CN101855776A

CN101855776A - 改进的天线转换设备

Info

Publication number: CN101855776A
Application number: CN200780101546A
Authority: CN
Inventors: M·约翰逊; P·珀森; J·弗里登; S·A·G·德纳伊德; A·斯特恩曼
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2007-11-14
Filing date: 2007-11-14
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2027-11-14
Also published as: EP2210313A1; US8457697B2; WO2009064229A1; US20100328184A1; EP2210313A4; CN101855776B

Abstract

一种天线设备(100、200、300、400、500)，包括：输入/输出连接(110)以及具有不同传递函数的第一(130)和第二(150)调谐网络。所述设备另外包括天线(160)和用于将所述设备的输入/输出连接连接到所述调谐网络之一的开关(115)，以及用于将所述设备的天线连接到所述设备的输入/输出连接已经连接到的调谐网络的第二开关(140)。所述设备包括用于感测所述设备或所述设备被用于其中的装备的形状因子的传感器(120)，并且所述传感器(120)能够被用于影响所述第一(115)和第二(140)开关，以使得已经连接到所述设备的装置能够经由对于所述设备的当前形状因子而言最优的调谐网络而连接到天线。

Description

改进的天线转换设备

技术领域

本发明公开了用于传输和/或接收电磁信号的天线设备(arrangement)。所述设备包括输入/输出装置，以及具有不同传递函数的至少第一和第二调谐网络。所述设备还包括用于将设备的输入/输出装置连接到调谐网络之一的第一开关和第一天线。所述设备还具有用于将所述设备的天线连接到设备的输入/输出装置已经连接到的调谐网络的第二开关。

背景技术

被用于接收和/或传输电磁信号的天线的性能尤其受到天线周围的直接环境的影响，这是由于天线与接近于天线的对象之间的电磁相互作用的缘故。天线-对象的相互作用能够以不希望的方式显现自身，例如以高回波损耗、降低的辐射效率和辐射图扰动的形式。通过以正确的方式设计天线设备，在考虑到周围环境的影响的情况下，可以针对其中使用天线的特定环境来调谐该天线的性能。

然而，被用于诸如像蜂窝电话或便携式计算机之类的装置或终端中的天线暴露于变化的环境，诸如像“蛤壳式(clam shell)”蜂窝电话的配置，或在便携式“″笔记本”计算机的情况下的主体/盖配置。在这样的变化环境中，天线不能被只此一次调谐为最优性能。作为替代，需要以下解决方案，所述解决方案能够根据情况适应性地调谐天线的性能，因为不存在针对所有可能的环境使天线的性能和对应的通信系统的性能最大化的单次调谐。

可以使天线或天线设备适应多个环境情况的解决方案由于这样的装置的使用的性质而能够为用于移动通信的终端提供良好的天线性能。特别地，笔记本(″膝上型计算机″)计算机通常以仅三种基本方式之一来使用：

·盖打开，即笔记本显示器可见并且键盘可用，

·盖闭合，即笔记本显示器不可见，

·盖闭合(或不存在的)，并且显示器背对计算机机壳，例如在使用“触摸屏用户界面”的计算机中。

这些方式中的第二种是当计算机连接到“坞站(docking station)”或“端口复制器(port replicator)”时的静止情况的典型，而第一和第三种方式是“未连接情况”的典型。当对天线性能的主要影响是膝上型计算机配置时，即与计算机机壳有关的盖位置(几乎总是如此)，对可变环境的自适应解决方案局限于处理有限的情况集合，在这种情况下为两个。这考虑到了低复杂度、低成本的解决方案，例如被实施为使用交换网络的基于配置的信号路由。

天线或天线设备被安装于其中的通信系统将仅仅实现期望的性能级别，如果天线性能-例如就效率、图案相关性(在多个天线的情况下并且对于给定的传播信道)或方向性(辐射图空间选择性)而言-被保持的话。因为安装情况对天线性能的影响甚大，所以在选择天线解决方案时考虑平台(笔记本、PDA、手机等等)的特性是至关重要的。一些平台，比如具有盖的笔记本计算机和蛤壳式电话，具有固有地可变形状因子，即物理形状，这使得选择天线解决方案十分困难。不同的操作模式(例如‘盖打开’或‘盖闭合’)可能需要明显不同的天线解决方案以便提供良好的天线性能。

