CN101711458A

CN101711458A - 用于无线电频率接收器的数字受控天线调谐电路

Info

Publication number: CN101711458A
Application number: CN200880019058A
Authority: CN
Inventors: D·邦-巴萨
Original assignee: Vishay Intertechnology Inc
Current assignee: Vishay Intertechnology Inc
Priority date: 2007-06-07
Filing date: 2008-05-29
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2028-05-29
Also published as: US20080305749A1; TWI362139B; TW200908434A; WO2008154173A1; CN101711458B; KR101122785B1; KR20100022462A; HK1144219A1; US8583065B2

Abstract

一种新型数字受控天线调谐电路，其使得用于接收应用中的天线的低成本、宽带调谐电路的实现成为可能。本发明用于将多个调谐元件切入主接收信号路径以及从主接收信号路径切出。各个个体调谐元件使用一个PIN二极管被切入接收信号路径或从接收信号路径切出。对于串联连接的调谐元件，二极管并联连接到调谐元件。对于并联连接的调谐元件，二极管与调谐元件串联连接。二极管根据控制电压被切入，其对二极管进行前向偏置的，从而有效地产生低电阻路径，因此，取决于其在电路中的配置，将调谐元件插入接收信号路径或从接收信号路径移除。

Description

用于无线电频率接收器的数字受控天线调谐电路

技术领域

本发明一般涉及天线调谐电路，特别涉及用于无线电频率(RF)接收器的数字受控天线调谐电路。

背景技术

随着计算机、特别是手持式或移动电子装置的使用持续以高速增多，对于经由无线连接来连接的周边设备和系统的需求持续增多。无线应用的数量当前在例如安全报警、网络、个人计算、数字通信、电话与计算机安全等领域以非常高的速度增多。

无线通信当前可采用多种形式，例如超声、IR与RF。在RF通信的情况下，无线发送器、接收器和收发器使用一个或多于一个的天线元件来将电气RF信号转换为电磁波或从电磁波转换电气RF信号。在发送过程中，天线作为放射器，产生电磁波。在接收过程中，天线作为吸收器，接收电磁波。

天线是设计为发送和/或接收无线电波的变送器，其中，无线电波为一类电磁波。天线用于将RF电流转换为电磁波以及将电磁波转换为RF电流。天线用在收音机以及电视广播、点对点无线通信、无线局域网(WLAN)、宽带无线接入(BWA)、雷达以及空间探索等系统中。

天线典型地包含电导体的布置，其响应于所施加的交流电压以及相关联的交流电流产生放射电磁场。当放在电磁场中时，该场在天线中感应交流电流，电压在其端子之间产生。

天线是具有规定的谐振频率和带宽的电气元件。天线的谐振频率与天线的电气长度有关(即导线的物理长度除以其速度系数)。典型地，天线对于特定的频率受到调谐，并对于通常以谐振频率为中心的频率范围有效。然而，天线的其它特性随频率变化(特别是放射模式和阻抗)。

然而，天线的自然运行频带常常为(1)不够宽到足以覆盖无线系统的需求，或(2)不在天线需要工作的适当的谱位置。在这种情况下，将调谐电路添加到天线，其允许天线在宽广的频率范围上运行。

由于电磁波经过天线系统的不同部分(例如无线电设备(radio)，馈送线，天线，自由空间)，其遇到阻抗的差异。在各个界面上，取决于阻抗不匹配，波能量的某些部分反射回到源，构成馈送线中的驻波。波中最大功率与最小功率的比称为驻波比(SWR)。经由阻抗匹配在各个界面上最小化阻抗差异使得SWR最小化，并使通过天线系统的功率传送最大化。

对于谐振频率，天线的复阻抗也与天线在使用波长上的电气长度有关。将馈送线用作阻抗变换器，天线的阻抗可通过调节馈送线的阻抗被匹配到馈送线和无线电设备。然而，更常用的是，阻抗在负载上使用天线调谐电路、巴伦(balun)、匹配变压器或由电感器和电容器构成的阻抗匹配网络来调节。

当前，两种天线调谐电路广泛使用。一种是基于变抗器的调谐电路，第二种是PIN二极管调谐电路。注意，在某些情况下，两种电路类型可结合为一种混合调谐电路。

基于变抗器的调谐电路

用于天线的调谐电路基本上为基于电抗性电感器、电容器和可变电容器(即变容二极管(varicap))的电抗性网络(理想地无损耗)。调谐电路作为阻抗匹配网络运行，其对天线的阻抗进行匹配，以便得到来自以及到源的最大功率传送。然而，根据定义，阻抗匹配网络具有有限的规定带宽。因此，天线阻抗仅仅与此有限的规定带宽匹配。

为了使用阻抗匹配网络积极地覆盖较宽的带宽，使用可变电容器。可变电容器是其电容能机械或电气(即变抗器)改变的电容器。可变电容器典型地用于设置LC电路中的谐振频率或作为用于天线调谐器中的阻抗匹配的可变电抗。

图1示出了显示出耦合到TX/RX电路的阻抗匹配网络的现有技术中的实例。该电路一般地用10表示，包含阻抗匹配网络14，该网络适用于将天线12的阻抗匹配到TX/RX电路16的阻抗。

图2示出了基于机械可变电容器的阻抗匹配网络的现有技术中的实例。该电路一般地用20表示，包含阻抗匹配网络28，该网络适用于将天线22的阻抗匹配到信号源的输出阻抗。阻抗匹配网络28基于电感L 24和可变电容器C 26。注意，电容器26包含机械可变电容器。

