CN101002361A - 全双工天线系统和方法 - Google Patents

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Abstract

已经提供了用于全双工天线阻抗匹配的系统和方法。所述方法包括：使第一天线在第一频段的、频率可选的第一信道有效地谐振；在第一信道频率生成第一天线阻抗；使第二天线在第一频段的、频率可选的第二信道有效地谐振；在第二信道频率生成第二天线阻抗；在第一信道频率供应第一共轭阻抗匹配；以及，在第二信道频率供应第二共轭阻抗匹配。举例来说，第一天线可用于发送，而第二天线用于接收通信。天线响应于以下操作有效谐振：为天线提供频率可选的共轭阻抗匹配；产生频率可选的天线阻抗；和/或选择天线谐振的频率。

Description

全双工天线系统和方法
相关申请
本申请与共同所有权的题为“全双工天线系统和方法”的第10/899,285号共同未决的美国专利申请相关，该申请的全部内容通过引用而并入本文。
本申请同时还与下面的在同一天提交的并具有相同发明人的未决的两个美国申请有关：题为“用于将天线阻抗匹配到通信波段中的分波段的系统和方法”的第10/899,218号美国专利申请以及题为“用于双波段天线的系统和方法”的第10/899,278号美国专利申请，上述两个申请的内容通过引用而并入本文。
本申请同时还与下面的在同一天提交的并具有相同发明人的未决的美国申请有关：题为“用于将天线阻抗匹配到通信波段中的分波段的系统和方法”的美国专利申请以及“用于双波段天线匹配的系统和方法”的美国专利申请，上述两个申请的内容通过引用而并入本文。
发明背景
1.技术领域
本发明一般涉及无线通信天线，更具体地说，本发明涉及用于全双工天线和相应的天线匹配电路的系统和方法。
2.背景技术
随着便携式无线通信设备(例如电话)的功能不断增加，其尺寸却在不断缩小。因此，在不方便的位置对元件进行封装时，设计者必须提高元件或设备子系统的性能并减小其尺寸。这些元件的关键之一为无线通信天线。该天线例如可以与电话收发器或全球定位系统(GPS)接收机相连。
目前的无线电话预期可以工作在多个不同的通信波段中。在美国，使用850兆赫兹(MHz)左右的蜂窝波段(AMPS)、以及1900MHz左右的PCS(个人通信系统)波段和DCS波段。其他的通信波段包括在约为1800MHz的PCN(个人通信网络)和DCS、约为900MHz的GSM系统(移动特别小组)以及约为800MHz和1500MHz的JDC(日本数字蜂窝)。其他感兴趣的波段为在大约1575MHz处的GPS信号、在大约2400MHz处的蓝牙以及在大约1850到2200MHz处的宽带码分多址接入(WCDMA)。
无线通信设备被公知为将简单的圆柱形线圈或鞭状(whip)天线用作主要的或辅助的通信天线。倒F形天线也是较普遍的。天线的谐振频率响应于其电气长度(electrical length)，而电气长度构成了工作频率波长的一部分。无线设备天线的电气长度通常为四分之一波长的倍数，例如5λ/4、3λ/4、λ/2、或λ/4，其中λ为工作频率的波长，而有效的波长响应于天线辐射器的物理长度和邻近介电常数。
通常，每个无线设备收发机(接收机和/或发射机)都与在特定通信波段内共振的分立天线相连。收发器可被调谐至通信波段范围内的信道。然而，便携式无线设备正在发展为能够并入多个收发器(每一个收发器可以工作在不同的通信波段)，或者并入可以被调谐以工作在多个通信波段的一个收发器。一个强力的方法是为每个通信波段增加一个不同的谐振器或天线。例如，公知的是将具有不同面积的两个微波带贴片进行堆叠，以产生不协调地相关的谐振频率响应。然而，这样的设计并不总是能够覆盖所有需要的频率(通信波段)的。一种用于上述天线的工作方案是加宽较高通信波段的带通响应以例如覆盖GPS和PCS通信，以及采用较低的通信波段而在蜂窝波段(AMPS)频率进行谐振。然而，将较高波段进行加宽虽然提高了GPS和PCS的性能，但损失了蜂窝波段的性能。
另一个与天线有关的问题是来源于无线电话通信的双向特性。典型地，通信波段的发送分波段频率与接收分波段频率接近。因此，发送器和接收器经常共享使用同一天线。在某些方面，发送和接收通信是同时发生的。由于天线和相关的电路是被共享的，因此可能会产生相当数量的耦合。例如，发送的信号将会耦合进接收器从而提高接收器的本底噪声，并降低其敏感度。因此必须增加解耦装置、简化滤波电路并使其尺寸更小些，并且如果发送器和接收器没有共享同一个天线的话，无线电话的整体性能将会提高。
传统的天线设计并入了电介质材料的使用。一般而言，天线所产生的电场的一部分会通过电介质从辐射器返回到地网(地面)。天线被调谐以在多个频率进行谐振，并且辐射器的波长与介电常数在谐振频率处具有最佳关系。最常见的电介质是空气，其介电常数为1。其他材料的介电常数是相对于空气而被定义的。