大多数针对便携式装置的现有天线设计忽略了便携式装置中的可变形状因子的问题。(一个或多个)完全相同的天线被使用，而不考虑(一个或多个)天线被安装于其中的装置的当前配置，除了天线被设计成用于某一操作模式，或被设计成提供平均性能质量以外，所述平均性能质量允许天线被安装于其中的装置对于该装置的所有形状因子都以可接受的性能程度操作。因此，天线性能，以及由此对应的通信系统的性能决不会对于所有情况都是理想的。

存在考虑了不同形状因子并且基于根据某种质量测量来调谐天线性能的已知解决方案。这种解决方案的一个例子在Young-Eil Kim等人的美国专利申请2004/0027300A1中示出。

在US 2004/0027300A1中公开的解决方案教导了对安装于膝上型计算机中的开关的使用，通过所述开关可以感测膝上型计算机的盖是打开还是闭合，并且基于此在不同的天线之间转换。

所希望的是改进在US 2004/0027300A1中示出的解决方案，以便能够获得增加的调谐能力(tuneability)并且由此获得改进的天线和通信系统性能。

发明内容

因此，如上所述，需要这样的解决方案，通过该解决方案能够在天线设备中获得增加的调谐能力，以使得天线设备可以适应于它被用于其中的装置或同样地在天线设备中的变化的形状因子。

该需要通过本发明来解决，其公开了用于传输和/或接收电磁信号的天线设备。本发明的设备包括第一输入/输出连接以及具有不同传递函数的至少第一和第二调谐网络。

所述设备的调谐网络中的每一个还包括第一和第二输入/输出端口，并且所述设备另外包括用于将所述设备的第一输入/输出连接连接到所述调谐网络之一的第一输入/输出端口的第一开关和第一天线。还存在用于将所述设备的天线连接到调谐网络的第二输入/输出端口的第二开关，所述设备的输入/输出连接已经连接到调谐网络的第二输入/输出端口。

本发明的设备包括用于感测所述设备的形状因子或所述设备被用于其中的装备的形状因子的传感器，并且该传感器能够被用于影响所述设备的第一和第二开关，以使得已经连接到所述设备的装置可以经由调谐网络而连接到所述设备的天线，所述调谐网络对于所述设备或所述设备被用于其中的装备的当前形状因子而言是最优的。

因此，利用本发明，获得了基于形状因子的天线设备的增加的调谐能力。

本发明还公开了供天线设备中使用的方法。

附图说明

在下文中将会参照附图更加详细地描述本发明，其中：

图1-5示出本发明的不同实施例，并且

图6示出本发明的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出本发明的设备100的第一实施例。如所示，设备100包括第一输入/输出连接110，以及包括至少第一130和第二150调谐网络。适宜地但是不一定，这两个调谐网络130、150具有不同的传递函数。

设备100还包括第一天线160，其可以被用于向已经经由输入/输出110连接到所述设备的装置传输电磁信号和/或从其接收电磁信号。

如在图1中所示，调谐网络130、150中的每一个还包括第一和第二输入/输出端口125、145/135、155。另外，该设备100包括第一开关115，其可以经由调谐网络的输入/输出125、145将该设备的输入/输出连接110连接到调谐网络130、150之一。

另外，该设备包括第二开关140，其可以被用于将该设备的天线160连接到调谐网络130、150之一的第二输入/输出端口，以使得已经经由输入/输出110连接到该设备100的外部装置可以经由调谐网络130、150之一连接到天线160。所述开关能够是任何适当类型，例如pin二极管开关或电动机械开关，包括MEMS(微机电系统)开关。

如先前在本文中已经提到的，本发明的目的之一是获得具有比先前这样的天线/设备更高的调谐能力程度的天线或天线设备，所述调谐能力是就天线设备的形状因子或天线设备被安装于其中的装置的形状因子而言的。

为了实现这一点，设备100被提供有用于感测天线设备或天线设备被安装于其中的装置的至少第一形状因子的传感器120。(一个或多个)形状因子能够是各种各样的，但是构成这样的形状因子的特别值得提到的是可折叠装置(例如蛤壳式蜂窝电话或膝上型计算机)的可移动或可旋转部分的角度，或具有可缩回部分的装置，对于一些PDA(个人数字助理)和某些种类的蜂窝电话而言就是这样情况。

