KR101295229B1 - 임피던스 가변 정합 회로 - Google Patents

Abstract

고정 유도성 소자와 제1 가변 용량 소자와의 직렬 접속 또는 병렬 접속과, 상기 직렬 접속 또는 병렬 접속에 직렬로 접속된 제2 가변 용량 소자를 구비하고, 각 가변 용량 소자의 용량을 변화시킴으로써 회로의 서셉턴스를 변화시키는 것이 가능한 임피던스 가변 정합 회로.

Description

임피던스 가변 정합 회로{VARIABLE IMPEDANCE MATCHING CIRCUIT}

본 발명은 증폭기 등에 이용되는 임피던스 가변 정합 회로에 관한 것이다.

전력증폭기는 시스템이 요구하는 전력까지 고효율로 송신 신호를 증폭한다. 통상, 전력증폭기를 포함하는 무선 회로는 특정의 부하(임피던스 Z₀)에 정합하도록 설계된다. 그러나, 특히 이동기의 경우, 안테나 주변의 전자 환경의 변동에 따라 전력증폭기의 외관상의 부하가 변동하기 때문에, 출력 전력 및 효율이 저하되는 경우가 있다. 그래서, 전력증폭기와 안테나 사이에 튜너를 접속하여 부하의 변동에 따른 열화를 저감하는 기술이 있다. 튜너는 가변 디바이스(가변 유도성 소자 및 가변 용량성 소자)로 구성되며, 가장 간단한 회로 구성으로서, 도 14A 내지 D에 나타내는 3개의 소자를 조합시킨 회로가 생각된다. 이러한 회로 구성으로 계산상은 임의의 부하 변동에 대응할 수 있다.

충분히 넓은 부하 변동의 범위에 대응하기 위해서, 충분히 넓은 가변 디바이스의 가변 범위가 요구된다. 그러나, 계산상은 생각할 수 있지만, 가변 유도성 소자는 현시점에서 상용 레벨에 이르지 못하고 있다. 따라서, 실제로 도 14A 내지 D에 나타내는 회로를 구성하는 것은 곤란하다. 그 때문에, 충분히 넓은 부하 변동의 범위에 대응하기 위해서, 사용하는 소자의 수를 늘리는 등의 대처가 필요했다.

본 발명의 목적은 가변 유도성 소자를 사용하지 않고, 마치 가변 유도성 소자를 사용하고 있는 것 같이 임피던스를 조절할 수 있어, 따라서 적은 소자수로 광범위한 부하 변동에 대응 가능한 임피던스 가변 정합 회로를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 임피던스 가변 정합 회로는, 고정 유도성 소자와 제1 가변 용량 소자와의 직렬 접속 또는 병렬 접속과, 상기 직렬 접속 또는 병렬 접속에 직렬로 접속된 제2 가변 용량 소자를 구비하고, 각 가변 용량 소자의 용량을 변화시킴으로써 회로의 서셉턴스를 변화시키는 것이 가능하다.

본 발명의 임피던스 가변 정합 회로에 의하면, 가변 유도성 소자를 사용하지 않고, 마치 가변 유도성 소자를 사용하고 있는 것 같이 임피던스를 조절할 수 있다. 그 때문에, 적은 소자수로 광범위한 부하 변동에 대응 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 임피던스 가변 정합 회로(100)의 구성예를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 임피던스 가변 정합 회로(100)에 있어서 고정 용량 소자를 병용한 경우의 구성예를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 임피던스 가변 정합 회로(100)에 있어서의 가변 용량값-서셉턴스 절대값 특성을 나타내는 도면.
도 4는 도 1의 구성에 기초하는 2개의 주파수대에 대응 가능한 임피던스 가변 정합 회로의 구성예를 나타내는 도면.
도 5는 도 2의 구성에 기초하는 2개의 주파수대에 대응 가능한 임피던스 가변 정합 회로의 구성예를 나타내는 도면.
도 6은 도 4의 임피던스 가변 정합 회로에 있어서 스위치를 L_{p1o_1}측으로 전환했을 때의, 입력 신호 주파수 2GHz에 있어서의 가변 용량값-서셉턴스 절대값 특성을 나타내는 도면.
도 7은 도 4의 임피던스 가변 정합 회로에 있어서 스위치를 L_{p1o_2}측으로 전환했을 때의, 입력 신호 주파수 2GHz에 있어서의 가변 용량값-서셉턴스 절대값 특성을 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 임피던스 가변 정합 회로(200)의 구성예를 나타내는 도면.
도 9는 본 발명의 임피던스 가변 정합 회로(200)에 있어서 고정 용량 소자를 병용한 경우의 구성예를 나타내는 도면.
도 10은 본 발명의 임피던스 가변 정합 회로(200)에 있어서의 가변 용량값-서셉턴스 절대값 특성을 나타내는 도면.
도 11은 본 발명의 임피던스 가변 정합 회로(300)의 구성예를 나타내는 도면.
도 12는 본 발명의 임피던스 가변 정합 회로(300)에 있어서 고정 용량 소자를 병용한 경우의 구성예를 나타내는 도면.
도 13은 본 발명의 임피던스 가변 정합 회로(300)에 있어서의 가변 용량값-리액턴스값 특성을 나타내는 도면.
도 14A는 종래의 임피던스 가변 정합 회로의 제1 구성예를 나타내는 도면.
도 14B는 종래의 임피던스 가변 정합 회로의 제2 구성예를 나타내는 도면.
도 14C는 종래의 임피던스 가변 정합 회로의 제3 구성예를 나타내는 도면.
도 14D는 종래의 임피던스 가변 정합 회로의 제4 구성예를 나타내는 도면.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서, 상세하게 설명한다.

