[发明专利]自动调谐电路

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是于2011年7月6日提交的申请号为13/177,479、标题为“Wide Bandwidth Automatic Tuning Circuit”（“宽带宽自动调谐电路”）的美国专利申请的部分继续申请，该美国专利申请的公开内容通过引用方式并入本申请中。

本申请还涉及并要求于2011年7月6日提交的申请号为61/505,037、标题为“Differential negative impedance converters and inverters with tunable conversion ratios”（“带有可调谐转换率的差分负阻抗变换器和逆变器”）的美国临时专利申请的优先权，该美国临时专利申请的公开内容通过引用方式并入本申请中。

技术领域

本技术涉及一种宽带宽自动调谐电路。自动调谐电路用于将发射器和/或接收器连接到天线，以实现比直接将发射器和/或接收器连接到天线的情况下更好的阻抗匹配。

背景技术

可使用的无线电频谱是有限的，且传统上可用的频谱已经被诸如美国联邦通信委员会之类的政府机构授权给特定用户或用户组。此许可模式可能即将改变。在由《IEEE Spectrum》出版的文章“The End of Spectrum Scarcity”（“频谱稀缺的结束”）中，作者注意到虽然一些可用的频谱是拥挤的，但许多可用的频谱并未被充分利用。他们预测未来频谱是被协作共享的，且智能天线将自适应地锁定到定向信号上，而且当在传输模式中使用时，智能天线的操作是定向的，而不是全方向的。

在频谱共享方面，这样做的一种方式是通过对扩频技术的使用。超宽带（UWB）技术使用超宽带宽（如超过500MHz）以传输信息，其理论上至少不应当干扰现有的窄带许可（窄带许可的窄带传输的带宽在0.5到15KHz的范围内）。

另一个目前在讨论的频谱共享技术是认知无线电，其设想是基于需要，利用无线电频谱尚未充分利用的部分。当无线电频谱的不同局部或部分没有被另一个用户有效地使用的时候，认知无线电可以适应于使用这些局部或部分。

UWB和认知无线电都需要具有带宽明显宽于在现今大多数传统无线电设备上所发现的带宽的宽带通信设备。可以相信，未来无线电设备会运作在比现今的典型无线电设备的带宽宽得多的带宽上。

众所周知，在使用传统（即，无源）匹配网络时电气小型天线（ESA）的性能是受限制的。具体地，ESA具有高品质因数，从而导致带宽和效率之间的折中。ESA的最普遍的定义是（有源元件的）最大尺寸不超过天线预期运作频率的波长的1/2π的天线。所以，对于长度为λ/2π的偶极天线，直径为λ/2π的环，或者对角线尺寸为λ/2π的贴片，会被认为是电气小型的。

ESA非常流行。它们能使天线很小。但由于很小，它们的带宽会非常窄。

对与接收器和/或发射器一起使用且运作在频带上、特别是相较于所利用频率其尺寸不当（电气小型）的天线的常规处理方式是使用天线匹配网络。天线匹配网络只在某些特定频率下理想地运作，因此，如果发射器或者接收器改变频率，则匹配网络一般应当被重新调谐以尝试获得天线与发射器或接收器之间的理想匹配。

美国专利4,234,960教导了一种无源自适应天线匹配。美国专利4,234,960中的天线由使用电机来调整的无源调谐电路谐振。相位检测器感测电抗的存在，并驱动电机直到此电抗已经被消除。这方面有两个缺点：1）由于无源调谐电路的使用，带宽是很窄的，这样就必须使用粗调（频率感测）和细调，而且2）电机驱动调谐要比电子调谐慢。

A.V.Bezooijen等人在2007IEEE RFIC座谈会上发表的“RF-MEMS based adaptive antenna matching module”（“基于RF-MEMS的自适应天线匹配模块”），以MEMS切换电容器阵列来谐振天线。相位检测器感测输入电抗的相位，并依据相位的符号，使匹配电路的电容向上或向下步进增量1。其缺点是：1）正电容不能使单极型ESA谐振；2）无源匹配电路导致ESA的窄带解决方案；而且3）数字调谐给出有限的状态数量。