在以上枚举的情形中，即可折叠的/可缩回的装置，传感器120因此将能够感测多个角度/位置之一，或能够是连续的，即它感测装置的当前角度/位置，而不是感测该装置的多个预编程的角度/位置之一。这样的角度/位置传感器能够依照已知的多个原则来设计，并且因此这里将不对传感器进行更详细地描述。然而，如果将被感测的形状因子是装置的可移动/可缩回/可旋转部分的位置，则传感器的例子是：

·机械传感器，例如弹簧柱塞

·磁性传感器，

·光传感器

然而，由传感器感测的形状因子可以是大量形状因子之一，特别是如果术语“形状因子”在被本公开使用时在广义上被解释的话。例如，传感器可以感测所发射信号的SWR-驻波比，或者它可以感测该设备的阻抗或该设备被用于其中的装置的阻抗，因为如果该设备或装置被外部体触摸或接近于外部体，则阻抗可能改变，所述外部体例如是人类用户的外部体，并且阻抗变化可能取决于触摸该装置/设备的力以及该装置/设备暴露于外部体的部分以及外部体相对于该装置/设备的位置。

因此，传感器120将输出取决于一个或多个形状因子的信号。该信号被用作对天线设备100的第一和第二开关115、140的输入，其也在图1中被指示出。因而，开关115、140可以使用来自传感器120的输入以便将该设备的输入110连接到调谐网络130、150之一，并且将该输入被连接到的调谐网络连接到该设备的天线160。因此，已经经由输入/输出连接110连接到该设备的装置可以经由调谐网络130、150连接到天线160，所述调谐网络130、150对于如由传感器120所感测的当前形状因子而言是最优的。

如先前提到的，第一130和第二调谐网络150优选地具有不同的传递函数。传递函数可能例如由于调谐网络的不同阻抗而不同。因此，在具有不同阻抗的例子中，已经连接到设备100的装置将经由调谐网络连接到天线160，所述调谐网络具有适合于设备100的当前形状因子所引起的现场(in situ)天线阻抗的阻抗。在膝上型计算机的情况下，例如，现场天线阻抗将随着计算机的可折叠盖和主体之间的角度而变化。

图2示出本发明的设备的第二实施例200。与图1中示出的实施例100的那些部件类似的部件在图2中保留了它们的附图标记。如能够从图2中看到的，实施例200与图1的实施例100之间的主要不同在于实施例200包括第二天线260，并且第二开关140可以被用于将调谐网络之一的输出连接到两个天线之一。因此，已经连接到设备100的外部装置可以经由调谐网络连接到天线160、260，所述天线160、260对于传感器120所感测的当前形状因子而言是最优的，所述调谐网络对于当前形状因子而言是最优的。

本发明的第三实施例300在图3中示出。该实施例是在图1和2中示出的实施例的更一般形式，并且包括M个调谐网络和N个天线，其中N≥2并且M≥N。因此，通过第一115和第二140开关，已经连接到设备300的外部装置可以经由调谐网络130、150、350连接到天线160、260、360，所述天线160、260、360对于传感器120所感测的当前形状因子而言是最优的，所述调谐网络130、150、350对于当前形状因子而言是最优的，其中实施例300提供了与在实施例100和200中可用的相比更大数目的天线和调谐网络。

图4示出本发明的第四实施例400。该实施例类似于图3中示出的实施例，但是具有复数K个输入/输出连接，其中k≥2。设备400的一般功能与图3的设备300的功能相同，然而区别在于第一115和第二开关140可以被用于以以下方式经由调谐网络1-M将输入1-K连接到天线1-N：所述方式对于传感器120所感测的设备400的当前形状因子而言是最优的。

最后，图5示出本发明的实施例500。该实施例500包括可以被用于在本公开中所描述的任何一个其他实施例中的特征：传感器120的输出还可以被用于影响在该设备中所包括的调谐网络中的至少一个，以使得调谐网络适应于由传感器120所感测的该设备或该设备被用于其中的装备的形状因子。

举例来说，在调谐网络的传递函数由于不同阻抗而不同的情况下，能够想得到的是使至少一个调谐网络具有可变阻抗，该可变阻抗可以根据来自传感器120的输入而变化。因此，在具有可变调谐网络的一个可能的实施例中，每个网络可以在某一阻抗范围内变化。