[실시예 1]

도 1에 본 발명의 임피던스 가변 정합 회로(100)의 구성예를 나타낸다. 임피던스 가변 정합 회로(100)는 도 14A의 가변 정합 회로에 있어서의 가변 유도성 소자 L_p1의 역할을 1개의 고정 유도성 소자와 2개의 가변 용량 소자에 의해 대체하는 구성이다.

임피던스 가변 정합 회로(100)는 가변 용량 소자 C_s1과 가변 용량 소자 C_s2와의 직렬 접속과, 고정 유도성 소자 L_p1o와 가변 용량 소자 C_p1과의 직렬 접속과 가변 용량 소자 C_p2와의 직렬 접속을 구비한다. 고정 유도성 소자 L_p1o와 가변 용량 소자 C_p1과의 직렬 접속과 가변 용량 소자 C_p2와의 직렬 접속의 양단은 접지된다. 가변 용량 소자 C_s1과 가변 용량 소자 C_s2와의 직렬 접속의 접속점과, 고정 유도성 소자 L_p1o와 가변 용량 소자 C_p1과의 직렬 접속과 가변 용량 소자 C_p2와의 직렬 접속의 접속점이 접속된다.

고정 유도성 소자 L_p1o는 인덕턴스가 L_p1o의 고정 인덕터이다. 가변 용량 소자 C_p1, C_p2는 각각 용량이 C_p1, C_p2의 가변 용량 소자이다. 각 가변 용량 소자는 반도체에 의해 실현해도 되고, MEMS 기술의 응용에 의해 실현해도 되며, 제법, 구성법에 제한은 없다.

고정 유도성 소자 L_p1o와 가변 용량 소자 C_p1과의 직렬 접속의 어드미턴스 Y_p1은 ω가 입력 신호의 각주파수일 때, 다음 식으로 주어진다.

또, 가변 용량 소자 C_p2의 어드미턴스 Y_p2는 다음 식으로 주어진다.

따라서, Y_p1과 Y_p2에 의한 합성 어드미턴스 Y_p는 다음 식과 같아진다.

그 때문에, 다음 식의 관계가 성립하는 경우에, Y_p는 유도성 어드미턴스가 된다.

이 때, 식(3) 및 식(4)으로부터 다음 식이 얻어진다.

또한, 식(5a) 및 (5b)로부터 다음 식이 얻어진다.

여기서, 식(6b)의 우변을 C_p1로 미분하면 다음 식이 얻어진다.

따라서, 식(6b)의 우변은 C_p1에 대하여 단조감소가 되기 때문에, C_p2의 최대값 C_p2max는 C_p1을 C_p1의 최대값 C_p1max로 한 경우에 최소가 된다. 이 점에서, C_p1 및 C_p2에 요구되는 범위는 다음 식과 같아진다.

이상으로부터, C_p1이 식(8a)의 범위에 있고, 또한, C_p2가 식(8b)의 범위에 있을 때, Y_p가 유도성 어드미턴스가 된다. 그 때문에, 1개의 고정 유도성 소자 L_p1o와 2개의 가변 용량 소자 C_p1, C_p2의 세트를 마치 가변 유도성 소자인 것처럼 기능시킬 수 있다. 따라서, 도 14A의 가변 정합 회로에 있어서의 가변 유도성 소자 L_p1의 역할을 대체할 수 있다. 또한, 통상의 가변 용량 소자에는 소자 고유의 가변폭이 있기 때문에, 그 가변폭을 Δ_p1, Δ_p2로 하면, C_p1, C_p2에는 다음 식의 가변 범위를 가지는 가변 용량 소자를 사용하면 되게 된다.