图3示出了基于电气可变电容器的阻抗匹配网络的现有技术中的实例。该电路一般地用30表示，包含阻抗匹配网络31，该网络适用于将天线32的阻抗匹配到信号源的输出阻抗。阻抗匹配网络31包含电感L 34、可变电容器C(V)38以及DC阻塞电容器C 36、39。注意，电容器C(V)包含电气可变电容器(即变抗器)。

在两个图2和3中，天线阻抗匹配网络为串联LC网络。此网络作为一阶带通滤波器运行。在端口上产生的阻抗在下面的公式1中数学地表示：

Z (ω) = Z_{ant} + Z_{L} + Z_{C}

= Z_{ant} + jωL + \frac{1}{jωC}

= Z_{ant} + j (ωL - \frac{1}{ωC}) - - - (1)

其中：

Z(ω)为向匹配网络中看的阻抗；

Z_ant为天线的阻抗；

Z_L为电感器L的阻抗；

Zc为电容器C的阻抗；

ω为放射的频率；

L为电感器的值；

C为电容器的值；

上面的公式1示出了阻抗与电容器值C之间的关系。在图3所示的可电气调谐电路中，使用变抗器元件38来实现可变电容。变抗器或调谐二极管为一种具有可变电容的二极管，电容为施加到其端子的电压的函数。当负偏置电压施加在其端子两端时，二极管呈现AC电容。电容是施加在二极管上的负DC电压的函数。这在图中呈现为C(V)。一般地，变抗器的PN结的耗尽区的宽度与所施加电压的平方根成比例，电容与耗尽区宽度成反比例。因此，电容与所施加电压的平方根成反比例。

为了避免任何DC耦合，变抗器二极管使用其两个端子末端上的电容器C 36、39来AC耦合。耦合电容器C具有比变抗器呈现的AC电容大得多的值，因此，它们不在建立调谐电路阻抗匹配特性中扮演主要角色。

基于PIN二极管的调谐电路

图4示出了显示出示例性现有技术PIN二极管数字调谐电路的原理图。该电路一般地用40表示，包含耦合到天线42的阻抗匹配电路41。阻抗匹配电路41包含分别用74、72、70、68表示的电感器L1、L2、L3、L4以及PIN二极管44、46、48、50、52、54、60、62、64、66和电容器C 76、电阻器R 78。

PIN二极管为具有p型半导体和n型半导体区之间的宽的无掺杂本征半导体区的二极管。PIN二极管在RF和微波频率下接近理想的电阻器。电阻依赖于施加到二极管的DC电流。PIN二极管的优点在于，耗尽区几乎完全存在于本征区中，本征区几乎为恒定的宽度，无论施加到二极管的负偏置如何。可将这种本征区做的很大，增大电子空穴对能被产生的面积。

在运行中，PIN二极管为能处于两种运行模型中的一种的RF元件。第一运行模式是当二极管没有被DC前向偏置时，其中，其呈现出非常低的电容性AC阻抗。第二运行模式是当二极管被DC前向偏置时，其中，其呈现出非常低的电阻性AC阻抗。

在用于发送和接收运行的图4的电路中，PIN二极管被DC开通(即前向偏置)和关断(即非前向偏置)，以便作为能被断开和闭合的RF开关运行。经由阻塞电容器C 76，防止此偏置电压向后泄漏到RF信号源89。

电路41使用开关PIN二极管来实现调谐电路，该电路包含串联连接的一组电感器。用L1-L4表示的电感器呈现出总电感：

L＝L1+L2+L3+L4 (2)

并联布置到这组电感器的PIN二极管阵列使得经由控制信号CONTROL1(80)、CONTROL 2(82)、CONTROL 3(84)、CONTROL 4(86)分别短路各个电感器成为可能。通过短路各个电感器，低的总电感可有效地产生。例如，如果电感器L1和L4分别经由控制信号CONTROL 1、CONTROL4被短路，则沿着信号路径的总电感变为：

L＝L2+L3 (3)

然而，上面提出的调谐电路以及由同一拓扑族得出的其他调谐电路具有下面的缺点。关于上面介绍的基于变抗器的调谐电路，变抗器的使用限制了电路的动态范围。大多数变抗器典型地具有相对较低变化范围的电容值。典型的变抗器提供其最低与最高值之间为2的系数。

关于上面介绍的基于PIN二极管的调谐电路，基于PIN二极管的使用的调谐拓扑对于每级要求至少两个PIN二极管，某些级需要四个PIN二极管。这在相对较高等级的功率在发送运行过程中存在时是有必要的。通常使用的PIN二极管是相对较为昂贵的部件。因此，这种拓扑的缺点在于实现该电路需要大量PIN二极管。调谐电路的每级需要至少两个PIN二极管以处理相对较高功率的RF信号。取决于应用，当处于发送模式时，可能需要到天线的路径处理高功率RF信号。这种高功率信号可能影响PIN二极管的DC偏置点。因此，需要电路41(图4)中的两个或四个PIN二极管使得调谐电路保持PIN二极管的DC偏置点。

因此，可能希望具有这样的天线调谐电路：其能够根据所施加的控制信号有选择地将调谐元件切入以及切出天线信号路径。天线调谐电路应当能够使用每个元件一个PIN二极管来有选择地开关调谐元件，因此，显著减小调谐电路的成本。