铁电材料的介电常数是随着施加电压的变化而变化的。由于铁电材料具有可变的介电常数，因此铁电材料是制造可调谐元件的较好的候选材料。传统的测量技术已将铁电元件的特点描述为具有相当大的损耗，而未考虑用于改善其损耗特性的处理、掺杂或其他制作技术。因此铁电材料还没有被广泛应用。已经意识到当铁电可调谐元件工作在射频或是微波波段时有特定的损耗。该观察结果在雷达应用中得到实践验证支持，例如，在雷达应用中，作为传统规则，块状(厚度约大于1.0mm)FE(铁电)材料具有高射频(RF)或微波损耗，尤其是在希望达到最大调谐时。通常，大多数FE材料都是有损耗的，除非采取措施来改善(减小)其损耗。这种措施包括但不限于：(1)在沉积前后退火、或者在沉积前后退火以补偿O2的空位，(2)采用缓冲层来减小表面压力，(3)采用其他材料熔合或缓冲以及(4)选择性的掺杂。
由于近年来对较低功率元件在有限范围进行调谐的要求不断提高，因此对于铁电材料的兴趣已调整到使用薄膜材料而不是块状材料。然而，高铁电损耗的假设在薄膜工作中也是成立的。传统宽带测量技术已经证实了在可调谐的铁电元件(块状或薄膜)具有基本损耗的假设。在无线通信匹配电路中，例如，在大约2GHz的频率处，需要Q大于40优选大于180、以及更优选大于350的电路。这些相同的假设将应用于天线接口电路和收发器的设计。
在各种频率敏感(agile)电路中可以采用可调谐的铁电元件、尤其是采用薄膜的铁电元件。可调谐的元件是合乎需要的，因为它们允许电路被调谐在多个通信波段。覆盖多个分波段的可调谐的元件潜在地减少了设备中元件的总数，这是由于分散波段的频率固定的元件及其相关的开关不再是必要的。当无线手持设备的设计要求在增强功能的同时要求降低成本和尺寸看上去相互矛盾时，这些优点是特别重要的。例如，对于CDMA手持设备来说，非常强调单独元件的性能。FE材料还可以允许到目前为止已经抗收缩的RF元件的集成。
如果全双工天线系统是由独立的具有发送功能和接收功能的天线组成，那将是有利的。
如果上面提到的对发送和接收功能的选择性，能够通过使用窄带的可选择的信道来加强将是有利的。
如果上面提到的天线系统能够制造为使用这样一种天线进行工作将是有利的，即，该天线具有可以选择的谐振频率，可以选择的阻抗，可以选择的阻抗匹配电路，或是以上各项的结合。
发明内容
本发明提出了一种全双工天线系统，其能够以两种独立的机制对发送和接收线路进行有效的解耦。首先，该系统使用单独的天线用于发送器和接收器。其次，缩小了天线的响应。这通过使天线在其中操作的信道的频率可选来实现。这种频率可选性是通过调节天线的谐振频率来实现的。作为一种选择，这种频率可选性也可以通过调节天线的阻抗来实现。作为另外一种选择，这种频率可选性也可以通过匹配电路调节天线提供的阻抗来实现。此外，这种频率可选性也可以通过上述各种调节机制的结合来实现。
相应地，提出了一种全双工天线阻抗匹配的方法，可包括：使第一天线在第一频段的、频率可选的第一信道有效地谐振；在第一信道频率生成第一天线阻抗；使第二天线在第一频段的、频率可选的第二信道有效地谐振；在第二信道频率生成第二天线阻抗；在第一信道频率供应第一共轭阻抗匹配；以及在第二信道频率供应第二共轭阻抗匹配。例如，第一天线可用于发送，而第二天线用于接收通信。
在第一方面，在第一信道频率供应第一共轭阻抗匹配包括供应频率可选择的第一共轭阻抗。同样，在第二信道频率供应第二共轭阻抗匹配包括：提供频率可选的第二共轭阻抗。在第二方面，在第一信道频率生成第一天线阻抗包括生成频率可选的第一阻抗；以及在第二信道频率生成第二天线阻抗包括生成频率可选的第二阻抗。
在第三方面，使第一天线在第一频段的、频率可选的第一信道有效地谐振包括选择谐振频率。同样，使第二天线在第一频段的、频率可选的第二信道有效地谐振包括选择谐振频率。
此外，这种方法可以为全双工操作提供两个完全不同的通信波段。也就是说，这种方法可包括：使第一天线在第二频段的、频率可选的第三信道有效地谐振以及在第三信道频率生成第三天线阻抗。使第二天线在第二频段的、频率可选的第四信道有效地谐振，以及在第四信道频率生成第四天线阻抗。接着，在第三信道频率提供第三共轭阻抗匹配以及在第四信道频率提供第四共轭阻抗匹配。
下面将提供了上述方法、全双工天线系统以及无线电话全双工系统的其它细节。
附图说明
图1是选择性地调谐通信信道的全双工天线系统的示意性框图；
图2是描述了第一信道和第二信道之间的关系的频率特性曲线；
图3是谐振频率可调的“倒F”型天线的示意性框图；
图4是阻抗可调的“倒F”型天线的示意性框图；
图5是阻抗可调的匹配电路的示意性框图；
图6是示出了图1中的系统的另一方面的示意性框图；
图7是本发明的带有全双工天线匹配系统的无线电话的示意性框图；
图8是描述全双工天线阻抗匹配方法的示意流程图；以及
图9是可代替图8中方法的另一种方法的示意流程图。
具体实施方式