그런데, 가변 용량 소자는 용량의 절대값이 작을수록 소형이 된다. 그래서, 용량의 절대값을 작게 하기 위해서, 도 2에 나타내는 바와 같이, 가변 용량 소자 C_p1을 고정 용량 소자 C_p1o(0<C_p1o≤C_p1min)와 이것에 병렬로 마련된 가변 용량 소자 C_p1'에 의해 구성하고, 마찬가지로, 가변 용량 소자 C_p2를 고정 용량 소자 C_p2o(0<C_p2o≤C_{p2m ax}-Δ_p2)와 이것에 병렬로 마련된 가변 용량 소자 C_p2'에 의해 구성하는 것이 생각된다. 이렇게 구성함으로써, 사용하는 가변 용량 소자 C_p1' C_p2'의 용량의 절대값을, 다음 식에 나타내는 바와 같이, 식(9a), (9b)에 나타낸 C_p1, C_p2의 용량의 절대값보다 각각 C_p1o, C_p2o 작게 할 수 있다. 이와 같이 구성함으로써, 보다 소형의 가변 용량 소자를 사용할 수 있다.

계속해서, 도 1의 구성에 의해 1개의 고정 유도성 소자 L_p1o와 2개의 가변 용량 소자 C_p1, C_p2의 세트를 마치 가변 유도성 소자인 것처럼 기능시켰을 때, C_p1과 C_p2를 변화시킴으로써 얻어지는 서셉턴스의 가변폭을 계산한다. 또, 그 가변폭을 인덕터만으로 달성하고자 했을 경우에 어느 정도의 인덕턴스폭에 상당하는지를 확인한다.

예로서, 입력 신호의 주파수가 1GHz, L_p1o가 2nH인 경우에 있어서 요구되는 C_p1 및 C_p2를 산출한다. 식(8a)으로부터 C_p1min은 약12.7pF가 된다. 설명을 간단히 하기 위해서, C_p1min을 12pF로 하고, Δ_p1=9pF로 하면, 12≤C_p1≤21pF가 된다. 이 때, C_p1max는 21pF인 점에서 식(8b)으로부터 C_p2max는 31.9pF가 된다. 설명을 간단히 하기 위해서, C_p2max를 32pF로 하고, Δ_p2=9pF로 하면, 23≤C_p2≤32pF가 된다. 도 3에, 도 1의 C_p1과 C_p2를 각각 C_p1'+C_p1o와 C_p2'+C_p2o로 분리한 도 2의 구성에 있어서, C_p1o=12pF, C_p2o=23pF로 하고, 가변 용량값 C_p1', C_p2'를 각각 Δ_p1, Δ_p2의 범위(0~9pF)로 변화시켰을 때의 서셉턴스의 절대값을 플롯한 것을 나타낸다(가변 용량값-서셉턴스 절대값특성). ●표시는 C_p2를 C_p2min(=23pF)에 고정하여, C_p1'를 변화시킴으로써 얻어진 플롯이다. ■표시는 C_p1을 C_p1max(=21pF)에 고정하여, C_p2'를 변화시킴으로써 얻어진 플롯이다. 또한, 플롯이 없는 선은 도 14A의 가변 유도성 소자 L_p1에 상당하는 인덕턴스값을 0~10nH의 범위에서 변화시킨 경우의 서셉턴스의 절대값을 나타낸 것이다. 도 3으로부터, 입력 신호의 주파수=1GHz, L_p1o=2nH, C_p1=12~21pF, C_p2=23~32pF로 했을 때, C_p1의 값과 C_p2의 값을 변화시킴으로써, 인덕턴스값 L_p1을 10nH 이상 변화시킨 경우와 동등한 서셉턴스값을 가변할 수 있는 것을 알 수 있다.

또한, 실시예 1에서는, 도 14A의 구성을 가변 유도성 소자를 사용하지 않는 구성으로 변형하는 방법을 설명했다. 도 14B의 구성에 대해서도, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해 가변 유도성 소자를 사용하지 않는 구성으로 변형 가능하다.

이상과 같이, 본 발명의 임피던스 가변 정합 회로(100)에 의하면, 가변 유도성 소자를 사용하지 않고, 마치 가변 유도성 소자를 사용하고 있는 것처럼 임피던스를 조정할 수 있다. 그 때문에 적은 소자수로 광범위한 부하 변동에 대응 가능하게 된다.

