CN1866735A - 匹配电路 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种具有多频带能力的匹配电路，即使所处理的频带数量增加该匹配电路也能减小尺寸。本发明的匹配电路包括具有频率相关特性的负载、在一端与具有频率相关特性的负载连接的第一匹配块和由串联到第一匹配块的集总元件形成的第二匹配块。则当使用特定频带时，用第一匹配块和第二匹配块的串联阻抗来获得匹配。当使用单独频带时，通过将辅助匹配块连接到第二匹配块的两端来构成π型电路。随后，在相同的频率，通过将该π型电路和其特性不依赖于频率的负载的组合阻抗设置为Z0，消除第二匹配块的影响。

Description

匹配电路

技术领域

本发明涉及处理多频带的匹配电路，其在多个频带中在具有不同阻抗的电路之间建立匹配。本发明还涉及被构建在小型多频带功率放大器中的匹配电路，该放大器高效地对在例如移动通讯和卫星通讯中所使用的多个频带中的信号进行放大。

背景技术

伴随着由无线电通讯手段所提供的多样化服务，无线电设备需要向处理多个频带中信号的多频带能力转变。功率放大器作为包含在无线电设备中的必需设备而存在。为了执行高效放大，需要获得放大元件和其外围电路之间的阻抗匹配，所以使用匹配电路。作为传统多频带功率放大器的例子，公开了如参考文献1(NTT DoCoMo Technical Journal，Vol.10，No.1：“Mobile Handsets”)中所示的技术。

在图1中示出了在参考文献1中所示的800MHz/2GHz频带功率放大器的结构，并且解释了其操作。将来自发射器的所发射信号输入到作为单刀双掷(SPDT)开关的输入开关150的单刀端。随后，通过输入开关150进行切换，将所发射的信号输入到与输入开关150的一个双掷端连接的800MHz频带放大器151，或者2GHz频带放大器152。800MHz频带放大器151和2GHz频带放大器152的输出信号由作为单刀双掷开关的输出开关153进行切换，并且提供给天线。

在图2中，示出了800MHz频带放大器151和2GHz频带放大器152的结构。用串联的输入匹配电路160、放大元件161和输出匹配电路162来配置每个放大器。输入匹配电路160获得信号源163和放大元件161之间的匹配，而信号源163的阻抗不依赖于频率。输出匹配电路162获得放大元件161的输出阻抗和负载164之间的匹配。

由于构成每个放大器的放大元件161的输入阻抗随着频率变化，所以即使使用相同的放大元件161，取决于操作频率输入匹配电路160和输出匹配电路162也是不同的。因此，如图1所示，需要处理每个频带的独立放大器151、152。所以，存在这样的问题，即随着操作频带增加发射器的总电路区域变得更大。

为了不增加发射器的电路面积，也可以考虑对用于宽带操作的匹配电路进行设计的方法。但是，与设计用于窄带操作的匹配电路相比，结果就是发生增益和效率的下降。因此，对于这些问题，本发明的申请人首先在参考文件2(International Publication No.WO 2004/082138 Pamphlet)中提出了可以处理向宽带能力的转变的匹配电路。在图3中示出了在参考文献2中所公开的放大器的输入匹配电路。例如，可以将FET(场效应晶体管)输入阻抗表示为具有频率相关特性的负载170(阻抗Z_L(f))。该负载170所连接到的第一端P1具有连接到其上的主匹配块171。将主匹配块171的另一端(点A)连接到具有特定电抗值的延迟电路172的一端。将延迟电路172的另一端(点B)连接到具有阻抗Z0的信号源173(下面，将不随频率变化的阻抗称为Z0)。

将主匹配块171进行设计以在频带f1中将负载170的阻抗Z_L(f1)匹配与信号源173的阻抗Z0进行匹配。换句话说，主匹配块171变为对于频率f1的匹配电路。由分布参数(distributed-parameter)元件组成延迟电路172，作为公知常识，由等式1中所示的关系给出该分布参数元件的特性阻抗。

$Z0=\sqrt{L/C}---\left(1\right)$

这里，L是分布参数元件的电感，而C是分布参数元件的电容。因此，通过将延迟电路172的特性阻抗设为Z0，在信号源173和负载170之间在频带f1中获得匹配。

当在不同于频带f1的频带f2中进行操作时，(例如当频带f2低于频带f1时)，负载170的阻抗变为Z_L(f2)。而且，由于主匹配块171是对于频率f1的匹配电路，所以在频率f2处不获得信号源173和负载170之间的匹配。因此，经由开关元件174将辅助匹配块175连接到点B。然后，当在频带f2中进行操作时，将开关元件174设置为处于导通状态。通过选择象这样的结构，不论从点A向负载170端所估计的阻抗值是什么，都可以在从点B向延迟电路172端看到形成的阻抗Z0。这里，将延迟电路172的延迟值设置到要在频带f2中的点B处匹配所需要的延迟值。

