于ON狀態的情況下， 線路短截線SBl、SB2、傳輸線路區間LI、L2、L3貢獻于匹配，在頻率f4中進行匹配動作。上述的說明也適用于，對于功率放大器AMP的輸入側的匹配電路Ila的從功率放大器AMP的輸入側看的阻抗的匹配。另外，在這里，表示了作為經由開關連接到傳輸線路 IlL的匹配元件而使用具有開路端的線路短截線SB2的例子，但是也可以使用具有短路端的線路短截線、分流連接的電容器、電感器等。同樣，也可以代替作為直接連接到傳輸線路 IlL的匹配元件而使用的具有開路端的線路短截線SB1，而使用具有短路端的線路短截線、 分流連接的電容器、電感器等。作為開關SWla、Sff2a, SWlb、SW2b，可以是二極管開關、晶體管開關、MEMS (Micro Electro Mechanical System,微機電系統)開關等各種開關。為了控制這些開關的0N、 OFF，在圖I中例如設置虛線所示的開關控制單元12S，能夠構成為與所提供的頻帶選擇信號相對應地將用于開關控制單元12S對開關的ON、OFF進行電控制的控制信號提供給開關 SWla、Sff2a, SWlb、SW2b，但是與本發明的本質無關，因此在以下的實施例的說明中，只要不需要就不示出。如此，根據圖I中的各可變匹配電路I la、11b，能夠通過2個線路短截線和2個開關來進行在4個頻帶中的匹配，能夠通過比以往的結構少的元件數目來構成可變匹配電路。實施例2
在通過上述的圖2 圖5說明的例子中，在開關SWl、SW2都處于ON狀態的情況下， 能夠在頻率f4中取得匹配，由于為了取得對于頻率fl、f2、f3的匹配而決定了長度L1、L2、1^3、1^1、1^2，因此€4已被決定，無法自由地調整f4。以下，說明改進了這一點的實施例。在圖6中，代替圖2中的線路短截線SB1，作為匹配元件而使用電容器Cl，其一端連接到傳輸線路11L，另一端被接地。此外，在圖2中開關SW1、SW2的另一端連接到線路短截線SB2的相同的一端，在圖6中，一個開關SWl連接到線路短截線SB2的一端，另一個開關SW2連接到線路短截線SB2的任意的位置(從另一端起Ls21的距離)。電容器Cl、開關 SffU SW2與傳輸線路IlL的連接位置是，從傳輸線路IlL的一端起依次相隔間隔L1、L2、L3 的位置。在兩個開關SWl、SW2為OFF或者其中一個開關處于ON狀態時，與僅電容器Cl連接到傳輸線路IlL的狀態或者電容器Cl和長度Ls2的線路短截線SB2連接到傳輸線路IlL 的狀態進行相同的動作。另一方面，在兩個開關SWl、SW2處于ON狀態時，兩個開關SWl、SW2 之間的傳輸線路區間L3與通過開關SW1、線路短截線SB2的一部分以及開關SW2的旁路通路L22成為并聯連接，成為長度為Ls21的短截線連接到旁路通路L22的狀態。這時，關于 Ls21的長度，由于僅開關SW1、SW2的其中一個處于ON的狀態下開關SW2對于線路短截線 SB2的連接位置可以是任意的，因此能夠在兩個開關SW1、SW2處于ON狀態時的匹配的調整中，按期望選擇長度Ls21。S卩，能夠決定傳輸線路IlL的區間長度LI和電容器Cl的電容，使得在開關SW1、 SW2處于OFF狀態的情況下在頻率fl中匹配；決定區間長度L2和線路短截線SB2的長度 Ls2，使得在開關SWl為ON并且SW2處于OFF狀態的情況下在頻率f2中匹配；決定區間長度L3，使得在開關SWl為OFF并且開關SW2處于ON狀態的情況下在頻率f3中匹配；決定對于線路短截線SB2的連接位置Ls21，使得在開關SWl、SW2處于ON狀態的情況下在頻率 f4中匹配。根據該結構，能夠通過2個開關和2個匹配元件來選擇設定4個期望的頻帶。圖7A、圖7B表示圖6所示的可變匹配電路21的變形實施例。在圖7A中，與傳輸線路IIL平行地配置線路短截線SB2。這時，能夠縮短傳輸線路IlL與經由了開關SWl、SW2 的線路短截線SB2的連接通路。