[변형예]

본 발명의 임피던스 가변 정합 회로(100)에 있어서, 고정 유도성 소자 L_p1o,및 고정 용량 소자 C_p1o, C_p2o에 대해서, 사용 주파수대마다 최적화한 소자를 스위치에 의해 전환 가능하게 함으로써, 복수의 주파수대에서 사용 가능한 임피던스 가변 정합 회로를 구성할 수 있다. 도 4, 도 5는, 각각 도 1, 도 2의 구성에 기초하여, 2개의 주파수대에서 사용 가능한 임피던스 가변 정합 회로(150)를 구성한 예이다. 도 4는, 사용 주파수대에 따라, 고정 유도성 소자 L_{p1o_1}과 고정 유도성 소자 L_{p1o_2}를 2개의 SPDT 스위치로 전환 가능하게 한 것이다. 도 5는, 사용 주파수대에 따라, 고정 유도성 소자 L_{p1o_1}과 고정 유도성 소자 L_{p1o_2}, 고정 용량 소자 C_{p1o_1}과 고정 용량 소자 C_{p1o_2}, 및 고정 용량 소자 C_{p2o_1}과 고정 용량 소자 C_{p2o_2}를 각각 2개의 SPDT 스위치로 전환 가능하게 한 것이다.

도 4의 구성에 있어서, L_{p1o_1}을 2nH, L_{p1o_2}를 0.5nH로 하고, 각 가변 용량 소자의 용량값을 도 3의 경우와 마찬가지로 변화시켰을 때의 가변 용량값-서셉턴스 절대값 특성을 확인한다. 우선, 스위치를 L_{p1o_1}측으로 전환했을 때는, 도 1과 회로의 구성이 동일해진다. 그 때문에, 주파수 1GHz의 신호를 입력한 경우의 가변 용량값-서셉턴스 절대값 특성은 도 3과 같아진다. 이에 대하여, 주파수 2GHz의 신호를 입력한 경우의 가변 용량값-서셉턴스 절대값 특성은 도 6과 같아진다. 도 6으로부터, 입력 신호의 주파수가 1GHz인 경우에 비해, 취할 수 있는 서셉턴스의 절대값의 범위가 좁아져 있는 것을 알 수 있다. 한편, 도 7은, 스위치를 L_{p1o _ 2}측으로 전환하여, 주파수 2GHz의 신호를 입력한 경우의 가변 용량값-서셉턴스 절대값 특성이다. 도 7로부터, 입력 신호의 주파수가 2GHz인 경우에 최적화된 L_{p1o_2}를 사용함으로써, 2GHz에 있어서도 1GHz와 동등한 서셉턴스의 절대값이 얻어지는 것을 알 수 있다.

[실시예 2]

도 8에 본 발명의 임피던스 가변 정합 회로(200)의 구성예를 나타낸다. 임피던스 가변 정합 회로(200)는 실시예 1과 마찬가지로, 도 14A의 가변 정합 회로에 있어서의 가변 유도성 소자 L_p1의 역할을, 1개의 고정 유도성 소자와 2개의 가변 용량 소자에 의해 대체하는 별도의 구성이다.

임피던스 가변 정합 회로(200)는 가변 용량 소자 C_s1과 가변 용량 소자 C_s2와의 직렬 접속과, 고정 유도성 소자 L_p1o와 가변 용량 소자 C_p1과의 병렬 접속과 가변 용량 소자 C_p2와의 직렬 접속을 구비한다. 고정 유도성 소자 L_p1o와 가변 용량 소자 C_p1과의 병렬 접속과 가변 용량 소자 C_p2와의 직렬 접속의 일단은 가변 용량 소자 C_s1과 가변 용량 소자 C_s2와의 접속점에 접속되고, 타단은 접지된다.

고정 유도성 소자 L_p1o는 인덕턴스가 L_p1o의 고정 인덕터이다. 가변 용량 소자 C_p1, C_p2는 각각 용량이 C_p1, C_p2의 가변 용량 소자이다. 각 가변 용량 소자는 반도체에 의해 실현해도 되고, MEMS 기술의 응용에 의해 실현해도 되며, 제법, 구성법에 제한은 없다.

고정 유도성 소자 L_p1o와 가변 용량 소자 C_p1과의 병렬 접속의 임피던스 Z_p1은 다음 식으로 주어진다.

또, 가변 용량 소자 C_p2의 임피던스 Z_p2는 다음 식으로 주어진다.

따라서, Z_p1과 Z_p2에 의한 합성 임피던스 Z_p는 다음 식과 같아진다.

그 때문에, 다음 식의 관계가 성립하는 경우에, Z_p는 유도성 임피던스가 된다.

이 때, 식(13) 및 식(14)으로부터 다음 식이 얻어진다.