图1是本发明的选择性地调谐通信信道的全双工天线系统的示意框图。系统100包括能够在第一通信波段上的、频率可选的第一信道有效谐振的第一天线102。第一信道的最小频率宽度从几千赫兹kHz到几兆赫MHz，这取决于通信系统。根据选择性，频率宽度可足够宽从而覆盖几个相邻的信道。第一天线102在线路104上具有在第一信道频率具有第一阻抗的接口端口。
第二天线106在第一通信波段上的、频率可选的第二信道有效谐振。第二天线106在线路108具有在第二信道频率具有第二阻抗的接口。第一匹配电路110包括在线路104上的端口，这个端口与第一天线的接口端口连接，并在第一信道频率具有第一共轭阻抗。公知的是，共轭阻抗和其匹配的阻抗相比，具有基本相同的实数值和相反的虚数值。更进一步，在很多情况下，是不能在整个感兴趣的频率宽度上实现真正的共轭匹配的。通常，共轭匹配被限定用于该波段宽度的中心的频率。第二匹配电路112包括在线路108上与第二天线的接口端口相连接的端口，该端口在第二信道频率具有第二共轭阻抗。
第一和第二信道频率选择的能力是与多个相关参数有关的。这些参数是：天线的谐振频率或其有效电气长度、天线阻抗以及匹配电路阻抗。举例来说，在第一状态下，第一天线102在第一信道发生谐振，但是匹配很差。在这种情况下由于能量在第一天线102和天线匹配电路110之间的接口上发生反射，大部分能量被浪费掉了。第一状态并不没有描述本文中所使用的、“在第一信道有效地谐振”的天线。同样，在第二状态下，第一天线102和第一匹配电路110在第一信道频率的匹配可能是差的，然而，天线可能不会在第一信道频率下有效发射。即，天线的有效电气长度可能不是第一信道频率四分之一波长的整数倍。同样，这种状态也不是描述在第一信道、或第一信道频率有效谐振的天线。
一方面，第一天线102分别在第一频段的每一个信道有效谐振，其谐振的天线效率大于30％。同样，第二天线在第一频段的每一个信道有效谐振，其谐振的天线效率大于30％。
图2是描述了第一和第二信道之间关系的频率曲线。例如，第一天线(第一信道)可以接收发射通信，而第二天线(第二信道)可以发送发射通信。如图所示，第一信道可以从频率低的分波段中选择，而第二信道是从第一频段中频率高的分波段中选择。图中虽然仅表示出了两个第一信道的选择，本发明并不限于任意特定数量的第一(或第二)信道的选择。
一方面，第一天线的第一信道的频率宽度相对于第一频段的中心频率为0.0025或更大的分频带宽(fractional bandwidth)。同样，第二天线的第二信道的频率宽度相对于第一频段的中心频率为0.0025或更大的分频带宽。
回到图1，在系统的一个简单形式中，第一天线102和第二天线106的谐振和阻抗是固定的。在这种情况下，信道选择性是通过由第一匹配电路110和第二匹配电路112提供的、匹配的共轭阻抗实现的。另外，第一匹配电路110在第一频段具有频率可选的第一共轭阻抗。同样，第二匹配电路112在第一频段具有频率可选的第二共轭阻抗。
在第二简单形式中，天线的谐振是固定的，匹配电路提供的阻抗也是固定的。通过控制天线阻抗来选择信道。天线阻抗是(共轭地)与固定的匹配电路阻抗匹配的。即，第一天线102具有可选的第一阻抗，而第二天线106具有可选的第二阻抗。
在第三个简单形式中，天线阻抗和匹配电路阻抗都是固定的。信道选择性是通过控制天线谐振频率来实现的。即，第一天线102的谐振频率是可选的，第二天线106的谐振频率也是可选的。
因此可以理解，信道选择性可以通过上面所提到的这几种方案的结合来实现。例如，信道选择性可以通过调整天线的谐振和天线阻抗来实现，或是通过调整天线的谐振和匹配电路阻抗，或是调整天线阻抗和匹配电路阻抗，或是同时调整天线的谐振、天线阻抗及匹配电路阻抗来实现。
参见图1和图2，根据系统的一些方面，第一天线102还能够在第二频段的、频率可选的第三信道谐振。第一天线102在第三信道频率向线路104上的第一匹配电路接口提供相应的第三阻抗。同样，第二天线106能够在第二频段的、频率可选的第四信道谐振。第二天线106在第四信道频率向线路108上的第二匹配电路接口提供相应的第四阻抗。第一匹配电路110在第三信道频率具有相应第三共轭阻抗，而第二匹配电路112在第四信道频率具有相应的第四共轭阻抗。
典型地，系统既要工作于第一频段或第二频段，但不是同时工作于第一和第二频段。另一种说法是，第一和第二天线102/106可以同时在第一频段谐振。在重新调谐后，第一和第二天线102/106可以同时在第二频段谐振。
本发明的这一特性对于拥有工作波段为824～894MHz的移动电话的人来说是很有用的，例如当他在家里时。在旅途中，用户的网络可能工作于不同的波段，例如GSM网络的880～960MHz。照惯例，使用者必须拥有两部电话，一部在家里用，另一部在旅行时用。本发明使用户的移动电话可以通过选择合适的波段、而有效地工作在这两种环境下。另外，本发明使得无线设备可以在两种不同的波段，有效地使用同一个天线和匹配电路。例如，通用的电路既可以用于电话又可以用于GPS通信，以支持911或基于定位(location-based)的服务。