用与图3中所示的匹配电路相同的方法，在图4中示出已经将能够处理的频带数量增加到3的例子。根据已经将频带数量从2增加到3的事实，系统增加了一个额外的元件组，即延迟电路180、开关元件181和辅助匹配块182的元件组。在第三频带f3中，借助于延迟电路180和辅助匹配块182来调整负载170的阻抗Z_L(f3)，从而从点C向延迟电路180而看到的阻抗变为Z0。而且，由于延迟电路的特性阻抗是固定的并且不依赖于频率，所以如果在频带f1情况中将开关元件174和开关元件181选择为非导通状态，在频带f2的情况中将开关元件174选择为导通状态，而在频带f3的情况中将开关元件181选择为导通状态，则可以获得在每个频带中信号源173和负载170之间的匹配。

以这种方式，通过提供经由延迟电路之间的开关元件连接的辅助匹配块，以及在其阻抗不随频率变化的多级延迟电路中进行串联，实现了能够对于多个频带进行匹配的匹配电路。而且，可以将在频带f3中所需要的延迟值考虑为用于延迟电路172和延迟电路180的值之和。

对于延迟电路172和180，实际上选择它们为作为分布参数网络的传输线。但是，特别是在其中频率较低的情况下，传输线变为在电路中相对大的分量。例如，如果将负载170设为FET而且在设计用于1GHz频带的放大器的情况下，50Ω传输线具有0.63mm的宽度和9.22mm的长度，所以结果是具有大约10mm长度的部件。

在上述参考文献2中所示的技术中，由传输线实际构成延迟电路。但是，在传输线的情况下，长度很容易变得相对长。特别是，在其中所使用的频率较低的情况下，作为延迟电路工作的传输线的区域变大，所以还存在作为整体来说匹配电路变大的问题。而且，随着频率变得更低，以及频率数量的增加该问题就增加。

发明内容

本发明的匹配电路具有：第一匹配块，其在一端连接到具有频率相关特性的阻抗的负载；以及第二匹配块，由串联到第一匹配块的集总(lumped-parameter)元件形成。例如，第二匹配块将最低频带中的负载和信号源的阻抗进行匹配。而且，为了在高频带中阻抗匹配的目的，其具有π型电路。π型电路是其中将相应开关元件和辅助匹配块连接到第二匹配块的两端的电路。

根据象这样的配置，可以通过第一匹配块和第二匹配块的串联来产生在上述低频带中的匹配状态。而且，在高频带的情况下，通过给π型电路设置适当的值，可以将π型电路的阻抗选择到Z0，并且将第二匹配块的阻抗选择为对高频带没有影响的一个阻抗。而且，由于由集总元件构成第二匹配块，所以可以使得该匹配电路的尺寸小于由传输线所构成的传统匹配电路。