또한, 식(15a) 및 (15b)로부터 다음 식이 얻어진다.

여기서, 식(16b)의 우변을 C_p1로 미분하면, 다음 식이 얻어진다.

따라서, 식(16b)의 우변은 C_p1에 대하여 단조감소가 되기 때문에, C_p2의 최소값 C_p2min은 C_p1을 C_p1의 최소값 C_p1min으로 한 경우에 최대가 된다. 이 점에서, C_p1 및 C_p2에 요구되는 범위는 다음 식과 같아진다.

이상으로부터, C_p1이 식(18a)의 범위에 있고, 또한, C_p2가 식(18b)의 범위에 있을 때, Z_p가 유도성 임피던스가 된다. 그 때문에, 1개의 고정 유도성 소자 L_p1o와 2개의 가변 용량 소자 C_p1, C_p2의 세트를 마치 가변 유도성 소자인 것처럼 기능시킬 수 있다. 따라서, 도 14A의 가변 정합 회로에 있어서의 가변 유도성 소자 L_p1의 역할을 대체할 수 있다. 또한, 통상의 가변 용량 소자에는 소자 고유의 가변폭이 있기 때문에, 그 가변폭을 Δ_p1, Δ_p2로 하면, C_p1, C_p2에는 다음 식의 가변 범위를 가지는 가변 용량 소자를 사용하면 되게 된다.

그런데, 가변 용량 소자는 용량의 절대값이 작을수록 소형이 된다. 그래서, 용량의 절대값을 작게 하기 위해서, 도 9에 나타내는 바와 같이, 가변 용량 소자 C_p1을 고정 용량 소자 C_p1o(0<C_p1o≤C_p1max-Δ_p1)와 이것에 병렬로 마련된 가변 용량 소자 C_p1'에 의해 구성한다. 또, 마찬가지로, 가변 용량 소자 C_p2를 고정 용량 소자 C_p2o(0<C_p2o≤C_p2min)와 이것에 병렬로 마련된 가변 용량 소자 C_p2'에 의해 구성한다. 이와 같이 구성함으로써, 사용하는 가변 용량 소자 C_p1', C_p2'의 절대값을, 다음 식에 나타내는 바와 같이, 식(19a), (19b)에 나타낸 C_p1, C_p2의 절대값보다 각각 C_p1o, C_p2o 작게 할 수 있다. 그 때문에, 보다 소형의 가변 용량 소자를 사용할 수 있다.

계속해서, 도 8의 구성에 의해 1개의 고정 유도성 소자 L_p1o와 2개의 가변 용량 소자 C_p1, C_p2의 세트를 마치 가변 유도성 소자인 것처럼 기능시켰을 때, C_p1과 C_p2를 변화시킴으로써 얻어지는 서셉턴스 가변폭을 계산한다. 또, 그 가변폭을 인덕터만으로 달성하고자 한 경우에 어느 정도의 인덕턴스의 가변폭에 상당하는지를 확인한다.

예로서, 입력 신호의 주파수가 1GHz, L_p1o가 2nH인 경우에 있어서 요구되는 C_p1 및 C_p2를 산출한다. 식(18a)으로부터 C_p1max는 약12.7pF가 된다. 설명을 간단히 하기 위해서, C_p1max를 13pF로 하고, Δ_p1=9pF로 하면, 4≤C_p1≤13pF가 된다. 이 때, C_p1min은 4pF이므로 식(18b)으로부터 C_p2min은 8.7pF 이상이 된다. 설명을 간단히 하기 위해서, C_p2min을 8pF로 하고, Δ_p2=9pF로 하면, 8≤C_p2≤17pF가 된다. 도 10에, 도 8의 C_p1과 C_p2를 각각 C_p1'+C_p1o와 C_p2'+_Cp2o로 분리한 도 9의 구성에 있어서, C_p1o=4pF, C_p2o=8pF로 하고, 가변 용량값 C_p1', C_p2'를 각각 Δ_p1, Δ_p2의 범위(0~9pF)로 변화시켰을 때의 서셉턴스의 절대값을 플롯한 것을 나타낸다(가변 용량값-서셉턴스 절대값 특성). ●표시는 C_p2를 C_p2max(=17pF)에 고정하여, C_p1'를 변화시킴으로써 얻어진 플롯이다. ■표시는 C_p1을 C_p1min(=4pF)에 고정하여, C_p2'를 변화시킴으로써 얻어진 플롯이다. 또한, 플롯이 없는 선은 도 14A의 가변 유도성 소자 L_p1에 상당하는 인덕턴스값을 0~10nH의 범위에서 변화시킨 경우의 서셉턴스의 절대값을 나타낸 것이다. 도 10으로부터, 입력 신호의 주파수=1GHz, L_p1o=2nH, C_p1=4~13pF, C_p2=8~17pF로 했을 때, C_p1의 값과 C_p2의 값을 변화시킴으로써, 인덕턴스값 L_p1을 10nH 이상 변화시킨 경우와 동등한 서셉턴스값을 가변할 수 있는 것을 알 수 있다.