在圖7B中，在傳輸線路IlL與開關SW2之間插入短的短截線SB3。由此，進一步提聞匹配調整的自由度。在圖7B中，也可以通過在區間L3內的任意的位置向線路短截線SB2側將傳輸線路IlL彎曲90°而配置，從而使開關SW2最短連接到線路短截線SB2的任意的位置。此外， 在圖6、圖7A、圖7B中，開關SWl連接到線路短截線SB2的一端并且開關SW2連接到線路短截線SB2的任意的位置，但也可以與其相反地，將開關SWl連接到線路短截線SB2的任意的位置，將開關SW2連接到線路短截線SB2的一端或另一端。根據以下的圖8A、圖8B、圖9A、圖9B可以明確如下情況在圖6中，在開關SWl為 OFF并且開關SW2為ON時，開關SW2連接到線路短截線SB2的任何位置，可變匹配電路21 的特性大致相同。圖8A表示經由開關SW在從傳輸線路IlL的輸入端起距離LI的位置連接了長度 Ls的線路短截線SB的一端的結構，圖SB表示該結構的輸出反射特性、在這里為輸出反射系數|S(2，2)|的仿真結果。在該例子中表示了得到在I. 72GHz中的匹配的情況。與圖8A 相同，圖9A經由開關SW在從傳輸線路IlL的輸入端起距離LI的位置連接長度Ls的線路短截線SB，但是該連接位置被設為線路短截線SB的長度方向的中間位置。如圖9B所示，這時的輸出反射特性的仿真結果幾乎與圖8B相同，得到在I. 72GHz中的匹配。根據該情況可知，在將線路短截線連接到傳輸線路的情況下，連接到線路短截線任何位置，都能夠得到幾乎相同的特性。圖6的結構利用了該結果。在圖6的可變匹配電路21中，也可以代替電容器Cl而與圖2相同地設置具有開路端的線路短截線，也可以設置具有短路端的線路短截線，也可以設置電感器。此外，在圖6 中表示了將開關SWl的另一端連接到線路短截線SB2的一端的情況，但如根據上述的說明明確的那樣，也可以將開關SWl的另一端連接到線路短截線SB2的任意的位置。變形例I作為實施例2的變形例，參照圖10來說明可變匹配電路31，該可變匹配電路31是使用6個開關(SWl SW6)，線路短截線為I個的例子。在該例子中，傳輸線路IlL被彎曲成“〕”字形，使得輸入側與輸出側互相平行，傳輸線路IlL由互相平行的輸入側線路部分 IlLll和輸出側線路部分11L12、以及用于連接這些部分的一端的中間線路部分11L13構成。在輸入側線路部分IlLll與輸出側線路部分11L12之間，與這些部分平行地設置了線路短截線SB2，在圖10的例子中，在輸出側線路部分11L12的、從輸入側線路部分IlLll的輸入端起距離LI的位置，在傳輸線路IlL與地之間連接了電容器Cl。線路短截線SB2的一端和另一端分別經由開關SWl和SW2連接到輸入側線路部分11L11，并且經由開關SW6和SM 連接到輸出側線路部分11L12。線路短截線SB2的另一端經由開關SW3連接到中間線路部分11L13，此外，線路短截線SB2的中間部分經由開關SW5連接到輸出側線路部分11L12。開關SWl SW6與傳輸線路IlL的連接位置是從傳輸線路IlL的輸入端起依次隔開間隔L2、 L3、L4、L5、L6、L7 的位置。在所有的開關SWl SW6為OFF時，能夠在通過從輸入側線路部分IlLll的輸入端起到電容器Cl的連接位置為止的傳輸線路區間LI的長度與電容器Cl所決定的頻率fl 中取得匹配。如圖IIA所示，在將開關SWl SW6的其中一個設為ON的情況下，能夠在通過從輸入側線路部分IlLll的輸入端起到被設為ON的開關的連接位置為止的傳輸線路區間的長度與線路短截線SB2的長度所決定的頻率f2中取得匹配。因此，通過選擇開關SWl SW6的其中一個，能夠在6種頻率中取得匹配。進一步，在圖10中，在將開關SWl SW6中連接到線路短截線SB2的相同一端的2個開關-例如將圖IlB這樣的SWl和SW6設為ON 狀態的情況下，對傳輸線路IlL的線路區間L3 L7形成旁路電路L23，進一步，連接到旁路電路L23的長度Ls2的線路短截線SB2作為匹配元件發揮作用。