附图说明

图1示出了传统800MHz/2GHz频带功率放大器的结构图；

图2示出了图1中的每个功率放大器的结构图；

图3示出了传统匹配电路的示意图；

图4示出了其中已经将能够由传统匹配电路处理的频带数量变为3的例子的示意图；

图5示出了本发明的匹配电路的基本结构的示意图；

图6A示出了对在低频带f2中的操作进行解释的示意图；

图6B示出了对在高频带f2中的操作进行解释的示意图；

图7示出了其中已经用T型电路代替了如图5中所示的本发明匹配电路的π型电路的结构的示意图；

图8示出了已经对图5中所示的本发明匹配电路进行推广以使得其能够适应于多个频带的示意图；

图9示出了N个频带的图像的示意图；

图10示出了使用两个T型电路的匹配电路的实施方式的示意图；

图11示出了已经对使用T型匹配电路的本发明匹配电路进行推广以使得其能够适应于多个频带的示意图；

图12示出了使用T型匹配电路的本发明匹配电路的例子的另一种结构的示意图；

图13示出了使用其中已经将辅助匹配块串联的T型匹配电路的本发明匹配电路的例子的结构示意图；

图14示出了其中用L型电路配置图5的第二匹配块的例子的示意图；

图15示出了使用T型电路的第二匹配块的结构示意图；

图16示出了使用T型电路的第二匹配块的另一种结构的示意图；

图17示出了其中已经用多个元件来配置第一匹配块的例子的示意图；

图18示出了其中已经将本发明的匹配电路应用于放大电路的例子的示意图；

图19A示出了用图18的结构，在2GHz频带设置情况中的模拟结果的示意图；

图19B示出了用图18的结构，在1GHz频带设置情况中的模拟结果的示意图。

具体实施方式

实施方式1

在图5中，示出了本发明的匹配电路的基本结构。本发明的匹配电路由第一匹配块2和包括集总元件的匹配电路部分8构成。匹配电路部分8是由第二匹配块3、开关元件4和5、以及辅助匹配块6和7构成的π型电路。将第一匹配块2的一端连接到第一端P1，该第一端P1连接到具有频率相关特性的阻抗Z_L(f)的元件1(在本例中为负载)。将第二匹配块3的一端串联到第一匹配块2的另一端。将第二匹配块3的另外一端经由第二端P2连接到元件9，该元件9例如是其阻抗与频率不相关的阻抗Z0的信号源。而且，将开关元件4和辅助匹配块6的串联电路连接到第二匹配块3的在第一匹配块2一侧的一端。将开关元件5和辅助匹配块7的串联电路连接到第二匹配块3的另外一端。通过以这种方式进行连接，匹配电路部分8变为π型电路。

将使用图6A和图6B来解释图5中的匹配电路的操作。图6A示出了在低频带f2中操作的示意图。图6B示出了在高频带f1中操作的示意图。在频带f2的情况下，图5的开关元件4和5不导通。因此，在频带f2的情况下，设置第二匹配块的阻抗Z2，从而在频带f2中元件1的阻抗Z_L(f2)、第一匹配块2的阻抗Z1和第二匹配块3的阻抗Z2(下面，在其中可以同样认为不是特别必要的部分中将省略阻抗)之和Z_A变为Z0。结果，在第二端P2处匹配阻抗。

在频带f1中，图5中的开关元件4和5处于导通状态。因此，如果图6B所示，匹配电路8变为π型电路，其中将辅助匹配块6和7分别地连接到第二匹配块3的两端。这里，由于第一匹配块2是用于频带f1的匹配电路，所以在频率f1处在点A与元件9的阻抗Z0获得阻抗匹配。因此，通过进行这样的设计，在频带f1中，从点A向第二端P2一侧所看到的组合阻抗Zπ变为与Z0相同(Z0＝Zπ)，可以在频带f1中消除第二匹配块3的阻抗的影响。具体地说，如果将辅助匹配块6的阻抗设为Z3而将辅助匹配块7的阻抗设为Z4，则可以对Z3和Z4进行设计，从而满足等式2中所示的条件。

Zπ＝(Z0Z2Z3+Z4Z2Z3+Z0Z4Z3)(Z0Z4+Z0Z2+Z0Z3+Z4Z2+Z1Z3)    (2)

如上所述，在频带f1中，就是第一匹配块2进行操作以将元件1的阻抗Z_L(f1)匹配于元件9的阻抗Z0。而且，就是第二匹配块3进行操作以将元件1的、由于从f1到f2的频带变动而改变的阻抗Z_L(f2)匹配于元件9的阻抗Z0。而且，就是辅助匹配块6和7操作来消除作为频带f1中的第二匹配块3的影响。

还可以用T型电路来配置图5中的匹配电路部分8。在图7中示出了其中已经用T型电路配置匹配电路部分的例子。在图7中，由第二匹配块31和串联的第二匹配块32代替图5中的第二匹配块3。将第二匹配块31的一端连接到点A。将第二匹配块31的另一端连接到串联的第二匹配块32的一端。将串联的第二匹配块32的另一端连接到第二端P2。将辅助匹配块34经由开关元件33连接到第二匹配块31和串联的第二匹配块32的连接点。

不能用公知的Y-Δ转换(T-π转换)关系来转换图5和图7之间的关系。为了采用与图5的匹配电路等效的匹配电路，首先，第二匹配块3的阻抗值必须为Z2作为频带f2中的条件。因此，如果将第二匹配块31的阻抗设为Za而将串联的第二匹配块32的阻抗设为Zb，则必须满足关系Z2＝Za+Zb。为了选择与π型电路等效的T型电路，可以通过增加这个条件来设计辅助匹配块34的阻抗值。当然，不用说从开始就用T型电路来设计匹配块部分8。以这种方式，匹配电路部分8可以具有不限于π型电路而且还可以是T型电路的结构。

实施方式2

图8是其中已经将图5中所示的本发明的基本结构进行推广以使得其可以适应于多个频带的例子。该匹配电路由第一匹配块2、L型块43a到43n和分路(shunt circuit)块46a到46n组成。每个L型块43i(i＝a到n)由第二匹配块40i、第一开关元件41i和第一辅助匹配块42i组成。将第二匹配块40a的一端连接到第一匹配块2。而且，将第二匹配块40a的另一端连接到第二匹配块40b的一端。以这种方式，将每个第二匹配块40i串联。将第一辅助匹配块42i经由第一开关元件41i连接到第二匹配块40i的在第一端P1一侧的一端。换句话说，借助于第二匹配块40i、第一开关元件41i和第一辅助匹配块42i形成L型电路。