또한, 실시예 2에 있어서도, 도 14A의 구성을 가변 유도성 소자를 사용하지 않는 구성으로 변형하는 방법을 설명했지만, 도 14B의 구성에 대해서도, 실시예 2와 마찬가지의 방법에 의해 가변 유도성 소자를 사용하지 않는 구성으로 변형 가능하다.

이상과 같이, 본 발명의 임피던스 가변 정합 회로(200)에 의하면, 가변 유도성 소자를 사용하지 않고, 마치 가변 유도성 소자를 사용하고 있는 것처럼 임피던스를 조정할 수 있다. 그 때문에, 적은 소자수로 광범위한 부하 변동에 대응 가능하게 된다. 또한, 요구되는 서셉턴스값이 보다 한정적인 경우에는, C_p2를 고정 용량으로 바꿔도 된다. 또, 실시예 2에 있어서도, 실시예 1의 변형예로서 나타낸 구성에 의해, 복수의 주파수대에서 사용 가능한 임피던스 가변 정합 회로를 구성할 수 있다.

[실시예 3]

도 11에 본 발명의 임피던스 가변 정합 회로(300)의 구성예를 나타낸다. 임피던스 가변 정합 회로(300)는 도 14D의 가변 정합 회로에 있어서의 가변 유도성 소자 L_s1의 역할을, 1개의 고정 유도성 소자와 2개의 가변 용량 소자에 의해 대체하는 구성이다.

임피던스 가변 정합 회로(300)는 고정 유도성 소자 L_s1o와 가변 용량 소자 C_s1과의 병렬 접속과 가변 용량 소자 C_s2와의 직렬 접속과, 일단이 상기 직렬 접속의 일단에 접속되고 타단이 접지된 가변 용량 소자 C_p1과, 일단이 상기 직렬 접속의 타단에 접속되고 타단이 접지된 가변 용량 소자 C_p2를 구비한다.

고정 유도성 소자 L_s1o는 인덕턴스가 L_s1o의 고정 인덕터이다. 가변 용량 소자 C_s1, C_s2는 각각 용량이 C_s1, C_s2의 가변 용량 소자이다. 여기서, 각 소자의 조건은 실시예 2에서 나타낸 고정 유도성 소자 L_p1o를 고정 유도성 소자 L_s1o로, 가변 용량 소자 C_p1을 가변 용량 소자 C_s1으로, 가변 용량 소자 C_p2를 가변 용량 소자 C_s2로 각각 바꾼 경우와 동일하다. 또, 가변 용량 소자 C_s1, C_s2를, 각각 고정 용량 소자 C_s1o, C_s2o보다 용량이 작은 가변 용량 소자 C_s1', C_s2'와의 병렬 접속에 의해 구성함으로써, 소형의 가변 용량 소자를 사용할 수 있다. 이 때, 가변 용량 소자 C_s1, C_s2에 대응하는 고정 용량 소자 C_s1o, C_s2o와 가변 용량 소자 C_s1', C_s2'의 각 용량은 실시예 2에서 나타낸 C_p1, C_p2에 대응하는 C_p1o, C_p2o와 C_p1', C_p2'를 구하는 방법에 있어서 C_p1, C_p2, C_p1o, C_p2o, C_p1' 및 C_p2'를, 각각 C_s1, C_s2, C_s1o, C_s2o, C_s1' 및 C_s2'로 바꿈으로써 구할 수 있다.

또한, 각 가변 용량 소자는 반도체에 의해 실현해도 되고, MEMS 기술의 응용에 의해 실현해도 되며, 제법, 구성법에 제한은 없다.

계속해서, 도 11의 구성에 의해 1개의 고정 유도성 소자 L_s1o와 2개의 가변 용량 소자 C_s1, C_s2의 세트를 마치 가변 유도성 소자인 것처럼 기능시켰을 때, C_s1과 C_s2를 변화시킴으로써 얻어지는 리액턴스 가변폭을 계산하고, 그 가변폭을 인덕터만으로 달성하고자 한 경우에 어느 정도의 인덕턴스의 가변폭에 상당하는지를 확인한다.