图6是用于描述图1中所示系统的另一方面的框图。将上面对图1的分析进一步扩展使系统600包括多个天线。在图中虽然示出了天线602，604和606，然而，系统并不限于任何特定数量的天线。天线602～606中的每一个都可以按照图1中所述的那样，在例如第一频段的波段的、频率可选的信道进行有效的谐振。天线602～606中的每个分别在线路608，610和612上具有接口端口，所述接口端口在选定的信道频率具有阻抗。系统600更进一步包括多个相应的匹配电路(MCs)614，616，和618。匹配电路614-618中的每个在线608～612分别具有连接到相应的天线接口端口的端口，以分别在选定的信道频率提供共轭阻抗。在一方面，天线602～606同时在不同的信道有效地谐振。例如，系统可以支持一个发送信道和两个接收信道，每个信道都有不同的频率。另一方面，天线602～606同时在同一信道处有效谐振。例如，为了天线分集(diversity)，两个不同的天线可接收同样的信道频率。
为了支持无线通信，第一和第二天线102/106可分别在824～894MHz的第一频段的第一和第二信道上谐振。作为一种选择，第一频段的范围是1850～1990MHz、880～960MHz、1710～1880MHz、1900～2100MHz、410～450MHz、2400～2480MHz、4900～5900MHz或1565～1585MHz，这里仅列举出几个例子。第二通信波段同样也可以为上面提到的波段。
在上述相关申请中已经对能够调整谐振和阻抗的天线进行了描述，这些专利申请的内容通过引用而并入本文。同样，还描述了能够为天线提供可选的共轭阻抗的天线匹配电路，这些申请的内容通过引用而并入本文。
第一和第二天线可以是下面这些天线类型的一种：倒F天线、单极天线、双极天线、喇叭天线(horn)、环形天线、螺旋天线、行波天线、四臂螺旋天线、对称天线、不对称天线、电偶极子天线、磁偶极子天线、或是容性负载的磁偶极子天线。为了帮助阐明天线谐振频率的选择和阻抗的调整的各个方面，下面对一个典型的倒F型天线进行描述。然而，可以理解的，本发明并不仅限于任何特定的天线类型。第一和第二天线也不必是同一类型的天线。
图3是示出了一种谐振频率可调的倒F天线的示意框图。一方面，第一天线(和/或第二天线)是一个倒F天线300。倒F天线300包括第一可变电容302，电容302旁路连接在天线辐射器304与参考电压306之间。例如，参考电压可以是地电位。第一电容302用于改变谐振频率。另外，第一电容302也用于改变辐射器304的有效电气波长。
一方面，第一可变电容302包括介电常数与控制电压相关的铁电介质，以及位于线路308上的接收控制电压的接口。在上面相关申请部分所列出的专利申请中详细的描述了能够完成上面提到的多种电容的功能的铁电电容。这些与铁电介质相关的申请在这里作为参考被合并。例如，铁电可变电容302可以是指状组合型电容，间隙型电容和镀层电容。然而，需要注意的是可变电容302可以由常规元件构成，或是铁电物质与常规元件的组合。
图4是可调阻抗的倒F天线的示意框图。一方面，第一天线是具有第二可变电容402的倒F天线400，电容402与一个接地振荡电路部分403串联，以改变第一阻抗。作为一种选择，图中所示第三可变电容404与匹配电路(图中未示)串联，以改变第一阻抗。在另外一种变化中，第二电容402和第三电容404均可以用来改变阻抗。同样，第二天线可以是倒F天线，并以等价的方法提供变化的第二阻抗。如参照图3所述，第二电容402和第三可变电容404可包括介电常数响应于控制电压的铁电介质。第二电容402在线路406上具有接口用以接收控制电压，第三电容404在线路408上具有接口用以接收控制电压。铁电物质的可变电容402和404可以是交叉指型电容、间隙型电容和重叠电容(overlaycapacitor)。
在图中未示的其他方面，可将可变电容相对于线路104分路地放置以控制阻抗。更进一步，阻抗匹配可以使用“L”型，“T”型或π型网络等改变(仅例举出几个)。更进一步，匹配可以使用常规元件，或是常规元件和铁电元件的组合来实现。同样可以理解的是，倒F天线可以包括既可以改变阻抗又可以改变谐振频率的电容(见图3)。
图5是可以调整阻抗的匹配电路的示意框图。以第一匹配电路作为例子，但是下面的描述也同样适用于第二匹配电路。一方面，第一匹配电路110包括第一调谐电路500和第二调谐电路502。尽管在图中示出了这些电路是串联的，但是并联的排列也是同样可能的。
典型的示例性的第一调谐电路500可包括具有固定电感值的第一电感504和具有可选电容值的第五可变电容506。同样，第二调谐电路502包括具有固定电感值的第二电感508和具有可选电容值的第六可变电容510。