发明内容

本发明是一种新的数字受控天线调谐电路，其解决了现有技术的调谐电路的缺点和不足。本发明的天线调谐电路使得对于接收应用中的天线的低成本、宽带调谐电路的实现成为可能。

本发明用于提供多个调谐元件从主接收信号路径的切入和切出。各个个体调谐元件使用一个PIN二极管被切入或切出接收信号路径。对于串联连接的调谐元件，二极管并联连接到调谐元件。对于并联连接的调谐元件，二级管与调谐元件串联连接。在二极管上施加控制电压以便对其进行前向偏置，且其可被有效地看作低电阻。因此，对于并联连接到调谐元件的二极管，二级管上的高控制电压产生电气短路，由此使得调谐元件切出主接收信号路径。对于与调谐元件串联连接的二极管，二极管上的高控制电压产生电气短路，由此将调谐元件插入主接收信号路径。

由于本发明的电路取小信号接收功率等级，它们不能应用到典型地将高功率信号馈送到天线的发送器。本发明的调谐电路适用于收发器的接收模式运行，或仅仅被构建为接收RF信号而不发送的接收器。

本发明的调谐电路的一种应用是在移动和手持装置中，例如PDA、蜂窝电话等。尽管不适合蜂窝信号的发送，本发明的调谐电路可用在FM接收器电路、电视信号接收器电路、GPS接收器电路或任何其他接收模式应用中(即收发器或仅仅接收)，其中，在天线上产生以及经过接收信号路径的功率可被看作“小信号”。

本发明的天线调谐电路的适用提供了许多优点，包括下面的优点：(1)将每个调谐元件需要的PIN二极管的数量从现有技术电路中的两个或四个减少到一个、从而显著减小所得到的电路的成本的能力；(2)以并联或串联配置来配置天线调谐电路中的调谐元件的能力；以及(3)在天线调谐电路中以任何希望的并联或串联配置来使用任何组合和数量的电容器和电感器的能力。

注意，这里介绍的本发明的某些方面可被构建为嵌入专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他集成电路(IC)中的软核实现的HDL电路，或构建为功能上等效的离散硬件部件。

因此，根据本发明提供了一种天线调谐电路，其包含耦合到用于接收无线电频率(RF)信号的天线的一个或多于一个的调谐级，所述一个或多于一个的调谐级用于构成从天线到输出以及一个或多于一个的PIN二极管的主信号路径，各个PIN二极管耦合到一个调谐级并用于根据控制信号将其对应的调谐级电气插入主信号路径以及从之移除。

根据本发明还提供了一种天线调谐电路，其包含以串联配置耦合的多个调谐级，串联组合的一个末端耦合到适用于接收无线电频率(RF)信号的天线，串联组合用于构成从天线到输出以及多个PIN二极管的主信号路径，各个PIN二极管并联耦合在调谐级之一两端之间，并用于根据控制信号将对应的调谐级电气插入主信号路径以及从之移除。

根据本发明还提供了一种天线调谐电路，其包含以并联配置耦合的多个调谐级，并联组合的一个末端耦合到适用于接收无线电频率(RF)信号的天线，并联组合用于构成从天线到输出以及多个PIN二极管的主信号路径，各个PIN二极管与调谐级中的一个串联耦合，并用于根据控制信号将对应的调谐级电气插入主信号路径以及从之移除。

根据本发明，还提供了一种天线调谐电路，其包含以一个或多于一个的串联和并联组合布置的多个调谐元件，开关装置被耦合到所述多个调谐元件并用于将一个或多于一个的调谐元件连接到主信号路径，因此产生用于耦合于其上的天线的阻抗网络，开关装置包含多个PIN二极管，各个个体PIN二极管用于根据相应的控制信号将调谐元件之一电气切入或切出主信号路径。

根据本发明，提供了一种移动通信装置，其包含用于从以及向基站接收以及发送蜂窝传送(cellular transmission)的蜂窝收发器、仅仅用于从耦合于其上的天线接收信号的第二无线电设备、耦合到天线和第二无线电设备的天线调谐电路、用于从第二无线电设备接收数据并向以及从蜂窝收发器发送以及接收数据的处理器，天线调谐电路包含以一个或多于一个的串联和并联组合布置的多个调谐元件，开关装置耦合到所述多个调谐元件并用于将一个或多于一个的调谐元件连接到主信号路径，因此，对于耦合于其上的天线产生阻抗网络，开关装置包含多个PIN二极管，各个个体PIN二极管用于根据相应的控制信号将调谐元件之一电气切入或切出主信号路径。