예로서, 입력 신호의 주파수가 1GHz, L_s1o가 2nH인 경우에 있어서 요구되는 C_s1 및 C_s2를 산출한다. 식(18a)으로부터 C_s1max는 약12.7pF가 된다. 여기서, 설명을 간단히 하기 위해서, C_s1max를 13pF로 하고, Δ_s1=9pF로 하면, 4≤C_s1≤13pF가 된다. 이 때, C_s1min은 4pF이므로 식(18b)으로부터 C_s2는 8.7pF 이상이 된다. 설명을 간단히 하기 위해서, C_s2min을 8pF로 하고, Δ_s2=9pF로 하면, 8≤C_s2≤17pF가 된다. 도 13에, 도 11의 C_s1과 C_s2를, 각각 C_s1'+C_s1o와 C_s2'+C_s2o로 분리한 도 12의 구성에 있어서, C_s1o=4pF, C_s2o=8pF로 하고, 가변 용량값 C_s1', C_s2'를 각각 Δ_s1, Δ_s2의 범위(0~9pF)로 변화시켰을 때의 리액턴스값을 플롯한 것을 나타낸다(가변 용량값-리액턴스값 특성). ●표시는 C_s2를 C_s2max(=17pF)에 고정하여, C_s1'를 변화시킴으로써 얻어진 플롯이다. ■표시는 C_s1을 C_s1min(=4pF)에 고정하여, C_s2'를 변화시킴으로써 얻어진 플롯이다. 또한, 플롯이 없는 선은 도 14D의 가변 유도성 소자 L_s1에 상당하는 인덕턴스값을 0~10nH의 범위에서 변화시킨 경우의 리액턴스값을 나타낸 것이다. 도 13으로부터, 입력 신호의 주파수=1GHz, L_s1o=2nH, C_s1=4~13pF, C_s2=8~17pF로 했을 때, C_s1의 값과 C_s2의 값을 변화시킴으로써, 인덕턴스값 L_s1을 10nH 이상 변화시킨 경우와 동등한 리액턴스값을 가변할 수 있는 것을 알 수 있다.

또한, 실시예 3에 있어서는, 도 14D의 구성을 가변 유도성 소자를 사용하지 않는 구성으로 변형하는 방법을 설명했지만, 도 14C의 구성에 대해서도, 실시예 3과 마찬가지의 방법에 의해 가변 유도성 소자를 사용하지 않는 구성으로 변형 가능하다.

이상과 같이, 본 발명의 임피던스 가변 정합 회로(300)에 의하면, 가변 유도성 소자를 사용하지 않고, 마치 가변 유도성 소자를 사용하고 있는 것처럼 임피던스를 조정할 수 있기 때문에, 적은 소자수로 광범위한 부하 변동에 대응 가능하게 된다.

이상에서 설명한 본 발명의 임피던스 가변 정합 회로(100, 150, 200, 300)의 각 구성 요소의 기능 분담은 각 실시예에 나타내는 기능 분담에 한정되는 것은 아니며, 본 발명을 일탈하지 않는 범위에서 적당히 변경이 가능하다.

Claims (10)

1. 고정 유도성 소자와 제1 가변 용량 소자와의 직렬 접속과,
   상기 직렬 접속에 직렬로 접속된 제2 가변 용량 소자를 구비하고, 각 가변 용량 소자의 용량을 변화시킴으로써 회로의 서셉턴스를 변화시키는 것이 가능하고,
   제3 가변 용량 소자와 제4 가변 용량 소자와의 직렬 접속을 더 구비하고,
   상기 고정 유도성 소자와 제1 가변 용량 소자와의 직렬 접속과 상기 제2 가변 용량 소자와의 직렬 접속의 양단은 접지되고,
   상기 제3 가변 용량 소자와 제4 가변 용량 소자와의 직렬 접속의 접속점과, 상기 고정 유도성 소자와 제1 가변 용량 소자와의 직렬 접속과 상기 제2 가변 용량 소자와의 직렬 접속의 접속점이 접속된 것을 특징으로 하는 임피던스 가변 정합 회로.
2. 제 1 항에 있어서,
   일단이 제1 가변 용량 소자의 일단에 접속되고, 타단이 제1 가변 용량 소자의 타단에 접속된 제1 고정 용량 소자와,
   일단이 제2 가변 용량 소자의 일단에 접속되고, 타단이 제2 가변 용량 소자의 타단에 접속된 제2 고정 용량 소자를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 임피던스 가변 정합 회로.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1 고정 용량 소자의 용량값 C_p1o는,
   

   