将分路块46a到46n并联到L型块43n的第二端P2一侧。每个分路块46i(i＝a到n)由串联的第二开关元件44i和第二辅助匹配块45i组成。

下面，将对匹配电路的操作和设计方法进行说明，在该匹配电路中连接有三个L型块43a到43c和三个分路块46a到46c。

首先，将说明频带f4的情况。在频带f4的情况下，第一开关元件41a到41c和第二开关元件44a到44c都处于非导通状态。将元件1(阻抗Z_L(f4))经由三个串联的第二匹配块40a到40c连接到元件9(阻抗Z0)。这里，元件1的阻抗Z_L(f)随着频率变化。而且，元件9是信号源等，其阻抗不依赖于频率。这里，将第二匹配块40c进行设计，从而将元件1、第一匹配块2和第二匹配块40a到40b的组合阻抗转换为Z0。如果以这种方式来设计第二匹配块40c，则在第二匹配块40c的第二端P2一侧处匹配阻抗Z0。

在频带f3的情况下，选择L型块43c的开关元件41c和分路块46a的第二开关元件44a处于导通状态。在这种情况下，由于将第一辅助匹配块42c和第二辅助匹配块45a都连接到第二匹配块40c的两端，所以配置了π型电路。这里，将第二匹配块40b进行设计，从而由元件1(阻抗Z_L(f3))、第一匹配块2和第二匹配块40a所产生的组合阻抗匹配到Z0。如果以这种方式对第二匹配块40b进行设计，则从第二匹配块40b的第二端P2一侧(第二匹配块40c的第一端P1一侧)向元件1所看到的阻抗变为Z0。而且，对第一辅助匹配块42c和第二辅助匹配块45a进行设计，从而在频率f3满足等式2。通过以这种方式进行设计，从第二匹配块40c的第一端P1一侧(第二匹配块40b的第二端P2一侧)向元件9所看到的阻抗也变为Z0。换句话说，可以消除第二匹配块40c的阻抗的影响，所以匹配了阻抗。

在频带f2的情况下，将L型块43b的开关元件41b和分路块46b的第二开关元件44b选择为处于导通状态。在这种情况下，由于将第一辅助匹配块42b和第二辅助匹配块45b串联地连接到第二匹配块40c和第二匹配块40b的两端，所以配置了π型电路。将第二匹配块40a进行设计，从而由元件1(阻抗Z_L(f2))和第一匹配块2所产生的组合阻抗匹配于Z0。如果以这种方式对第二匹配块40a进行设计，从第二匹配块40a的第二端P2一侧(第二匹配块40b的第一端P1一侧)向元件1所看到的阻抗变为Z0。而且，对第一辅助匹配块42b和第二辅助匹配块45b进行设计，从而在频率f2处满足等式2。通过以这种方式进行设计，从第二匹配块40b的第一端P1一侧(第二匹配块40a的第二端P2一侧)向元件9所看到的阻抗也变为Z0。换句话说，可以消除第二匹配块40b和40c的影响，所以匹配了阻抗。

在频带f1的情况下，L型块43a的开关元件41a和分路块46c的第二开关元件44c处于导通状态。在这种情况下，由于将第一辅助匹配块42a和第二辅助匹配块45c连接到第二匹配块40c到40a的两端，所以配置了π型电路。对第一匹配块2进行设计，从而元件1的阻抗Z_L(f1)匹配到Z0。如果以这种方式来设计第一匹配块2，从第一匹配块2的第二端P2一侧(第二匹配块40a的第一端P1一侧)向元件1所看到的阻抗变为Z0。而且，对第一辅助匹配块42a和第二辅助匹配块45c进行设计，从而在频率f1处满足等式2。通过以这种方式进行设计，从第二匹配块40a的第一端P1一侧(第一匹配块2的第二端P2一侧)向元件9所看到的阻抗变为Z0。换句话说，可以去除第二匹配块40a到40c的阻抗的影响，所以匹配了阻抗。

如上所述，可以组合L型块和分路以在四个频率处匹配阻抗。如果将此进行推广，结果就是能够用N个L型块和分路的组合在N+1个频带中匹配阻抗。

图9示出了N个频带的示意图。图9的横坐标是频率而纵坐标是传输功率。在该图中，示出了当N增加时频率变得更低的关系作为例子。

此外，在图8中，将频率以与分路块46a到46n对应的顺序进行排列。但是，只要满足与第一辅助匹配块42a到41n的逐个对应关系，排列分路块46a到46n的顺序就可以不同。