附图说明

这里参照附图仅仅通过举例的方式介绍本发明，在附图中：

图1为一框图，其示出了现有技术中耦合到TX/RX电路的阻抗匹配网络的实例；

图2为一原理图，其示出了现有技术中基于机械可变电容器的阻抗匹配网络的实例；

图3为一原理图，其示出了现有技术中基于电气可变电容器的阻抗匹配网络的实例；

图4为一原理图，其示出了现有技术中示例性的PIN二极管数字调谐电路；

图5为一原理图，其示出了本发明具有串联连接调谐元件的天线调谐电路的第一示例性实施例；

图6为一原理图，其示出了本发明具有串联连接调谐元件的天线调谐元件的第二示例性实施例；

图7为一原理图，其示出了本发明具有串联连接调谐元件的天线调谐元件的第三示例性实施例；

图8为一原理图，其示出了本发明具有并联连接调谐元件的天线调谐元件的第四示例性实施例；

图9为一原理图，其示出了本发明具有串联连接与并联连接调谐元件的组合的天线调谐电路的第五示例性实施例；

图10为简化的框图，其示出了具有本发明的数字受控天线调谐电路的示例性通信装置。

具体实施方式

所用标记法

贯穿本文档使用下面的标记。

术语定义

AC 交流

ASIC 专用集成电路

AVI 视频音频交错

BMP Windows位图

BWA 宽带无线接入

CPU 中央处理单元

DC 直流

DSL 数字用户线路

FM 频率调制

FPGA 现场可编程门阵列

GPS 全球定位系统

IC 集成电路

IEEE 电气与电子工程师协会

IR 红外

GIF 联合图像专家组

LAN 局域网

MBOA 多频带正交频分复用联盟

MP3 MPEG-1音频层3

MPG 移动图像专家组

OFDM 正交频分复用

PC 个人计算机

PDA 便携数字助理

RAM 随机访问存储器

RF 无线电频率

ROM 只读存储器

SIM 用户识别模块

SWR 驻波比

TV 电视

USB 通用串行总线

UWB 超宽带

WiFi 无线局域网

WiMAX 微波存取全球互通

WiMedia UWB的无线电平台

WLAN 无线局域网

WMA Windows媒体音频

WMV Windows媒体视频

WPAN 无线个人局域网

本发明的详细介绍

本发明是一种新型数字受控天线调谐电路，其克服了现有技术的调谐电路缺点和不足。本发明的天线调谐电路使得对于接收应用中的天线实现低成本、宽带调谐电路成为可能。

由于本发明的电路采取小信号接收功率等级，它们不适用于典型地向天线馈送高功率信号的发送器应用。本发明的调谐电路适用于收发器的接收模式运行，或仅仅被构成为接收RF信号而不发送的接收器。

本发明的调谐电路的一种应用是在移动以及手持装置中，例如PDA、蜂窝电话等。尽管不适用于蜂窝信号的发送，本发明的调谐电路可用在FM接收器电路、电视信号接收器电路、GPS接收器电路或任何其他接收模式应用中(即收发器或仅仅接收)，其中，在天线上产生并经过接收信号路径的功率可被看作“小信号”。

尽管本发明的包检测机制可被并入多种无线或有线通信装置，例如多媒体播放器、蜂窝电话、PDA、DSL调制解调器、WPAN装置等，其在蜂窝电话或移动通信装置的背景下介绍。然而，本发明不限于所提出的示例性应用和实施例。将会明了，本领域技术人员可在不脱离本发明的精神和范围的情况下将本发明的原理应用到本领域中公知的许多其他类型的通信系统。另外，本发明的原理可应用到其他无线或有线标准，并适用于需要提供天线和接收器电路之间的阻抗匹配的场合。

注意，在本文档中，术语“通信装置”被定义为适用于通过介质发送、接收或发送以及接收数据的任何设备或机构。术语“通信收发器”或“通信装置”被定义为适用于通过介质发送和接收数据的任何设备或机制。通信装置或通信收发器可适用于通过任何合适的介质通信，包括无线或有线介质。无线介质的实例包括RF、红外、光、微波、UWB、蓝牙、WiMAX、WiMedia、WiFi或任何其他宽带介质等。有线介质的实例包括双绞线、同轴电缆、光纤、任何有线接口(例如USB、Firewire、以太网等)。术语“以太网”被定义为兼容任何IEEE 802.3以太网标准的网络，包括但不限于屏蔽或非屏蔽双绞线上的10Base-T、100Base-T或1000Base-T。术语“通信信道”、“链路”和“电缆”互换地使用。

术语“多媒体播放器或装置”被定义为任何具有显示屏和用户输入装置的设备，其能够播放音频(例如MP3、WMA等)、视频(AVI、MPG、WMV等)和/或图像(GIF、BMP等)。用户“输入装置”典型地由一个或多个手动操作开关、按钮、轮或其它用户输入装置构成。多媒体装置的实例包括口袋大小的个人数字助理(PDA)、个人媒体播放器/记录器、蜂窝电话、手持装置等。

天线调谐电路

本发明假设本发明的天线调谐电路所连接到的RF电路仅仅用于接收模式。仅仅考虑接收运行模式，由于RF波传播衰减的特性，可以假设相对较低的RF功率在天线上产生。

因此，基于这种假设，当在接收模式中时，在天线上产生并经过接收电路路径的功率并看作小信号。小信号意味着接收信号不显著影响在接收信号路径上设置的DC偏置点。

作为实例，假设在天线上接收的功率为-30dBm＝0.001mW＝1μW。假设沿着接收信号路径的典型阻抗为50欧姆，1μW的接收信号产生大约20mV_PTP(7mV_RMS)的电压摆动(signal swing)。如果电路中的二极管上的DC电压近似为1V，20mV信号不会显著改变二极管的偏置设置点。

因此，基于这种假设并根据本发明，提供了一种用于仅仅接收的天线的天线调谐电路。天线调谐电路的关键特征在于其使用一个PIN二极管来将调谐元件切入以及切出接收信号路径。几种示例性天线调谐电路在下面示出，其各自使用这种拓扑。

第一实施例的天线调谐电路

图5示出了一原理图，其显示出本发明具有串联连接的调谐元件的天线调谐电路的第一示例性实施例。电路一般地用90表示，其包含耦合到天线92以及调谐控制电路93的调谐电路91。调谐电路包含两个串联连接的调谐级，其包含由电感器L0(94)、L1(96)、DC阻塞电容器C 98、104、120、RF扼流器L 106、108、110、电阻器R 112、114以及包括PIN二极管D0(100)、D1(102)的开关装置组成的调谐元件。

根据本发明，假设流经主接收信号路径的信号足够弱到允许使用一个PIN二极管来短路一个调谐级。在示例性电路90中，主接收信号路径包含串联连接的两个调谐元件(L0与L1)。