在圖10中，在將開關SWl SW6中連接到線路短截線SB2的一端與另一端的2個開關設為ON狀態的情況下，線路短截線SB2作為旁路電路發揮作用。在圖10中，在將連接到線路短截線SB2的一端與中間位置的2個開關-例如將SWl和SW5設為ON狀態的情況下，形成通過開關SWl和線路短截線SB2的一部分和開關SW5的旁路電路，從線路短截線 SB2的另一端起長度Ls21的部分作為連接到旁路電路的匹配元件進行動作。此外，能夠進行各種開關的組合，相應地可匹配的頻帶的數目變多。實施例3圖12表示在功率放大器AMP的輸入側與輸出側分別設置了開關數目為2、匹配元件數目為2的可變匹配電路的結構的多頻帶功率放大裝置，圖13 圖16表示該可變匹配電路31a、31b在開關處于不同的狀態下的特性的例子。在圖12中，輸出側的可變匹配電路 31b是在圖6中代替電容器Cl而連接了開路端的線路短截線SBlb的結構，輸入側可變匹配電路31a與輸出側可變匹配電路31b對稱地構成。圖13表示在所有的開關(SWla、SWlb、SW2a、SW2b)處于OFF的狀態時的S參數特性。輸入反射系數Is (1，I) I、輸出反射系數I S (2，2) I都在2. 5GHz中取得匹配。在圖中也表示了傳輸系數I S (2，I) |。圖14表示在開關511&、51113處于(^狀態并且開關512&、5^^3 處于OFF狀態時的相同的特性，在I. 9GHz中取得匹配。圖15表示所有的開關SWla、SWlb、 Sff2a,Sff2b處于ON狀態時的特性，在I. 8GHz中取得匹配。圖16表示在開關SW2a、SW2b處于ON狀態并且開關SWla、Sfflb處于OFF狀態時的特性，在I. 7GHz中取得匹配。在圖I的實施例中，在可匹配的4個頻帶中，如果決定了 3個頻帶，則剩下的I個頻帶被決定，無法自由進行調整。與此相對，根據使用了可經由開關SW2將傳輸線路IlL連接到線路短截線SB2的任意的中間位置的可變匹配電路的圖12的結構，能夠調整所有的可匹配的4個頻帶。實施例4圖17表示在使用N個開關和M個匹配元件時的可變匹配電路41的例子。N彡M， M彡2。作為匹配元件之一的線路短截線SBl的一端和開關SWl SWN的一端分別連接到
從傳輸線路IlL的輸入端起依次隔開間隔LI.....LN+1的位置。各開關SWl SWN的另一
端無剩余地連接到作為匹配元件的M-I個電容器Cl CM-I的其中一個電容器的一端，所有的電容器的另一端被接地。因此，至少I個電容器的相同的一端連接有N個開關中的至少2個開關。在這點上，基于與例如圖4的實施例相同的發明的原理。例如，在圖17中，3 個開關SW1、Sff2, SW3連接到I個電容器Cl。即，作為整體，能夠比開關的數目減少電容器的數目，與圖19的以往技術相比，能夠減少構成對于相同的數目的頻帶的可變匹配電路所需的元件數目。可以代替圖17中的各電容器Cl CM-I而作為匹配元件來使用具有開路端的線路短截線、或具有短路端的線路短截線、或電感器。在使用具有開路端的線路短截線的情況下，如圖6、圖7A、圖7B所示，也可以將一端連接到傳輸線路IlL的多個開關的另一端連接到相同的線路短截線的任意的位置。實施例5圖18表示在圖17的可變匹配電路中，代替作為匹配元件的電容器Cl CM-I而使用了變容器(varactor)VCl VCM-I的可變匹配電路51。通過使用變容器，從而可改變電容值，因此更容易進行對于各頻帶的調整。在通過線路短截線或集總參數的電抗元件進行調整的情況下，例如調整線路區間L2、L3、L4的長度，但是，進一步通過與各開關成為ON 的狀態相適應地改變偏壓(bias)，從而也變更VCl的電容值，提高調整的自由度。其中，需要預先存儲與對各變容器VCl VCM-I的每一個所選擇的各開關對應的設定偏壓值。