而且，用串联在导通连接的第一开关元件和第二开关元件之间的集总元件来配置第二匹配块。因此，即使第二匹配块的数量变大，也可以使得整个电路与用传输线的结构相比显著地变小。

实施方式3

在图8中说明了通过使用π型电路而推广的匹配电路，但是还可以使用T型电路来配置推广的匹配电路。在图10中，示出了使用两个T型电路的匹配电路的实施方式。该匹配电路包括第一匹配块2、L型块部分63a、L型块部分63b和第二匹配块60c。将第一匹配块2的一端连接到与元件1连接的第一端P1。而且，将第一匹配块2的另一端连接到在L型块部分63a内的第二匹配块60a的一端。将辅助匹配块62a经由第一开关元件61a连接到第二匹配块60a的另一端。而且，还将第二匹配块60a的另一端连接到在L型块部分63b之内的第二匹配块60b的一端。将辅助匹配块62b经由第二开关元件61b连接到第二匹配块60b的另一端。此外，还将第二匹配块60b的另一端连接到第二匹配块60c的一端。这里，L型块部分63a包括第二匹配块60a、第一开关元件61a和辅助匹配块62a。而且，L型块部分63b包括第二匹配块60b、第二开关元件61b和辅助匹配块62b。而且，T型匹配电路64和65包括两个L型块部分63a和63b以及一个第二匹配块60c。T型匹配电路64包括第二匹配块60a和60b、第一开关元件61a和辅助块62a。而且，T型匹配电路65包括第二匹配块60c和60b、第二开关元件61b和辅助匹配块62b。以这种方式，将在三个频带中匹配阻抗的匹配电路以具有T型匹配电路64和65的两级进行配置。

在频带f3的情况下，选择开关元件61a和61b处于非导通状态。元件1的阻抗随着频带而改变。将带有阻抗Z_L(f3)的元件1经由串联的第一匹配块2和第二匹配块60a、60b和60c连接到具有阻抗Z0的元件9。

对第二匹配块60b和第二匹配块60c进行设计，以使得元件1、第一匹配块2和第二匹配块60a的组合阻抗变为Z0。通过以这种方式来设计第二匹配块60b和第二匹配块60c，可以在第二匹配块60c的第二端P2一侧处匹配阻抗。

在频带f2的情况下，构成T型匹配电路65的开关元件61b处于导通状态。对第二匹配块60a进行设计，从而将具有阻抗Z_L(f2)的元件1和第一匹配块2的组合阻抗设置为Z0。通过以这种方式对第二匹配块60a进行设计，从点D向元件1所看到的阻抗变为Z0。而且，对辅助匹配块62b进行设计，从而第二匹配块69b和60c、辅助匹配块62b、以及元件9的组合阻抗变为Z0。如果以这种方式对辅助匹配块62b进行设计，则从点D向元件9一侧所看到的阻抗变为Z0。因此，可以在点D匹配阻抗。而且，即使在第二端P2一侧，向元件1所看到的阻抗也是Z0。所以，第二匹配块60c和60b以及辅助匹配块62b的组合阻抗不对匹配状态施加任何影响。换句话说，辅助匹配块62b消除了第二匹配块60c和60b在频率f2的影响。

在频带f1的情况下，构成T型匹配电路65的开关元件61b处于非导通状态，而且构成T型匹配电路64的开关元件61a处于导通状态。对第一匹配块2进行设计，从而与元件1的阻抗Z_L(f1)的组合阻抗变为Z0。通过以这种方式来设计第一匹配块2，从点A向元件1所看到的阻抗变为Z0。随后，对第一辅助匹配块62a进行设计，从而第二匹配块60a、60b和60c、辅助匹配块62a和元件9的组合阻抗变为Z0。通过以这种方式来设计第一辅助匹配块62a，从点A向元件9所看到的阻抗变为Z0。因此，可以在点A处获得阻抗匹配。而且，也在第二端P2一侧，向元件1所看到的阻抗变为Z0。因此，第二匹配块60a、60b、60c和辅助匹配块62a的组合阻抗不再对匹配状态施加影响。换句话说，辅助匹配块62a消除了第二匹配块60a、60b、60c在频率f1处的影响。

如上所述，说明了其中开关元件61b处于非导通状态的情况。但是，不一定要将开关元件61b设置为非导通状态。在当频带为f1时将开关元件61b设置为导通状态的情况下，可以用该假设来设计辅助匹配块62a。

以这种方式，可以借助于两个T型匹配电路64和65来配置用于处理三个频带的匹配电路。

实施方式4

在图11中示出了在实施方式3中所说明的T型匹配电路的推广示例。从第一匹配块2直到第二级L型块63b的结构与图10中的相同。在第二级L型块63b的第二端P2一侧，增加了L型块。在图11中，总共连接N个L型块63a到63n。将串联的第二匹配块70的一端连接到L型块63n的另一端，而将串联的第二匹配块70的另一端连接到第二端P2。N是等于或大于1的整数。图11中所示的匹配电路是N个T型匹配电路的下属连接结构，并且能够在N+1个频带中进行匹配。其操作与图10中的相同。