包括PIN二极管D0和D1的两个开关元件分别并联连接到电感器L0与L1。各个PIN二极管具有两个开关状态(即运行模式)，或者为前向偏置或者为非前向偏置。通过在其两个运行模式之间切换二极管，电感器L0与L1被单独地短路。数字控制线Control0118和Control1116提供调谐电路的四种可能的组合。

例如，当数字控制信号Control0高时，二极管D0被前向偏置。前向偏置的PIN二极管可被看作对于RF信号具有极低电阻值的电阻器。给定这种二极管并联到电感器L0，L0可被短路有效替换。因此，当施加到二极管D0的Control0信号电压高时，L0被电气短路。注意，DC阻塞电容器的阻抗在电路的运行RF频率可以忽略。调谐控制电路93在控制信号Control0和Control1上提供适当的DC偏置电压，以便得到天线调谐电路91的希望的阻抗Z_IN。

重要的是，用“C”表示的电容器(98，104)用作AC耦合装置，避免将PIN二极管直接与电感器并联。电容C的电容值应当被选择为足够高，使得电容器可被看作在系统运行无线电频率上的极低阻抗。

类似地，用“L”表示的电感器被用作DC耦合(AC阻塞)，以便防止从主接收信号路径到数字控制信号的RF泄漏。电感L的典型值应当被选择为足够高，使得电感器在系统的运行无线电频率下可被看作极高阻抗。

另外，用“R”表示的电阻器被用作电流限制器，以便将PIN二极管的DC偏置电压设置在合适的值。电阻R的值应当根据(1)希望的运行值以及(2)数字控制信号提供的电压来选择。

下面提供在选择AC耦合电容器C、AC阻塞电感器L、电流限制电阻器R的值时被提供为指南的示例性实例。

第二实施例的天线调谐电路

图6示出了一原理图，其显示出本发明具有串联连接的调谐元件的天线调谐电路的第二示例性实施例。电路一般地用220表示，包含被耦合到天线222和调谐控制电路223的调谐电路221。调谐电路包含四个串联连接的调谐级，其包含由电感器L0(224)、L1(226)、L2(228)、L3(230)、DC阻塞电容器C 232、242、246、252、256、266、RF扼流器L 236、240、260、258、268、电阻器R 238、250、262、270以及包括PIN二极管D0(234)、D1(244)、D2(254)、D3(264)的开关装置组成的调谐元件。

在此示例性电路221中，包含调谐元件L0、L1、L2、L3的四个调谐级串联连接以构成主接收信号路径。并联连接到调谐元件的对应的PIN二极管D0、D1、D2、D3作为开关根据由调谐控制电路223提供的相应的控制信号将各个相应的调谐元件切入或切出主接收信号路径。如上面介绍的，控制信号的高电压用于对二极管前向偏置，因此短路其对应的调谐元件，由此有效地将之从信号路径中移除。因此，在此实例中，四个控制信号(Control0278、Control1276、Control2274、Control3272)对于天线调谐电路221提供16个可能的Z_IN阻抗值。注意，天线上相对较低功率的接收信号允许仅仅使用一个PIN二极管来为调谐元件进行开关功能。

第三实施例天线调谐电路

图7示出一原理图，其示出了本发明具有串联连接的调谐元件的天线调谐电路的第三示例性实施例。电路一般用130表示，包含耦合到天线132和调谐控制电路133的调谐电路131。调谐电路包含两个串联连接的调谐级，其包含由电容器C0(134)、C1(136)、DC阻塞电容器C 138、RF扼流器L 144、148、150、电阻器R 146、152以及包括PIN二极管D0(140)、D1(142)的开关装置组成的调谐元件。

在此示例性电路131中，包含调谐元件电容器C0、C1的两个调谐级串联连接，以便构成主接收信号路径，而不是如示例性电路91(图5)和221(图6)中的电感器。并联连接到调谐元件的对应的PIN二极管D0、D1作为开关，根据由调谐控制电路133提供的相应的控制信号将各个相应的调谐元件切入或切出主接收信号路径。如上面介绍的，控制信号上的高电压用于对二极管进行前向偏置，因此短路其对应的调谐元件，由此有效地将其从信号路径中移除。因此，在此实例中，两个控制信号(Control0154、Control1156)对于天线调谐电路131提供四个可能的Z_IN阻抗值。

第四实施例天线调谐电路

图8示出一原理图，其示出了本发明具有并联连接的调谐元件的天线调谐电路的第四示例性实施例。电路一般用280表示，包含耦合到天线282和调谐控制电路283的调谐电路281。调谐电路包含两个并联连接的调谐级，其包含由电容器C0(286)、电感器L1(284)、DC阻塞电容器C 302、RF扼流器L 292、296、300、电阻器R 294、298以及包括PIN二极管D0(288)、D1(290)的开关装置组成的调谐元件。

在此示例性电路281中，两个调谐级并联连接以构成主接收信号路径，而不是如上面介绍的示例性电路中的串联。两个调谐级包含调谐元件电容器C0和电感器L1。串联连接到调谐元件的对应的PIN二极管D0、D1作为开关，根据由调谐控制电路283提供的相应的控制信号将各个相应的调谐元件切入或切出主接收信号路径。因此，在此实例中，两个控制信号(Control0306、Control1304)对于天线调谐电路281提供四个可能的Z_IN阻抗值。

在串联控制布置中，控制信号上的高电压用于对二极管进行前向偏置，由此将对应的调谐元件电气插入主接收信号路径。控制信号的低使得其对应的PIN二极管进入非前向偏置运行状态，由此有效地将对应的调谐元件从主接收信号路径移除。