   
   (ω는 입력 신호의 각주파수, C_p1min은 C_p1o와 제1 가변 용량 소자의 용량값과의 합의 최소값, L_p1o는 고정 유도성 소자의 인덕턴스)
   이며,
   상기 제2 고정 용량 소자의 용량값 C_p2o는,
   

   

   
   (C_p2max는 C_p2o와 제2 가변 용량 소자의 용량값과의 합의 최대값, Δ_p2는 제2 가변 용량 소자가 취할 수 있는 가변폭)인 것을 특징으로 하는 임피던스 가변 정합 회로.
4. 고정 유도성 소자와 제1 가변 용량 소자와의 병렬 접속과,
   상기 병렬 접속에 직렬로 접속된 제2 가변 용량 소자를 구비하고, 각 가변 용량 소자의 용량을 변화시킴으로써 회로의 서셉턴스를 변화시키는 것이 가능하고,
   제3 가변 용량 소자와 제4 가변 용량 소자와의 직렬 접속을 더 구비하고,
   상기 고정 유도성 소자와 제1 가변 용량 소자와의 병렬 접속과 상기 제2 가변 용량 소자와의 직렬 접속의 일단은 상기 제3 가변 용량 소자와 제4 가변 용량 소자와의 직렬 접속의 접속점에 접속되고, 타단은 접지된 것을 특징으로 하는 임피던스 가변 정합 회로.
5. 제 4 항에 있어서,
   일단이 제1 가변 용량 소자의 일단에 접속되고, 타단이 제1 가변 용량 소자의 타단에 접속된 제1 고정 용량 소자와,
   일단이 제2 가변 용량 소자의 일단에 접속되고, 타단이 제2 가변 용량 소자의 타단에 접속된 제2 고정 용량 소자를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 임피던스 가변 정합 회로.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제1 고정 용량 소자의 용량값 C_p1o는,
   

   

   
   (ω는 입력 신호의 각주파수, L_p1o는 고정 유도성 소자의 인덕턴스, C_p1max는 C_p1o와 제1 가변 용량 소자의 용량값과의 합의 최대값, Δ_p1은 제1 가변 용량 소자가 취할 수 있는 가변폭)이며,
   상기 제2 고정 용량 소자의 용량값 C_p2o는,
   

   

   
   (C_p1min은 C_p1o와 제1 가변 용량 소자의 용량값과의 합의 최소값, C_p2min은 C_p2o와 제2 가변 용량 소자의 용량값과의 합의 최소값)인 것을 특징으로 하는 임피던스 가변 정합 회로.
7. 고정 유도성 소자와 제1 가변 용량 소자와의 병렬 접속과,
   상기 병렬 접속에 직렬로 접속된 제2 가변 용량 소자를 구비하고, 각 가변 용량 소자의 용량을 변화시킴으로써 회로의 서셉턴스를 변화시키는 것이 가능하고,
   제3 가변 용량 소자와 제4 가변 용량 소자를 더 구비하고,
   상기 제3 가변 용량 소자의 일단은, 상기 고정 유도성 소자와 제1 가변 용량 소자와의 병렬 접속과 상기 제2 가변 용량 소자와의 직렬 접속의 일단에 접속되고, 타단은 접지되며,
   상기 제4 가변 용량 소자의 일단은, 상기 고정 유도성 소자와 제1 가변 용량 소자와의 병렬 접속과 상기 제2 가변 용량 소자와의 직렬 접속의 타단에 접속되고, 타단은 접지되는 것을 특징으로 하는 임피던스 가변 정합 회로.
8. 제 7 항에 있어서,
   일단이 제1 가변 용량 소자의 일단에 접속되고, 타단이 제1 가변 용량 소자의 타단에 접속된 제1 고정 용량 소자와,
   일단이 제2 가변 용량 소자의 일단에 접속되고, 타단이 제2 가변 용량 소자의 타단에 접속된 제2 고정 용량 소자를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 임피던스 가변 정합 회로.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 제1 고정 용량 소자의 용량값 C_s1o는,
   

   

   
   (ω는 입력 신호의 각주파수, L_s1o는 고정 유도성 소자의 인덕턴스, C_s1max는 C_s1o와 제1 가변 용량 소자의 용량값과의 합의 최대값, Δ_s1은 제1 가변 용량 소자가 취할 수 있는 가변폭)이며,
   상기 제2 고정 용량 소자의 용량값 C_s2o는,
   

   

   
   (C_s1min은 C_s1o와 제1 가변 용량 소자의 용량값과의 합의 최소값, C_s2min은 C_s2o와 제2 가변 용량 소자의 용량값과의 합의 최소값)인 것을 특징으로 하는 임피던스 가변 정합 회로.
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