第五电容506和第六电容510应该包括介电常数响应于控制电压的铁电物质、和分别位于线路512和514以接收控制电压的接口。第一电容506和第六电容510可以是交叉指型电容、间隙型电容和重叠电容。
尽管在图中所示的第一和第二调谐电路500/502被设置为“L”拓扑结构，那些技术上已经成熟的结构也可以通过使用可调谐系列的元器件、可调谐的分流元件、π型，“T”型以及在本发明的不同方面所提到的拓扑结构的组合来实现同样的功能。同样，可以使用常规电容、变容二极管、和/或铁电电容等的组合实现调谐电路。
图7是本发明带有全双工天线匹配系统的无线电话的示意框图。电话700包含收发器702，收发器702在线路704具发送端口，在线路706具有接收端口，以处理第一频段的天线通信。第一天线102在第一频段的、频率可选的第一信道有效地谐振，并在线路104包括在第一信道频率具有第一阻抗的接口端口。第二天线106在第一频段的、频率可选的第二信道有效地谐振，并在线路108包括在第二信道频率具有第二阻抗的接口。
第一匹配电路110具有连接到位于线路104的第一天线接口的输出端口，该输出端口在第一信道频率具有第一共轭阻抗。第一匹配电路110具有与收发器位于线路704上的发送端口相连接的输入端口。第二匹配电路112具有与在线路108上的第二天线接口相连接的输出端口，该输出端口在第二信道频率具有第二共轭阻抗。第二匹配电路112具有与在线路706上的收发器的接收端口相连接的输出端口。
一方面，第一匹配电路110在第一频段具有频率可选的第一共轭阻抗。同样，第二匹配电路112在第一频段具有频率可选的第二共轭阻抗。
第二方面，第一天线102具有可选择的第一阻抗，第二天线106具有可选的第二阻抗。第三方面，第一天线102的谐振是频率可选择的，并且第二天线106的谐振也是频率可选择的。
在电话700的一个不同的方面，收发器702附加地处理第二频段的天线通信。在这个方面，第一天线102在第二频段的频率可选的第三信道谐振，并在第三信道频率具有相应的第三阻抗。同样，第二天线106也能够在第二频段的频率可选的第四信道谐振，并在第四信道频率具有相应的第四阻抗。第一匹配电路110具有第三信道频率的共轭阻抗，而第二匹配电路112具有第四信道频率的共轭阻抗。
典型地，电话700可以被调整为工作于第一频段或第二频段，但并不是同时工作于第一和第二频段。然而，电话700能够以这样的方式工作，即，使得第一和第二天线102/106同时有效地在第一频段谐振。当调整用于第二频段的工作时，第一和第二天线102/106同时在第二频段有效谐振。
上面已经参照图1和图3～6描述了第一天线102、第二天线106、第一匹配电路110以及第二匹配电路112的细节，因此为了简要就不在这里重复了。
图8是说明本发明的全双工天线阻抗匹配方法的流程图。尽管为了清晰起见将所述方法描述为一系列已编号的步骤，但除非已经明确指出，否则不能根据编号推断出任何顺序。应当理解，可以跳过、并行执行或者在不需要保持序列的严格顺序的情况下执行这些步骤中的某些步骤。所述方法开始于步骤800。
步骤802使第一天线在第一频段的、频率可选的第一信道有效谐振，如上所述。步骤804在第一信道频率产生第一天线阻抗。步骤806使第二天线在第一频段的、频率可选的第二信道有效谐振。关于步骤804和806，在某些方面，有效谐振是指在第一频段的每一信道的谐振效率大于30％。步骤808在第二信道频率产生第二天线阻抗。步骤810提供第一信道频率的第一共轭阻抗匹配。步骤812提供了第二信道频率的第二共轭阻抗匹配。
在本发明的一个方面，在第一信道频率提供第一共轭阻抗匹配(步骤810)包括提供频率可选的第一共轭阻抗。同样，步骤812提供频率可选的第二共轭阻抗。
在另一方面，在第一信道频率生成第一天线阻抗(步骤804)包括产生频率可选的第一阻抗。同样，步骤808产生频率可选的第二阻抗。在另一个方面，使第一天线在第一频段的、频率可选的第一信道有效谐振(步骤802)包括选择谐振频率。在这一方面，步骤806包括选择谐振频率。
在一个不同的方面，所述方法还包括更多的步骤。步骤814使第一天线在第二频段的、频率可选的第三信道有效谐振。步骤816在第三信道频率生成第三天线阻抗。步骤818使第二天线在第二频段的、频率可选的第四信道有效谐振。步骤820在第四信道频率产生第四天线阻抗。步骤822在第三信道频率提供了第三共轭阻抗匹配。步骤824在第四信道频率提供第四共轭阻抗匹配。
例如，第一和第二天线可分别在第一和第二信道同时谐振(步骤802和806)。作为一种选择，第一和第二天线可分别在第三和第四信道同时谐振(步骤814和818)。注意，所述方法并不是必需要同时执行所有四个步骤，步骤802，806，814和818。
一方面，第一和第二信道在824～894MHz的第一频段谐振(步骤802和806)。其他的第一频段包括：1850～1990MHz、880～960MHz、1710～1880MHz、1900～2100MHz、410～450MHz、2400～2480MHz、4900～5900MHz和1565～1585MHz，这里仅列举出几个例子。这些范围同样也可作为第二频率范围的定义。