為此，如虛線所示那樣，設置具有開關控制單元12S和偏壓控制單元12B的控制電路12即可。開關控制單元12S的動作與在圖I中說明的相同。在對于各頻帶的匹配調整中，通過偏壓控制單元12B來調整對與被設為ON的開關對應的變容器提供的偏壓電壓， 并且將所決定的偏壓電壓值與被設為ON的開關相對應地存儲在偏壓控制單元12B內的未圖示的存儲部件。在可變匹配電路進行動作時，偏壓控制單元12B從存儲部件讀出應提供給變容器的偏壓電壓值，并作為模擬偏壓電壓提供給變容器，其中該變容器對應于應由開關控制單元12S設為ON的、與所選擇的頻帶對應的開關。
本發明不限定于上述的實施例。例如，在上述的實施例中，表示了將線路短截線、 電容器應用于頻率匹配的結構，但是也可以是應用集總參數型的電抗元件的結構。這時，成為代替在上述的實施例中表示的線路短截線而將電抗元件連接到各開關的結構。此外，在不脫離本發明的宗旨的范圍內能夠進行適當的變更。此外，在上述的實施例中，表示了開關數目為2、匹配元件數目為2的例子，但對于增加了開關的情況，也能夠通過相同的結構來削減匹配元件數目，或者能夠應對更多的頻帶數目。作為本發明的利用領域，能夠例示在寬頻域中利用的通信設備、例如在多頻帶中使用的攜帶電話終端所使用的RF電路元件。
權利要求
1.一種可變匹配電路，包括傳輸線路、第一開關和第二開關、第一匹配元件和第二匹配元件，其中，所述第一匹配元件、所述第一開關以及所述第二開關的一端分別以任意的長度間隔連接到所述傳輸線路，所述第一開關和第二開關的另一端連接到所述第二匹配元件，所述第一匹配元件和第二匹配元件具有開路端或短路端，能夠通過所述第一開關和第二開關的接通、斷開的組合來選擇頻帶。
2.如權利要求I所述的可變匹配電路，其中，所述第二匹配元件由兩端開路的線路短截線構成，所述第一開關和第二開關的另一端連接到所述線路短截線的任意的位置。
3.如權利要求I所述的可變匹配電路，其中，所述第二匹配元件由具有開路端的線路短截線構成，所述第一開關的另一端連接到所述線路短截線的一端，所述第二開關的另一端連接到所述線路短截線的任意的位置，在所述第一開關和第二開關都為接通時，能夠調整所述線路短截線的長度。
4.一種可變匹配電路，包括傳輸線路、第一開關至第N開關、第一匹配元件至第M匹配元件，其中N是2以上的整數，M是2以上N以下的整數，其中，第一匹配元件、第一開關至第N開關的一端分別以期望的長度間隔連接到所述傳輸線路，第一開關至第N開關的另一端無剩余地連接到第二匹配元件至第M匹配元件的其中一個，所述第一匹配元件至第M匹配元件的另一端被開路或者短路，所述第二匹配元件至第M 匹配元件的至少一個匹配元件的一端連接有至少2個以上的所述開關。
5.如權利要求4所述的可變匹配電路，其中，M = 2，第二匹配元件由具有開路端的線路短截線構成，所述N個開關的另一端全部連接到所述線路短截線的任意的位置，通過將所述N個開關中的至少2個開關設為接通狀態， 從而形成對于所述傳輸線路的、所述被設為接通的2個開關的區間的旁路電路。
6.如權利要求4所述的可變匹配電路，其中，所述第二匹配元件 第M匹配元件由變容器構成，所述變容器的另一端被短路，能夠通過對變容器施加偏壓來調整電容。
全文摘要
提供一種可變匹配電路。將第一線路短截線(SB1)、2個開關(SW1、SW2)的一端從輸入端起依次相隔間隔(L1、L2、L3)分別連接到傳輸線路(11L)，2個開關的另一端連接到第二線路短截線(SB2)，第一和第二線路短截線具有開路端或短路端，能夠通過開關(SW1、SW2)的ON、OFF的組合來選擇在4個頻帶中的匹配。
文檔編號H03F1/56GK102594287SQ20121000394
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月6日 優先權日2011年1月7日
發明者岡崎浩司, 古田敬幸, 楢橋祥一, 福田敦史 申請人:株式會社Ntt都科摩