实施方式5

在图12中示出了另一种T型匹配电路实施方式。在图10中，使用相邻L型块的第二匹配块来形成T型电路。图12是其中将多个辅助匹配块经由开关元件连接在串联的两个第二匹配块之间的例子。该匹配电路包括第一匹配块2和T型匹配电路83a、83b和83c。T型匹配电路83a包括第二匹配块80a和80b、开关元件81a和辅助匹配块82a。将第二匹配块80a的一端连接到第一匹配块2。将第二匹配块80a的另一端连接到第二匹配块80b的一端。而且，将辅助匹配块82a经由开关元件81a连接在第二匹配块80a和第二匹配块80b之间。通过这种连接关系，第二匹配块80a和80b、开关元件81a和辅助匹配块82a组成T型电路。T型匹配电路83b包括第二匹配块80c和80d、开关元件81b和辅助匹配块82b。T型匹配电路83c包括第二匹配块80c和80d、第二开关元件84和辅助匹配块85。这里，第二匹配块80c和80d是T型匹配电路83b和T型匹配电路83c的组成部分。用这种结构，将辅助匹配块82b经由开关元件81b连接到第二匹配块80c和第二匹配块80d的连接点。而且，还将辅助匹配块85经由第二开关元件84连接到第二匹配块80c和第二匹配块80d的连接点。将第二匹配块80c的一端连接到第二匹配块80b。而且，将第二匹配块80d的另一端连接到与元件9连接的第二端P2。

如上所述，可以将T型匹配电路以多级方式连接到元件1和元件9之间。本实施方式能够借助于三个T型匹配电路在三个频带中进行匹配。

在频带f3的情况下，开关元件81a和81b以及第二开关元件84不导通。对第二匹配块80c和80d进行设计，从而使得元件1(阻抗Z_L(f3))、第一匹配块2和第二匹配块80a、80b的组合阻抗在频带f3中匹配元件9的阻抗Z0。因此，在第二端P2可以获得阻抗匹配。

在频带f2的情况下，仅仅是形成T型匹配电路83b的开关元件81b是导通的。对第二匹配块80a和80b进行设计，从而使得元件1(阻抗Z_L(f2))和第一匹配块2的组合阻抗在频带f2中匹配元件9的阻抗Z0。因此，从第二匹配块80b的第二端P2一侧(第二匹配块80c的第一端P1一侧)向元件1所看到的阻抗变为Z0。而且，对辅助匹配块82b进行设计，从而第二匹配块80c和80d、辅助匹配块82b和元件9的组合阻抗在频率f2处变为Z0。通过以这种方式对辅助匹配块82b进行设计，从第二匹配块80c的第一端P1一侧(第二匹配块80b的第二端P2一侧)向元件9所看到的阻抗在频率f2处变为Z0。因此，匹配了阻抗。

在频带f1的情况下，开关元件81a和第二开关元件84导通。对第一匹配块2进行设计，使得在频率f1中元件1的阻抗(阻抗Z_L(f2))与元件9的阻抗Z0匹配。因此，从第一匹配块2的第二端P2一侧向元件1所看到的阻抗变为Z0。对辅助匹配块82a和85进行设计，使得在频带f1中，第二匹配块80a、80b、80c和80d、辅助匹配块82a和元件9的组合阻抗变为Z0。因此，从第一匹配块2的第二端P2一侧(第二匹配块80a的第一端P1一侧)向元件9所看到的阻抗变为Z0。

以这种方式，在连接T型匹配电路的情况下，两个第二匹配块和辅助匹配块组成与一个频带相关的一组。为了使得第二匹配块处理多个频带，就需要多个辅助匹配块。

实施方式6

如在实施方式5中所述，在T型匹配电路的情况下，存在对于两个第二匹配块需要多个辅助匹配块的情况。在图13中，示出了使用额外辅助匹配块的匹配电路的结构示例。图13示出了已经将第二开关元件90和第二辅助匹配块91与图12的辅助匹配块82b串联的配置示例。使辅助匹配块以两级进行串联，从而构成T型匹配电路83b的第二匹配块80c和80d能够处理两个频带。

在该示例的情况下，为了该电路在仅仅开关81b导通的情况中也进行工作，需要将辅助匹配块82b选择为传输线。在不希望提供这种条件的情况下，可以用单刀双掷(SPDT)开关或者多触点开关来配置开关元件81b，而且可以在带有不同值的辅助匹配块之间执行开关切换。