一方面，使第一天线在第一频段的、频率可选的第一信道有效谐振(步骤802)包括经由第一信道发送信息。使第二天线在第一频段的、频率可选的第二信道有效谐振(步骤806)包括经由第二信道接收信息。
图9是图8方法的替代方法的示意流程图。方法开始于步骤900。步骤902使多个天线在第一频段的、频率可选的信道有效谐振。这些信道的频率可能相同，也可能不同。步骤904在每一信道频率产生阻抗。步骤906在每一信道频率提供共轭阻抗匹配。作为一种选择，为每一天线均提供阻抗匹配。
已经提供了信道可选的全双工天线系统和方法。已经描述了特定天线设计、匹配电路设计以及工作频率的例子用于说明本发明。然而，本发明并不仅仅限于这些例子。本领域的技术人员还可以对本发明进行其他变动和实现其他实施方案。

Claims (59)

1.一种用于选择性地调谐通信信道的全双工天线系统，所述系统包括：
第一天线，其在第一频段的、频率可选的第一信道有效地谐振，并具有在所述第一信道的频率具有第一阻抗的接口端口；
第二天线，其在所述第一频段的、频率可选的第二信道有效地谐振，并具有在所述第二信道的频率具有第二阻抗的接口端口；
第一匹配电路，包括与所述第一天线的接口端口连接的端口，并在所述第一信道的频率具有第一共轭阻抗；
第二匹配电路，包括与所述第二天线的接口端口连接的端口，并在所述第二信道的频率具有第二共轭阻抗。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述第一匹配电路在所述第一频段具有频率可选的第一共轭阻抗，以及，
所述第二匹配电路在所述第一频段具有频率可选的第二共轭阻抗。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述第一天线具有可选择的第一阻抗，所述第二天线具有可选择的第二阻抗。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述第一天线的谐振是频率可选的，所述第二天线的谐振也是频率可选的。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述第一天线在第二频段的、频率可选的第三信道有效地进行谐振，并在所述第三信道的频率具有提供在其接口上的相应的第三阻抗；
所述第二天线在所述第二频段的、频率可选的第四信道有效地进行谐振，并在所述第四信道的频率具有提供在其接口上的相应的第四阻抗；
其中所述第一匹配电路在所述第三信道的频率具有第三共轭阻抗；以及
所述第二匹配电路在所述第四信道的频率具有第四共轭阻抗。
6.如权利要求5所述的系统，其中所述第一天线和所述第二天线同时在所述第一频段谐振；以及，
所述第一天线和所述第二天线同时在所述第二频段谐振。
7.如权利要求1所述的系统，其中所述第一天线和所述第二天线分别在824到894兆赫兹(MHz)范围内的第一通信波段上的第一信道和第二信道产生谐振。
8.如权利要求1所述的系统，其中所述第一天线和所述第二天线分别在1850到1990兆赫兹(MHz)范围内的第一通信波段的第一信道和第二信道产生谐振。
9.如权利要求1所述的系统，其中所述第一天线和所述第二天线分别在880到960兆赫兹(MHz)范围的第一通信波段的第一信道和第二信道产生谐振。
10.如权利要求1所述的系统，其中所述第一天线和所述第二天线分别在1710到1880兆赫兹(MHz)范围的第一通信波段的第一信道和第二信道产生谐振。
11.如权利要求1所述的系统，其中所述第一天线和所述第二天线分别在1900到2100兆赫兹(MHz)范围的第一通信波段的第一信道和第二信道产生谐振。
12.如权利要求1所述的系统，其中所述第一天线和所述第二天线分别在410到450兆赫兹(MHz)范围的第一通信波段的第一信道和第二信道产生谐振。
13.如权利要求1所述的系统，其中所述第一天线和所述第二天线分别在2400到2480兆赫兹(MHz)范围的第一通信波段的第一信道和第二信道产生谐振。
14.如权利要求1所述的系统，其中所述第一天线和所述第二天线分别在4900到5900兆赫兹(MHz)范围的第一通信波段的第一信道和第二信道产生谐振。
15.如权利要求1所述的系统，其中所述第一天线和所述第二天线分别在1565到1585兆赫兹(MHz)范围的第一通信波段的第一信道和第二信道产生谐振。
16.如权利要求1所述的系统，其中所述第一天线分别在所述第一通信波段的每个信道的30％；以及
其中所述第二天线分别在所述第一通信波段的每个信道的谐振效率大于30％。
17.如权利要求16所述的系统，其中所述第一天线的第一信道的频率宽度相对于所述第一频段的中心频率为0.0025或更大的分频带宽；以及，