注意，使得PIN二极管D0和D1与其对应的调谐元件串联放置提供了将电容器C0和电感器L1分别连接到主信号路径的能力。例如，当数字控制信号Control0为高电压状态时，对应的二极管D0被前向偏置。前向偏置的PIN二极管能被看作对于RF信号具有非常低的电阻的电阻器。由于此二极管串联连接到电容器C0，电容器C0能被有效地看作连接到主接收信号路径。类似地，当二极管D1上的Control1信号为高时，电感器L1也被电气插入到主接收信号路径。

第五实施例的天线调谐电路

图9示出一原理图，其示出了本发明具有串联连接和并联连接的调谐元件的组合的天线调谐电路的第五示例性实施例。电路一般用160表示，包含耦合到天线162和调谐控制电路163的调谐电路161。调谐电路包含四个以串联-并联组合布置的调谐级，其包含由电感器L0(164)、电容器C0(166)构成的两个串联连接的调谐级以及包含由电感器L2(172)、电容器C3(170)、DC阻塞电容器C 180、168、178、RF扼流器L 182、188、192、196、200、204、电阻器R 184、194、198、202以及包括PIN二极管D0(186)、D1(190)、D2(176)、D3(174)的开关装置组成的调谐元件的两个并联连接的调谐级。

在此示例性电路161中，四个调谐级以串联-并联组合连接以构成主接收信号路径。包含调谐元件电感器L0和电容器C1的两个调谐级以串联配置连接。串联连接到调谐元件L0、C1的对应的PIN二极管D0、D1作为开关，根据由调谐控制电路163提供的相应的控制信号Control0 212、Control1 210将各个相应的调谐元件切入或切出主接收信号路径。

包含PIN二极管D0和D1的两个开关元件分别并联连接到调谐元件L0、C1。各个PIN二极管具有两个开关状态(即运行模式)，即前向偏置或非前向偏置。通过在其两个运行模式之间切换二极管，电感器L0和电容器C1分别被短路。

例如，当数字控制信号Control0为高时，二极管D0被前向偏置。前向偏置的PIN二极管可被看作对于RF信号具有极低电阻值的电阻器。给定这种二极管与电感器L0并联，L0可被有效地用短路替代。因此，当施加到二极管D0的Control0信号为高时，L0被电气短路。类似地，当施加到二极管D1的Control1信号电压为高时，C1被电气短路。

电路还包含两个由调谐元件电感器L2和电容器C3构成的调谐级，其以并联布置连接，并经由电容器C 168耦合到串联组合。与调谐元件L2、L3串联连接的对应的PIN二极管D2和D3作为开关，以便根据由调谐控制电路163提供的相应的控制信号Control2208、Control3206将各个相应的调谐元件切入或切出主接收信号路径。在此实例中，四个控制信号(Control0，Control1，Control2，Control3)提供对于天线调谐电路161的16个可能的Z_IN阻抗值。

在L2、C3的并联组合中，控制信号上的高电压用于对二极管进行前向偏置，由此将对应的调谐元件电气插入主接收信号路径。控制信号的低使得其对应的PIN二极管处于非前向偏置运行状态，由此有效地将对应的调谐元件从主接收信号路径移除。

注意，将PIN二极管D2、D3与其相应的调谐元件L2、C3串联放置提供了分别将L2、C3连接到主信号路径的能力。例如，当数字控制信号Control2处于高电压状态时，对应二极管D2被前向偏置。前向偏置的PIN二极管可被看作对于RF信号具有极低电阻的电阻器。由于此二极管串联连接到L2，L2可被有效看作连接到主接收信号路径。类似地，当二极管D3上的Control3信号高时，电容器C3也电气插入到主接收信号路径。

下面在表1中示出列出图9的示例性电路161中对于天线调谐电路的控制信号的所有可能的16种组合的真值表。

表1：天线调谐电路真值表

Control0	Control1	Control2	Control3	有效电感器	有效电容器	总的调谐阻抗
Control0	Control1	Control2	Control3	有效电感器	有效电容器	总的调谐阻抗	0	0	0	0	L0	C1	∞(断开)
0	0	0	1	L0	C1，C3	Z_L0+Z_C1+Z_C3	0	0	0	0	L0	C1	∞(断开)
0	0	0	1	L0	C1，C3	Z_L0+Z_C1+Z_C3	0	0	1	0	L0，L2	C1	Z_L0+Z_C1+Z_L2
0	0	1	1	L0，L2	C1，C3	Z_L0+Z_C1+(Z_L2\|\|Z_C3)	0	0	1	0	L0，L2	C1	Z_L0+Z_C1+Z_L2
0	0	1	1	L0，L2	C1，C3	Z_L0+Z_C1+(Z_L2\|\|Z_C3)	0	1	0	0	L0	-	∞(断开)
0	1	0	1	L0	C3	Z_L0+Z_C3	0	1	0	0	L0	-	∞(断开)
0	1	0	1	L0	C3	Z_L0+Z_C3	0	1	1	0	L0	L2	Z_L0+Z_L2
0	1	1	1	L0，L2	C3	Z_L0+(Z_L2\|\|Z_C3)	0	1	1	0	L0	L2	Z_L0+Z_L2
0	1	1	1	L0，L2	C3	Z_L0+(Z_L2\|\|Z_C3)	1	0	0	0	-	C1	∞(断开)
1	0	0	1	-	C1，C3	Z_C1+Z_C3	1	0	0	0	-	C1	∞(断开)
1	0	0	1	-	C1，C3	Z_C1+Z_C3	1	0	1	0	L2	C1	Z_C1+Z_L2
1	0	1	1	L2	C1，C3	Z_C1+(Z_L2\|\|Z_C3)	1	0	1	0	L2	C1	Z_C1+Z_L2
1	0	1	1	L2	C1，C3	Z_C1+(Z_L2\|\|Z_C3)	1	1	0	0	-	-	∞(断开)

