[发明专利]具有相位切换元件的可调谐匹配网络

说明书

描述了相位切换可调谐阻抗网络(PS‑TMN)。PS‑TMN具有可耦合到源的输入端和可耦合到负载的输出端。PS‑TMN包括一个或多个相位切换电抗元件。控制器向一个或多个相位切换电抗中的每个提供相应的控制信号。响应于提供到其的相应的控制信号，每个相位切换电抗元件提供相应的选定电抗值。

相关申请的交叉引用

本申请根据美国法典第35编119条e款要求于2014年12月19日提交的美国临时申请号62/094,144的申请日的权益，该临时申请通过引用被全部并入本文。

背景技术

阻抗匹配网络通常用于最大化在很多射频(FR)和微波系统内的功率转移。例如，在RF发射机中，阻抗匹配网络可用于提供从RF功率放大器(PA)的输出阻抗到RF负载(例如天线)的阻抗的阻抗匹配。这样的阻抗匹配增加所发射的功率，减小功率损耗并减小或消除对额外的电路元件(例如隔离器)的需要。

一种类别的阻抗匹配网络指的是有时被称为自动天线调谐单元的可调谐阻抗匹配网络(TMN)。常规TMN可以被实现为单个元件或集总元件电抗网络，其中至少一个电抗元件是可变(例如可调谐)部件，以使得在特定的频率下或在一定范围的频率内的可变部件的阻抗可被修改。在TMN内的电抗元件可以被布置成电路拓扑结构，例如梯形网络、L形网络、T形网络或Pi网络。

常规TMN可以被分类为模拟(连续可调节的)或数字(在一组离散值当中可调节的)。模拟TMN利用具有电抗值(在某个频率下或在一定范围的频率内)的可变电抗元件，其可以通过调节偏压条件来调谐。数字TMN将可变电抗元件实现为静态电抗元件的数字切换阵列。这种方法允许在有限和分立步骤中的电抗值的阻抗的调节。

常常使用变容二极管(或变容二极管电路)或微机电系统(MEMS)变抗器来实现模拟TMN。尽管模拟TMN允许在宽范围的阻抗内的快速且准确的阻抗匹配，但需要相对高的偏置电压以在高功率电平下操作。

常常使用CMOS开关、MEMS开关、PIN二极管或分立功率晶体管来实现数字TMN。尽管MEMS开关具有低接通状态电阻并可以在高达数十GHz下以低功率消耗操作，MEMS开关需要大控制电压。基于PIN二极管和CMOS开关的数字TMN展示低到中等接通状态电阻，并且因此可以以一些电阻功率损耗为代价操纵高功率电平。基于PIN二极管和CMOS开关的数字TMN对管芯上集成例如对于软件定义无线电(SDR)集成电路(IC)和其它芯片上TMN是有利的。然而，数字TMN展示有限的调谐分辨率，和因而阻抗匹配可达到的有限的准确度。在非常宽的阻抗范围内需要准确阻抗匹配的一些高功率应用(例如RF等离子体驱动器)中，由于需要大量数字开关来实现所需的精细调谐分辨率，数字TMN的使用可能是不实际的。

发明内容

本发明内容被提供用于介绍下面在具体实施方式中进一步描述的以简化形式的一系列概念。本发明内容并不旨在识别所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。

已认识到，存在对相对于现有TMN具有增加的准确度和/或更快的阻抗匹配的TMN的需要。还认识到，存在对具有增加的准确度和/或具有在较宽的阻抗范围内的较高调谐带宽的更快的阻抗匹配而同时允许在低插入损耗的情况下在较高的功率电平下的操作的TMN的需要。

本文所述的概念、系统和技术的一个方面目的在于相位切换可调谐阻抗网络，其具有被配置为耦合到源的输入端并具有被配置为耦合到负载的输出端以及一个或多个相位切换电抗元件。耦合到相位切换可调谐阻抗网络的控制器向一个或多个相位切换电抗中的每个提供相应的控制信号。响应于提供到其的相应控制信号，每个相位切换电抗元件提供期望电抗值。