所述第二天线的第二信道的频率宽度相对于所述第一频段的中心频率为0.0025或更大的分频带宽。
18.如权利要求1所述的系统，所述第一天线和所述第二天线从下多种天线的组中选择：倒F天线、单极天线、偶极天线、喇叭天线、环形天线、螺旋天线、行波天线、四臂螺旋天线、对称天线、非对称天线、电偶极子天线、磁偶极子天线、和容性负载磁偶极子天线。
19.如权利要求4所述的系统，其中所述第一天线是倒F天线，并进一步包括第一可变电容，所述第一可变电容旁路地连接在天线辐射器和参考电压之间，用来改变谐振频率；以及，
所述第二天线是倒F天线，并进一步包括第二可变电容，所述第二可变电容旁路地连接在天线辐射器和参考电压之间，用来改变谐振频率。
20.如权利要求19所述的系统，其中所述第一可变电容和所述第二可变电容包括：
铁电的电介质材料，其具有响应于控制电压的介电常数；以及
用于接收所述控制电压的接口。
21.如权利要求3所述的系统，其中所述第一天线是倒F天线，并且进一步包括第三可变电容，所述第三可变电容与所述匹配电路串接，用来使所述第一阻抗发生变化；以及
所述第二天线是倒F天线，并且进一步包括第四可变电容，所述第四可变电容与所述第二匹配电路串接，用来使所述第二阻抗发生变化。
22.如权利要求21所述的系统，其中所述第三可变电容和所述第四可变电容包括了：
铁电的电介质材料，其具有响应于控制电压的介电常数；以及
用于接收所述控制电压的接口。
23.如权利要求2所述的系统，其中所述第一匹配电路包括：
第一调谐电路；以及
第二调谐电路；
所述第二匹配电路包括：
第三调谐电路；以及，
第四调谐电路。
24.如权利要求23所述的系统，其中所述第一调谐电路包括：
具有固定电感值的第一电感；
具有可选电容值的第五可变电容；以及，
其中，所述第二调谐电路包括：
具有固定电感值的第二电感；
具有可选电容值的第六可变电容；
所述第三调谐电路包括：
具有固定电感值的第三电感；
具有可选电容值的第七可变电容；以及，
所述第四调谐电路包括：
具有固定电感值的第四电感；
具有可选电容值的第八可变电容。
25.如权利要求24所述的系统，其中所述第五、六、七、八可变电容包括：
铁电的电介质材料，其具有响应于控制电压的介电常数；以及，
用于接收所述控制电压的接口。
26.如权利要求1所述的系统，其中所述第一天线用于接收发射通信；以及，
其中所述第二天线发送发射通信。
27.如权利要求1所述的系统，进一步包括：
多个天线，其中每个天线均能够在波段范围内的频率可选的信道处产生谐振，以及含有一个接口，带有对应所选信道频率的阻抗；以及，
多个电路，其中每个电路带有与相应的天线接口连接的接口，该接口具有对应所选信道频率的共轭阻抗。
28.如权利要求27所述的系统，其中所述多个天线同时在不同的信道处有效的产生谐振。
29.如权利要求27所述的系统，其中所述多个天线同时在同一个信道处有效的产生谐振。
30.如权利要求23所述的系统，其中所述第一匹配电路和所述第二匹配电路可以从以下多个匹配拓扑结构中选择：可调谐串联元件，可调谐旁路元件，″L″，π，″T″和以上提到的各种拓扑结构的结合。
31.如权利要求20所述的系统，其中所述铁电的可变电容从包括交叉指型电容、间隙电容和重叠电容的组中选择。
32.如权利要求22所述的系统，其中所述铁电的可变电容从包括交叉指型电容、间隙电容和重叠电容的组中选择。
33.如权利要求25所述的系统，其中所述铁电的可变电容从包括交叉指型电容、间隙电容和重叠电容的组中选择。
34.如权利要求3所述的系统，其中所述第一天线是倒F天线，并进一步包括第九可变电容，该电容串联在谐振电路的接地部分的一段之中，用以使所述第一阻抗发生变化；
其中所述第二天线是倒F天线，并进一步包括第十可变电容，其串联在谐振电路接地部分的一段之中，用以使所述第二阻抗发生变化。
35.如权利要求34所述的系统，其中所述第九可变电容和所述第十可变电容各包括：
铁电的电介质材料，其具有响应于控制电压的介电常数；以及，
用于接收所述控制电压的接口。
36.一种带有全双工天线匹配系统的无线电话，包括：
收发器，具有发射端口和接收端口，用于处理第一频段的天线通信；
第一天线，在第一频段的、频率可选的第一信道有效谐振，并具有接口端口，所述第一天线在第一信道频率具有第一阻抗；
第二天线，在第一频段的、频率可选的第二信道处有效谐振，并具有接口，所述第二天线在第二信道频率具有第二阻抗；
第一匹配电路，具有与所述第一天线的接口端口连接输出端口，该端口在第一信道频率具有第一共轭阻抗，所述第一匹配电路还具有连接到所述收发器的发送端口的输入端口；以及，
第二匹配电路，具有与所述第二天线的接口端口连接的输入端口，并在第二信道频率具有第二共轭阻抗以及具有连接到所述收发器的接收端口的输出端口。
37.如权利要求36所述的电话，其中所述第一匹配电路带有对应所述第一通信波段的所述频率可选的第一共轭阻抗；其中所述第二匹配电路带有对应所述第一通信波段上的所述频率可选的第二共轭阻抗。