图6示出本发明的方法的粗略流程图。用虚线来示出作为选择或替换的步骤。在下面各部件的附图标记取自图1-5。

因此，本发明的方法600可以被用于诸如图1-5中所示出的那些用于传输和/或接收电磁信号的天线设备之类的天线设备中。依照该方法，如在步骤610中所指示的，该设备配备有：

·第一输入/输出连接110，以及

·至少第一130和第二150调谐网络，所述调谐网络具有不同的传递函数，

·所述调谐网络中的每一个还包括第一125、145和第二135、155输入/输出端口，

·第一天线160，

·第一开关115，用于将该设备的第一输入/输出连接连接到所述调谐网络之一的第一输入/输出端口，以及

·第二开关140，用于将该设备的天线连接到该设备的输入/输出连接已经连接到的调谐网络的第二输入/输出端口。

步骤615示出该方法包括使用该设备或该设备被用于其中的装备的形状因子用于影响步骤620所述第一115和第二140开关，以使得已经连接到该设备的装置可以经由调谐网络连接到(步骤625)天线，所述调谐网络对于该设备的当前形状因子而言是最优的。。

如在步骤630中所指示的，该方法另外可以包括对该设备中的第二天线260的使用，并且还使用所述第二开关140用于将该设备的天线160、260之一连接到该设备的输入/输出连接已经连接到的调谐网络的第二输入/输出端口，以使得已经连接到该设备的装置可以经由对于该设备的当前形状因子而言最优的调谐网络连接到对于该设备的当前形状因子而言最优的天线。

步骤635指示本发明的方法另外还可以包括在该设备中使用M个调谐设备(M＞2)和N个天线(N＞2，其中M≥N)，并且使该设备的第一和第二开关被用于经由对于该设备的当前形状因子而言最优的调谐网络将已经连接到该设备的装置连接到对于该设备的当前形状因子而言最优的天线。

如步骤640中所示，该方法可以包括使用该设备的至少第二输入/输出连接，以及使用第一开关115来将该设备的输入连接之一连接到调谐网络之一。

根据本发明的方法，第一开关可以被用于基于所述形状因子将该设备的输入连接之一连接到所述调谐网络之一。

如步骤645中所示，方法600可以包括使用形状因子来影响调谐网络中的至少一个，以使得所述至少一个调谐网络适应于该设备或该设备被用于其中的装备的形状因子。

本发明不局限于上面描述的和在附图中示出的实施例的示例，而是可以在所附权利要求的范围内自由地变化。应该注意到，例如在本发明的天线设备中所采用的多个天线不需要是物理上分离的天线，而是可以是同一个物理单元中的单独天线功能。对于在本发明的天线设备中使用的多个调谐网络而言同样如此，即它们不需要是物理上分离的调谐网络，而是可以是同一个物理单元中的单独调谐网络功能。

而且，调谐网络相对于除阻抗以外的一个或多个因素是可调谐的。例如，用于本发明中的调谐网络可以具有不同的且可调谐的滤波函数。

而且，在本发明中使用的传感器可以测量和提供多个同时存在的形状因子值，所述值可以被单独地用于控制开关和调谐网络或可以被组合来提供一个或多个衍生的形状因子值以控制开关和调谐网络。

Claims

1.一种用于传输和/或接收电磁信号的天线设备(100、200、300、400、500)，所述设备包括第一输入/输出连接(110)以及至少第一(130)和第二(150)调谐网络，所述调谐网络具有不同的传递函数，所述调谐网络中的每一个还包括第一(125、145)和第二(135、155)输入/输出端口，所述设备另外包括第一天线(160)和用于将所述设备的第一输入/输出连接连接到所述调谐网络之一的第一输入/输出端口的第一开关(115)，以及用于将所述设备的天线连接到所述设备的输入/输出连接已经连接到的调谐网络的第二输入/输出端口的第二开关(140)，所述设备特征在于，它包括用于感测所述设备或所述设备被用于其中的装备的形状因子的传感器(120)，并且所述传感器(120)能够被用于影响所述第一(114)和第二(140)开关，以使得已经连接到所述设备的装置能够经由对于所述设备的当前形状因子而言最优的调谐网络而连接到天线。