Control0	Control1	Control2	Control3	有效电感器	有效电容器	总的调谐阻抗
Control0	Control1	Control2	Control3	有效电感器	有效电容器	总的调谐阻抗	1	1	0	1	-	C3	Z_C3
1	1	1	0	L2	-	Z_L2	1	1	0	1	-	C3	Z_C3
1	1	1	0	L2	-	Z_L2	1	1	1	1	L2	C3	Z_L2\|\|Z_C3

对于四个控制信号的各个值，有效的电感器和电容器，即被电气插入主接收信号路径的电感器和电容器，与对应的总天线调谐阻抗一起列出。

示例性的天线调谐电路实例

为了帮助理解本发明的原理，提供实例性的实例，其中，提供选择AC耦合电容器C、对于阻塞AC(DC耦合)的RF扼流器L以及电流限制电阻器R的值的指南。

对于此实例，假设电路的运行频率为1GHz。PIN二极管在用具有1V回动(dropout)的10mA电流偏置时呈现出1欧姆电阻。假设数字控制信号从0V摆动到3V。

为了设置电容器的值C，考虑其在运行频率下的阻抗。在此实例中，电容器C的阻抗应当优选为比1GHz运行频率下的1欧姆小得多，从而提供RF频率上的有效电气短路。在这些参数和限制的情况下，阻抗Zc的值的表达式由下式给出：

Z_{C} = \frac{1}{2 πfC} < < 1 Ohm - - - (4)

求解C，得到下式：

C > > \frac{1}{2 πf} = \frac{1}{2 π \times 10^{9}} = 159 pF - - - (5)

为了选择电感器的值L，考虑其在运行频率时的阻抗。在此实例中，电感器L的阻抗应当优选为比1GHz运行频率下的1欧姆大得多，以便提供RF频率时的有效电气开路。在这些参数和限制下，对于阻抗Z_L的值的表达式由下式给出：

Z_L＝2πfL＞＞1Ohm (6)

求解L，得到下式：

L > > \frac{1}{2 πf} = \frac{1}{2 π \times 10^{9}} = 159 pH - - - (7)

电阻器R的值应当选择为使其产生大约2V的电压下降，从而允许PIN二极管上的1V下降，并使其传导10mA的电流。下面的表达式求解电阻器R的值。

R = \frac{V}{I} = \frac{2}{0.01} = 200 Ohms - - - (8)

移动装置/蜂窝电话/PDA系统

图10示出了一框图，其更为详细地示出了并入本发明的数字受控天线调谐电路的示例性通信装置。通信装置可包含任何合适的有线或无线装置，例如多媒体播放器、移动装置、蜂窝电话、PDA、无线个人局域网(WPAN)装置、蓝牙装置等。仅仅为了说明的目的，通信装置被示为蜂窝电话或智能电话。注意，此实例不是为了限制本发明的范围，因为本发明的天线调谐电路可以在多种无线和有线通信装置中实现。

一般地用320表示的蜂窝电话包含具有模拟与数字部分的宽带处理器或CPU 322。基本蜂窝链路由RF收发器350提供，并涉及一个或多于一个的天线346、348。多个天线用于提供天线多样性，其获得了改进的无线电性能。蜂窝电话还包含内部RAM和ROM存储器354、闪存356、外部存储器358。

几个用户接口装置包括麦克风384、扬声器382和相关联的音频编码解码器383、用于输入拨号数字的键盘386、用于向用户发警报的振动器324、照相机和相关联的电路344、经由根据本发明构建的天线调谐电路耦合到相关联的天线338的TV调谐器342、显示器334以及相关联的显示器控制器336、经由天线调谐电路327耦合到相关联的天线328的GPS 326。

USB接口连接380提供了到用户PC或其他装置的串行链路。经由天线调谐电路376耦合到天线378的FM接收器392向用户提供收听FM广播的能力。WLAN无线电设备和接口372和天线374在热区(hot spot)或在基于适当的基础结构或网络的无线LAN网络范围内是提供无线连接性。蓝牙无线电设备和接口368以及天线370在蓝牙无线网络范围内时提供蓝牙无线连接性。另外，通信装置320也可包含WiMAX无线电设备和接口364以及天线366。通信装置320也包含超宽带(UWB)无线电设备(例如基于MBOA-UWB的无线电设备)和接口360以及天线362。SIM卡352提供到用于存储例如地址簿条目等用户数据的用户SIM卡的接口。

便携电力由耦合到电池管理电路330的电池332提供。外部电力经由USB连接到电池管理电路的AC/DC适配器390或电力388提供，电池管理电路用于管理电池332的充电与放电。

所附权利要求覆盖本发明的精神和范围内的本发明的所有这些特征和优点。由于本领域技术人员可容易地想到多种修改和变化，本发明不限于这里介绍的有限数量的实施例。因此，将会明了，所有适当的变型、修改和等同可看作落在本发明的精神和范围内。