38.如权利要求36所述的电话，其中所述第一天线带有可选的第一阻抗；以及，
其中所述第二天线带有可选的第二阻抗。
39.如权利要求36所述的电话，其中所述第一天线的谐振是频率可选的；以及，
其中所述第二天线的谐振是频率可选的。
40.如权利要求36所述的电话，其中所述收发器还处理第二频段的天线通信；
其中所述第一天线在第二频段的、频率可选的第三信道有效地进行谐振，并带在第三信道频率具有相应的第三阻抗；
其中所述第二天线在第二频段的、频率可选的第四信道有效地进行谐振，并在第四信道频率具有相应的第四阻抗；
其中所述第一匹配电路在第三信道频率具有第三共轭阻抗；以及
其中所述第一匹配电路在第四信道频率具有第四共轭阻抗。
41.如权利要求40所述的电话，其中所述第一天线和所述第二天线同时在所述第一通信波段中产生谐振；以及，
其中所述第一天线和所述第二天线同时在所述第二通信波段中产生谐振。
42.一种用于全双工天线阻抗匹配的方法，包括：
使第一天线在第一频段的、频率可选的第一信道有效地谐振；
在第一信道频率生成第一天线阻抗；
使第二天线在第一频段的、频率可选的第二信道有效地谐振；
在第二信道频率生成第二天线阻抗；
在第一信道频率供应第一共轭阻抗匹配；以及，
在第二信道频率供应第二共轭阻抗匹配。
43.如权利要求42所述的方法，所述的在第一信道频率供应第一共轭阻抗匹配包括：供应频率可选择的第一共轭阻抗；以及，
所述的在第二信道频率供应第二共轭阻抗匹配包括：提供频率可选的第二共轭阻抗。
44.如权利要求42所述的方法，所述的在第一信道频率生成第一天线阻抗包括：生成频率可选的第一阻抗；以及，
所述的在第二信道频率生成第二天线阻抗包括：生成频率可选的第二阻抗。
45.如权利要求42所述的方法，所述的使第一天线在第一频段的、频率可选的第一信道有效地谐振包括选择谐振频率；以及，
所述的使第二天线在第一频段的、频率可选的第二信道有效地谐振包括选择谐振频率。
46.如权利要求42所述的方法，还包括：
使所述第一天线在第二频段的、频率可选的第三信道有效地谐振；
在第三信道频率生成第三天线阻抗；
使所述第二天线在第二频段的、频率可选的第四信道有效地谐振；
在第四信道频率生成第四天线阻抗；
在第三信道频率提供第三共轭阻抗匹配；以及，
在第四信道频率提供第四共轭阻抗匹配。
47.如权利要求46所述的方法，其中所述第一天线和第二天线同时分别在所述第一信道和所述第二信道谐振；以及
所述第一天线和第二天线同时分别在所述第三信道和所述第三信道谐振。
48.如权利要求42所述的方法，其中所述第一信道和所述第二信道在824到894兆赫兹(MHz)范围内的第一通信波段上产生谐振。
49.如权利要求42所述的方法，其中所述第一信道和所述第二信道在1850到1990兆赫兹(MHz)范围内的第一通信波段上产生谐振。
50.如权利要求42所述的方法，其中所述第一信道和所述第二信道在880到960兆赫兹(MHz)范围内的第一通信波段上产生谐振。
51.如权利要求42所述的方法，其中所述第一信道和所述第二信道在1710到1880兆赫兹(MHz)范围内的第一通信波段上产生谐振。
52.如权利要求42所述的方法，其中所述第一信道和所述第二信道在1900到2100兆赫兹(MHz)范围内的第一通信波段上产生谐振。
53.如权利要求42所述的方法，其中所述第一信道和所述第二信道在410到450兆赫兹(MHz)范围内的第一通信波段上产生谐振。
54.如权利要求42所述的方法，其中所述第一信道和所述第二信道在2400到2480兆赫兹(MHz)范围内的第一通信波段上产生谐振。
55.如权利要求42所述的方法，其中所述第一信道和所述第二信道在4900到5900兆赫兹(MHz)范围内的第一通信波段上产生谐振。
56.如权利要求42所述的方法，其中所述第一信道和所述第二信道在1565到1585兆赫兹(MHz)范围内的第一通信波段上产生谐振。
57.如权利要求42所述的方法，所述的使所述第一天线在所述第一频段的、频率可选的第一信道有效地谐振包括：通过所述第一信道发送信息；以及，
使所述第二天线在所述第一频段的、频率可选的所述第二信道有效地谐振包括：通过所述第二信道接收信息。
58.如权利要求42所述的方法，更进一步的包括：
使多个天线在所述第一通信波段内的、频率可选的信道有效地谐振；产生对应每一信道频率的阻抗；以及，
提供对应每一信道频率的共轭阻抗匹配。
59.如权利要求42所述的方法，使所述第一天线在所述第一频段的、频率可选的所述第一信道有效地谐振包括在所述第一频段内的每一个信道处的谐振效率均大于30％；以及，
使所述第二天线在所述第一频段的、频率可选的所述第二信道有效地谐振包括在所述第一频的每一个信道的谐振效率均大于30％。
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