如果这样对电路进行配置：使得插入在元件1和元件9之间的第二匹配块的阻抗从上述匹配点和元件9方向都能够看到形成的Z0，则本发明不限于T型或者π型。

实施方式7

在至此的说明中，都将第二匹配块作为黑盒子进行说明。在图14中，示出了图5的第二匹配块3的结构示例。第二匹配块3由包括串联的匹配块100、用于匹配的开关元件101和匹配元件102的L型电路构成。将串联的匹配块100的一端连接到第一匹配块2。将匹配元件102经由用于匹配的开关元件101连接到串联的匹配块100的另一端。

在频带f1的情况下，开关元件4和5处于非导通状态，而仅仅是用于匹配的开关元件101导通。在该点，元件1和第一匹配块2的阻抗之和借助于串联的匹配块100和匹配元件102与元件9的阻抗Z0匹配。

在频带f2的情况下，使得开关元件4和5导通而将用于匹配的开关元件101选择为不导通。对于这种结构，可以通过匹配元件102的存在来拓宽第二匹配块3和辅助匹配块6和7的选择。换句话说，可以通过用串联的匹配块100、用于匹配的第一开关元件101和匹配元件102来配置第二匹配块3，来增加设计第二匹配块3的自由度。通常，构成第二匹配块3的集总元件的值是离散的，从而使得难于进行精细调整。但是，根据本实施方式，可以拓宽集总元件的选择。

实施方式8

图15中示出了第二匹配块的另一种结构。图15的第二匹配块3由包括第二匹配块60a和60b、用于匹配的开关元件110和匹配元件111的T型电路构成。将第二匹配块60a和第二匹配块60b串联。将第二匹配块60a的一端连接到第一匹配块2。将第二匹配块60b的另一端连接到第二端P2。将匹配元件111经由用于匹配的开关元件110连接到第二匹配块60a和第二匹配块60b的连接点。

提供用于匹配的开关元件110和匹配元件111，以增加设计第二匹配块、辅助匹配块7和辅助匹配块6的自由度。对于该功能，其与实施方式7的相同。

实施方式9

图16示出了第二匹配块的另一种结构。图16与图7的不同之处在于：在T型匹配电路部分30的第二端P2一侧，提供用于匹配的开关元件120和匹配元件121。在频率f2的情况下，例如仅仅使得用于匹配的开关元件120和开关元件33导通。对匹配元件121和第二匹配块31和32进行设计，从而将元件1和第一匹配块2的组合阻抗选择为Z0。通过以这种方式配置电路，可以增加设计第二匹配块的自由度。

实施方式10

以与使用多个元件配置第二匹配块3相同的方式，还可以使用多个元件来配置第一匹配块2。在图17中示出了其配置示例。在该例中，第一匹配块2由第一串联的匹配块130和连接到其一端的辅助匹配块131组成。而且，可以将辅助匹配块131连接到第一串联的匹配块130的任何一端。将第一串联的匹配块130经由匹配电路部分8连接到元件9。

对于第一匹配块的配置，还可以有与此不同的模式。只要考虑所有条件，在所以预定频带f中，如果从点A向元件1(阻抗Z_L(f)所看到的阻抗可以选择为Z0，则可以接受任何电路配置。

应用示例

在图18中示出了至此已经逐渐说明的匹配电路的示例。图18是应用于放大电路的例子，该放大电路运行在两个频带，即2GHz频带和1GHz频带。在作为功率放大元件的FET 140的输入侧，连接有图17中所示的匹配电路，而在输出侧连接有图16中所示的匹配电路。对于在输入侧的匹配电路，第一匹配块2已经变为第一匹配块141。根据图16中所示的匹配电路，输出侧匹配电路具有用第一匹配块142配置的第一匹配块2。

至此已经对操作进行了说明，所以将省略其解释。在图19A和图19B中，示出了图18中的放大器的模拟结果。图19A示出了在已经将电路对于2GHz频带进行设置的情况中的频率特性示意图。横轴指示频率而纵轴指示S参数。输入到第一端P1的信号的反射S₁₁在2GHz变得突然地衰减。在第一端P1中输入的信号的传输(transmission)S₂₁在2GHz处显示为大约14dB的值，所以电路传输良好。图19B示出了在已经对于1GHz频带设置电路的情况中的频率特性示意图。输入到第一端P1的信号的反射S₁₁在1GHz得到突然地衰减。输入在第一端P1中的信号的传输S₂₁在1GHz处显示处大约19dB的值，所以电路传输良好。可以看到根据本发明的匹配电路作为多频带匹配电路进行工作。