2.根据权利要求1所述的设备(100、200、300、400、500)，另外包括第二天线(260)，在所述设备中所述第二开关(140)还能够被用于将所述设备的天线(160、260)之一连接到所述设备的输入/输出连接已经连接到的调谐网络(130、150)的第二输入/输出端口，以使得已经连接到所述设备的装置能够经由对于所述设备的当前形状因子而言最优的调谐网络连接到对于所述设备的当前形状因子而言最优的天线(160、260)。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的设备(300、400)，另外包括M个调谐网络(130、150、350)，M＞2，并且还包括N个天线(160、260、360)，N＞2并且M≥N，在所述设备中第一和第二开关(115、140)能够被用于经由对于所述设备的当前形状因子而言最优的调谐网络(130、150、350)将已经连接到所述设备的装置连接到对于所述设备的当前形状因子而言最优的天线(160、260、360)。

4.根据先前权利要求中任一项所述的设备(400)，另外包括至少第二输入/输出连接(110、410、411、412)，在所述设备中，所述第一开关(115)还能够被用于将所述设备的输入连接之一连接到所述调谐网络(130、230、330)之一。

5.根据权利要求4所述的设备(400)，其中第一开关(115)基于用于感测形状因子的所述传感器(120)的输出将所述设备的输入连接之一连接到所述调谐网络之一。

6.根据先前权利要求中任一项所述的设备(500)，其中所述传感器(120)还被用于影响所述调谐网络(130、150)中的至少一个，以使得所述调谐网络适应于所述设备或所述设备被用于其中的装备的形状因子。

7.一种供用于传输和/或接收电磁信号的天线设备(100、200、300、400、500)中使用的方法(600)，所述方法包括用下述来配备(610)所述设备：

●第一输入/输出连接(110)，以及

●至少第一(130)和第二(150)调谐网络，所述调谐网络具有不同的传递函数，

●所述调谐网络中的每一个还包括第一(125、145)和第二(135、155)输入/输出端口，

●第一天线(160)，以及

●第一开关(115)，用于将所述设备的第一输入/输出连接连接到所述调谐网络之一的第一输入/输出端口，

●第二开关(140)，用于将所述设备的天线连接到所述设备的输入/输出连接已经连接到的调谐网络的第二输入/输出端口，

所述方法特征在于，它包括(615)使用所述设备或所述设备被用于其中的装备的形状因子来影响(620)所述第一(114)和第二(140)开关，以使得已经连接到所述设备的装置能够经由对于所述设备的当前形状因子而言最优的调谐网络而连接到(625)天线。

8.根据权利要求7所述的方法(600)，另外包括(630)对所述设备中的第二天线(260)的使用，并且还使用所述第二开关(140)用于将所述设备的天线(160、260)之一连接到所述设备的输入/输出连接已经连接到的调谐网络(130、150)的第二输入/输出端口，以使得已经连接到所述设备的装置能够经由对于所述设备的当前形状因子而言最优的调谐网络而连接到对于所述设备的当前形状因子而言最优的天线(160、260)。

9.根据权利要求7或8中任一项所述的方法(600、630)，另外包括(635)在所述设备中使用M个调谐设备(130、150、350)，M＞2，以及N个天线(160、260、360)，N＞2并且M≥N，根据所述方法，所述设备的第一和第二开关(115、140)能够被用于经由对于所述设备的当前形状因子而言最优的调谐网络(130、150、350)将已经连接到所述设备的装置连接到对于所述设备的当前形状因子而言最优的天线(160、260、360)。

10.根据权利要求7-9中任一项所述的方法(600、630、635)，包括(640)使用所述设备的至少第二输入/输出连接(110、410、411、412)，并且还使用所述第一开关(115)来将所述设备的输入连接之一连接到所述调谐网络(130、230、330)之一。

11.根据权利要求10所述的方法(600、630、635、640)，根据所述方法，第一开关(115)被用于基于所述形状因子将所述设备的输入连接之一连接到所述调谐网络之一。

12.根据权利要求7-11中任一项所述的方法(600、630、635)，包括(645)使用用于影响所述调谐网络(130、150)中的至少一个的所述形状因子，以使得所述至少一个调谐网络适应于所述设备或所述设备被用于其中的装备的形状因子。