Claims

1.一种天线调谐电路，其包含：

一个或多于一个的调谐级，其被耦合到用于接收无线电频率(RF)信号的天线，所述一个或多于一个的调谐级用于构成从所述天线到输出的主信号路径；以及

一个或多于一个的PIN二极管，各个PIN二极管耦合到所述调谐级中的一个，并用于根据控制信号将其对应的调谐级电气插入所述主信号路径以及从所述主信号路径断开。

2.根据权利要求1的电路，其中，所述控制信号包含DC偏置电压，其适用于对所述一个或多于一个的PIN二极管中的零个或多于零个进行前向偏置，以便实现对于所述天线调谐电路的希望的阻抗。

3.根据权利要求1的电路，其中，所述调谐级包含电感器的串联组合。

4.根据权利要求1的电路，其中，所述调谐级包含电感器的并联组合。

5.根据权利要求1的电路，其中，所述调谐级包含电容器的串联组合。

6.根据权利要求1的电路，其中，所述调谐级包含电容器的并联组合。

7.根据权利要求1的电路，其中，所述调谐级包含电感器和电容器的一个或多于一个的串联与并联组合。

8.根据权利要求1的电路，其中，多个所述调谐级以串联配置布置，且其对应的PIN二极管并联连接于其上。

9.根据权利要求1的电路，其中，多个所述调谐级以并联配置布置，且其对应的PIN二极管并联连接于其上。

10.根据权利要求1的电路，其中，与所述主信号路径串联的调谐级通过对并联与其连接的其对应的PIN二极管进行前向偏置来从所述主信号路径移除。

11.根据权利要求1的电路，其中，与所述主信号路径并联的调谐级通过对与其串联连接的其对应的PIN二极管进行前向偏置来插入到所述主信号路径。

12.一种天线调谐电路，其包含：

多个调谐级，其以串联配置耦合，所述串联组合的一端耦合到适用于接收无线电频率(RF)信号的天线，所述串联组合用于构成从所述天线到输出的主信号路径；以及

多个PIN二极管，各个PIN二极管并联耦合到所述调谐级中的一个，并用于根据控制信号将对应的调谐级电气插入所述主信号路径以及从所述主信号路径移除。

13.根据权利要求12的电路，其中，所述控制信号包含DC偏置电压，其适用于对所述多个PN二极管中的零个或多于零个进行前向偏置，以便对于所述天线调谐电路获得希望的阻抗。

14.根据权利要求12的电路，其中，所述调谐级包含电容器与电感器的组合。

15.根据权利要求12的电路，其中，调谐级通过对产生所述调谐级的电气短路的其对应的PIN二极管进行前向偏置而从所述主信号路径中电气移除。

16.根据权利要求12的电路，其中，调谐级通过不对其对应的PIN二极管进行前向偏置而电气插入所述主信号路径。

17.一种天线调谐电路，其包含：

多个调谐级，其以并联配置耦合，所述并联组合的一端耦合到适用于接收无线电频率(RF)信号的天线，所述并联组合用于构成从所述天线到输出的主信号路径；以及

多个PIN二极管，各个PIN二极管与所述调谐级中的一个串联耦合，并用于根据控制信号将对应的调谐级电气插入所述主信号路径或从所述主信号路径移除。

18.根据权利要求17的电路，其中，所述控制信号包含DC偏置电压，其适用于对所述多个PIN二极管中的零个或多于零个进行前向偏置，以便得到对于所述天线调谐电路的希望的阻抗。

19.根据权利要求17的电路，其中，所述调谐级包含电容器与电感器的组合。

20.根据权利要求17的电路，其中，调谐级通过对产生与所述调谐级共线路的电气短路的其对应的PIN二极管进行前向偏置而电气插入所述主信号路径。

21.根据权利要求17的电路，其中，调谐级通过不对其对应的PIN二极管进行前向偏置而从所述主信号路径中电气移除。

22.一种天线调谐电路，其包含：

多个调谐元件，其以串联和并联组合中的一个或多于一个被布置；

开关装置，其被耦合到所述多个调谐元件，并用于将所述调谐元件中的一个或多于一个连接到主信号路径，由此产生对于耦合于其上的天线的阻抗网络；以及

所述开关装置包含多个PIN二极管，各个个体PIN二极管用于根据相应的控制信号将所述调谐元件中的一个电气切入或切出所述主信号路径。

23.根据权利要求22的电路，其中，各个所述控制信号包含DC偏置电压，其适用于对相应的PIN二极管进行前向偏置，由此将串联连接的调谐元件切出所述主信号路径。

24.根据权利要求22的电路，其中，各个所述控制信号包含DC偏置电压，其适用于对相应的PIN二极管进行前向偏置，由此将并联连接的调谐元件切入所述主信号路径。

25.根据权利要求22的电路，其中，所述调谐元件包含电容器。

26.根据权利要求22的电路，其中，所述调谐元件包含电感器。

27.一种移动通信装置，其包含：

蜂窝收发器，其用于从以及向基站接收以及发送蜂窝传送；

第二无线电设备，其仅仅用于从耦合于其上的天线接收信号；

天线调谐电路，其被耦合到所述天线和所述第二无线电设备，所述天线调谐电路包含：

多个调谐元件，其以串联和并联组合中的一种或多于一种被布置；

开关装置，其被耦合到所述多个调谐元件，并用于将所述调谐元件中的一个或多于一个连接到主信号路径，由此产生对于耦合于其上的天线的阻抗网络；

所述开关装置包含多个PIN二极管，各个个体PIN二极管用于根据相应的控制信号将所述调谐元件中的一个电气切入或切出所述主信号路径；以及

控制器，其用于从所述第二无线电设备接收数据，并向以及从所述蜂窝收发器发送以及接收数据。