根据本发明的匹配电路具有从被插入在元件9和元件1之间并且用集总元件形成的第二匹配块两端所看到的阻抗，借助于辅助匹配块使得该阻抗匹配阻抗Z0。而且，通过增加辅助匹配块的数量，采用处理多个频带的匹配电路。而且，由于用集总元件形成第二匹配块，所以可以使得其小于用传输线配置的现有技术匹配电路。

可以通过将示出传统匹配电路的图3和示出本发明的匹配电路的图5进行比较而看出尺寸减小的效果。图3和图5是被制成能够在两个频带中都进行匹配的电路的示意图。与传统匹配电路(图3)不同，本发明的匹配电路(图5)总共需要两个额外部件，即一个开关元件和一个辅助匹配电路。但是，在传统匹配电路中所需要的延迟电路172是大尺寸部件。其尺寸随着频带和所使用的功率放大元件而变化，但是当例如将频带用特定放大元件设置到1GHz时，宽度是0.63mm而长度是9.22mm，或者长度是15.32mm。

在一方面，可以用其名称公知为0603的、并且具有0.3mm宽度和0.6mm长度的芯片电路以及几个平方毫米的单片微波集成电路来配置本发明的匹配电路。换句话说，最终都足以将构成本发明的匹配电路的所有部件放到延迟电路172的空间中。为了处理更多的频带，必须增加延迟电路172的数量。因此，作为用于多个频带的匹配电路，与传统匹配电路相比，还可以进一步减小本发明的匹配电路的尺寸。

Claims (7)

1.一种使得在预定多个频率处的阻抗与其阻抗具有频率相关特性的元件进行匹配的匹配电路，包括：

第一匹配块，其一端连接到所述其阻抗具有频率相关特性的所述元件连接到的第一端；

一个或多个第二匹配块，其包括集总元件并且串联到所述第一匹配块；

一个或多个开关元件；以及

一个或多个辅助匹配块，其经由所述开关元件连接到所述第二匹配块。

2.根据权利要求1所述的匹配电路，包括：

N个L型电路，每个L型电路包括一个所述第二匹配块以及连接到所述第二匹配块的一端的一个下面称为“第一开关元件”的第一所述开关元件与一个下面称为“第一辅助匹配块”的第一所述辅助匹配块的串联电路；和

N个分路块部件，每个分路块部件包括一个下面称为“第二开关元件”的第二所述开关元件和一个下面称为“第二辅助匹配块”的第二所述辅助匹配块的串联电路，

其中，N是等于或大于1的整数，

所述N个L型电路具有串联到所述第一匹配块的第一L型电路的第二匹配块的一端，以及连接到所述第二匹配块的另一端的下一级L型电路的第二匹配块的一端，

N个所述分路块部件连接到最后级L型电路的第二匹配块的另一端，并且

由连接到导通的一个所述第二开关元件的第二辅助匹配块、连接到导通的一个所述第一开关元件的第一辅助匹配块和在它们之间的第二匹配块形成π型电路。

3.根据权利要求1所述的匹配电路，包括：

N个L型电路，每个L型电路包括所述第二匹配块和连接于所述第二匹配块的一端的所述开关元件和所述辅助匹配块的串联电路以及串联的第二匹配块，

其中，N是等于或大于1的整数，

所述N个L型电路具有串联到所述第一匹配块的第一L型电路的第二匹配块的一端，以及连接到所述第二匹配块的另一端的下一级L型电路的第二匹配块的一端，

所述第二匹配块的一端连接到最后级L型电路的第二匹配块的另一端，

所述第二匹配块的另一端连接到其特性不依赖于频率的元件，并且

由一个所述串联电路、被置于导通状态的所述开关元件和在其两侧的第二匹配块构成T型电路。

4.根据权利要求2或3所述的匹配电路，其中N等于1。

5.根据权利要求1到4的任何一项所述的匹配电路，

其中所述第二匹配块由包括串联的匹配块以及连接到所述串联的匹配块的开关元件和匹配元件的串联电路的L型电路构成。

6.一种匹配电路，包括：

第一匹配块，其一端连接到与阻抗具有频率相关特性的元件相连接的第一端；和

匹配电路部件，其通过串联到所述第一匹配块的第二匹配块和分别连接到所述第二匹配块的两端的开关元件和辅助匹配块串联电路来构成π型电路，

其中，所述第二匹配块由集总元件构成。

7.一种匹配电路，包括：

第一匹配块，其一端连接到与阻抗具有频率相关特性的元件相连接的第一端；和

匹配电路部件，其通过在一端连接到所述第一匹配块的第二匹配块、在一端连接到所述第二匹配块的另一端的下一第二匹配块、连接在所述第二匹配块和下一第二匹配块之间的开关元件和辅助匹配块的串联电路构成T型电路，

其中，所述第二匹配块和所述串联的第二匹配块由集总元件构成。

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